1、 智能制造Intelligent Manufacturing信卓 1101班 汪加林学号：U201113167摘要：文章介绍了智能制造的产生背景、概念、特点、支撑技术、研究内容和发展简况，并对智能制造与人工智能和计算机集成制造系统的关系作了简介。关键词：智能制造 智能制造系统 智能制造技术 Abstract：This paper are introduced creating background， concept， characteristics， support.technique，research content and developing brief of IMKey words：
2、intelligent manufacturing(IM) intelligent manufacturing system(IMS)intelligent manufacturing technique(IMT)1智能制造产生的背景自20世纪80年代以来，随着产品性能的复杂化及功能的多样化，促使产品包含的设计信息量猛增，所以对制造设备的要求越来越高。21世纪，基于信息和知识的产品设计、制造和生产管理将成为知识经济和信息社会的重要组成部分，是制造科学和技术最重要和最基本的特征之一，智能制造正是在这一背景下提出并得到学术界和工业界的广泛关注。2智能制造的概念智能制造应当包含智能制造技术(IMT)
3、和智能制造系统(IMs)。（1） 智能制造技术是指利用计算机模拟制造专家的分析、判断、推理、构思和决策等智能活动，并将这些智能活动与智能机器有机地融合起来，将其贯穿应用于整个制造企业的各个子系统(如经营决策、采购、产品设计、生产计划、制造、装配、质量保证和市场销售等)，以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和集成化，从而取代或延伸制造环境中专家的部分脑力劳动，并对制造业专家的智能信息进行收集、存储、完善、共享、继承和发展的一种极大地提高生产效率的先进制造技术。智能制造技术的支撑技术：1）人工智能技术IMT的目标是利用计算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工
4、智能技术研究的内容。因此，IMS离不开人工智能技术。IMS的智能水平的提高依赖于人工智能技术的发展。当然，由于人类大脑活动思维的复杂性，人们对其的认识还很片面，人工智能技术目前尚处于低级阶段。目前IMs中的智能主要是人(各专业领域专家)的智能，2)并行工程就制造业而言，并行工程(concurrent engineering，cE)是指产品概念的形成和设计，与其生产和服务系统的实现相平行，即在制造过程的设计阶段就考虑到产品整个生命周期的各个环节(包括质量、成本、进度计划、用户要求及报废处理)，集成并共享各个环节的制造智能，并行地开展产品制造各环节的设计工作。3)虚拟制造技术虚拟制造技术(vinu
5、al manufacturing technolog)，VMT)是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实(vinual reality，VR)，在计算机支持的协同工作环境中，实现产品的设计、工艺过程编制、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力，以此达到产品开发周期最短、成本最低、质量最优、生产效率最高。4)信息网络技术信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。信息网络是制造信息及知识流动的通道。（2）智能制造系统是指基于IMT，利用计算机综合应用人工智能技术(如人工神经网络、遗传
6、算法等)、智能制造机器、代理(agent)技术、材料技术、现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、并行工程、生命科学和系统工程理论与方法，在国际标准化和互换性的基础上，使整个企业制造系统中的各个子系统分别智能化，并使制造系统形成由网络集成的、高度自动化的一种制造系统。智能制造系统的特点1)自组织能力IMs中的各种组成单元能够根据工作任务的需要，自行集结成一种超柔性最佳结构，并按照最优的方式运行。其柔性不仅表现在运行方式上，还表现在结构形式上。完成任务后，该结构自行解散，以备在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。2)自律能力IMs具有搜集与理解环境信息及自身的信息
7、，并进行分析判断和规划自身行为的能力。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。IMS能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理，并根据处理结果自行调整控制策略，以采用最佳运行方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰、自适应和容错等能力3)自学习和自维护能力IMS能以原有的专家知识为基础，在实践中不断进行学习，完善系统的知识库，并删除库中不适用的知识，使知识库更趋合理；同时，还能对系统故障进行自我诊断、排除及修复。4)整个制造系统的智能集成IMS在强调各个子系统智能化的同时，更注重整个制造系统的智能集成。这是IMS与面向制造过程中特定应用的“智能化孤岛”的根本区别。5)人机一体化
8、智能系统IMs不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器的配合下，更好地发挥了人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系，使两者在不同的层次上各显其能，相辅相成。6)虚拟现实这是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。人机结合的新一代智能界面，使得可用虚拟手段智能地表现现实，它是智能制造的一个显著特征。3.国 内 外 发 展 现 状 与 趋 势 ：智 能 制 造 渊 于 人 工 智 能 的 研 究 。 随 着 产 品 性 能 的 完 善 及 其 结 构 的 复
9、杂 化 、 精 细 化 ， 以 及功 能 的 多 样 化 ， 促 使 产 品 所 包 含 的 设 计 信 息 和 工 艺 信 息 量 猛 增 ， 随 之 生 产 线 和 生 产 设 备内 部 的 信 息 流 量 增 加 ， 因 而 促 使 制 造 技 术 发 展 的 热 点 与 前 沿 ， 转 向 了 提 高 制 造 系 统 对 于爆 炸 性 增 长 的 制 造 信 息 处 理 的 能 力 、 效 率 及 规 模 上 。 专 家 认 为 ， 制 造 系 统 正 在 由 原 先的 能 量 驱 动 型 转 变 为 信 息 驱 动 型 ， 这 就 要 求 制 造 系 统 不 但 要 具 备 柔 性
10、， 而 且 还 要 表 现 出智 能 ， 否 则 是 难 以 处 理 如 此 大 量 而 复 杂 的 信 息 工 作 量 的 。 其 次 ， 瞬 息 万 变 的 市 场 需 求 和激 烈 竞 争 的 复 杂 环 境 ， 也 要 求 制 造 系 统 表 现 出 更 高 的 灵 活 、 敏 捷 和 智 能 。 因 此 ， 智 能 制造 越 来 越 受 到 高 度 的 重 视 。 纵 览 全 球 ， 虽 然 总 体 而 言 智 能 制 造 尚 处 于 概 念 和 实 验 阶 段 ，但 各 国 政 府 均 将 此 列 入 国 家 发 展 计 划 ， 大 力 推 动 实 施 。 1992 年 美 国 执
11、 行 新 技 术 政 策 ，大 力 支 持 被 总 统 称 之 的 关 键 重 大 技 术 （ Critical Techniloty） ， 包 括 信 息 技 术 和 新 的制 造 工 艺 ， 智 能 制 造 技 术 自 在 其 中 ， 美 国 政 府 希 望 借 助 此 举 改 造 传 统 工 业 并 启 动 新 产 业 。(1) 加 拿 大 制 定 的 19941998 年 发 展 战 略 计 划 ， 认 为 未 来 知 识 密 集 型 产 业 是 驱 动 全球 经 济 和 加 拿 大 经 济 发 展 的 基 础 ， 认 为 发 展 和 应 用 智 能 系 统 至 关 重 要 ， 并 将
12、 具 体 研 究项 目 选 择 为 智 能 计 算 机 、 人 机 界 面 、 机 械 传 感 器 、 机 器 人 控 制 、 新 装 置 、 动 态 环 境 下 系统 集 成 。(2) 日 本 1989 年 提 出 智 能 制 造 系 统 ， 且 于 1994 年 启 动 了 先 进 制 造 国 际 合 作 研 究 项目 ， 包 括 了 公 司 集 成 和 全 球 制 造 、 制 造 知 识 体 系 、 分 布 智 能 系 统 控 制 、 快 速 产 品 实 现 的分 布 智 能 系 统 技 术 等 。 (3) 欧 洲 联 盟 的 信 息 技 术 相 关 研 究 有 ESPRIT 项 目 ，
13、 该 项 目 大 力 资 助 有 市 场 潜 力 的信 息 技 术 。 1994 年 又 启 动 了 新 的 R&D 项 目 ， 选 择 了 39 项 核 心 技 术 ， 其 中 三 项 （ 信 息技 术 、 分 子 生 物 学 和 先 进 制 造 技 术 ） 中 均 突 出 了 智 能 制 造 的 位 置 。 (4) 中 国 80 年 代 末 也 将 “智 能 模 拟 ”列 入 国 家 科 技 发 展 规 划 的 主 要 课 题 ， 已 在 专家 系 统 、 模 式 识 别 、 机 器 人 、 汉 语 机 器 理 解 方 面 取 得 了 一 批 成 果 。 最 近 ， 国 家 科 技 部 正
14、式 提 出 了 “工 业 智 能 工 程 ”， 作 为 技 术 创 新 计 划 中 创 新 能 力 建 设 的 重 要 组 成 部 分 ， 智 能制 造 将 是 该 项 工 程 中 的 重 要 内 容 。 由 此 可 见 ， 智 能 制 造 正 在 世 界 范 围 内 兴 起 ， 它 是 制 造 技 术 发 展 ， 特 别 是 制 造 信 息 技术 发 展 的 必 然 ， 是 自 动 化 和 集 成 技 术 向 纵 深 发 展 的 结 果 智 能 装 备 面 向 传 统 产 业 改 造 提 升 和 战 略 性 新 兴 产 业 发 展 需 求 ， 重 点 包 括 智 能 仪 器 仪表 与 控 制
15、 系 统 、 关 键 零 部 件 及 通 用 部 件 、 智 能 专 用 装 备 等 。 它 能 实 现 各 种 制 造 过 程 自 动化 、 智 能 化 、 精 益 化 、 绿 色 化 ， 带 动 装 备 制 造 业 整 体 技 术 水 平 的 提 升 。 4.对智能制造技术发展的几点建议:1)开拓智能制造研究领域，加强综合、集成。重点开展以机器人、全能体和多智能体为核心的智能制造系统(如快速重构制造系统、全能制造系统等)研究，为21世纪我国机械、汽车两大支柱产业的振兴和制造技术创新做出突出的贡献。2)解决智能制造技术和重大问题需要的不再只是个人或一个单的贡献，而是需要团队的整体性贡献。3)
16、目前国内IMT研究单位较多，并在先进制造理论、技术等方面已经取得多项研究成果，但由于一个单位经费和力量有限，许多成果难于实际应用，没有成气候，建议联合具有优势和特色的产、学研单位，共同投资、共享成果、共担风险，进行智能制造系统集成和应用工程研究。创建具有我国特色的智能制造示范单元或示范工程。4)IMT研究开发的全球化趋势日益明显，建议加强lMT的国际合作研究，密切与国外知名机构的联系与合作。提高我们研究起点和工作水平。5.结语：智能制造具有高科技高水平的先进制造系统，面临一些极具挑战性的问题。当然也需要我们投入大量的研究去攻克这些技术难题。产品和制造过程的数字建模理论及混合约束求解方法，几何表
17、示与推理在运动规划、抓取、夹持、装配、NC加工、计算机视觉、测量中的应用，制造技能和制造知识的表示、获取与推理。智能制造单元的Agent建模及智能制造系统的多Agent建模理论、多Agent系统学-j及重构理论、多Agent系统动力学分析方法及性能评价标、多Agent系统规划、调度、控制与协调等。制造资源的Holon模型Holonic系统组成及其分别式协调与控制等。由于人类智能问题本身的复杂性，智能制造理论与技术的研究任重而道远，上述问题的深入研究，不仅将促进智能制造理论与技术的发展与进一步完展具有积极的推动作用。不仅要提高机器设备的智商，更要协调好人与机器的关系，建立一种新型的人机一体化关系，从而产生高效高性能的生产系统。总之，随着智能制造技术的普及以及其带来的优势愈发明显，可以预见在不远的将来，智能制造将成为下一代重要的生产模式。参考文献：1.赵亚波 智能制造(工业控制计算机2002年15卷第3期(333001) 2.荣烈润 面向21世纪的智能制造机电一体化2006,12(4)3.熊有伦 孙容磊 李斌 吴波 智能制造：回顾与展望木华中科技大学机械学院武汉430074
