智能制造技术基础 第五章 智能制造系统

5.5.2 智能管理系统
智能管理（Intelligent Management,IM）是人工智能与管理科学、知识工程与 系统工程、计算技术与通信技术、软件工程与信息工程等多学科、多技术相互结合、 相 互渗透而产生的一门新技术、新学科。它研究如何提高计算机管理系统的智能水平 及应 用智能管理系统的设计理论、方法与实现技术。该定义是从管理科学与工程角度 出发， 以智能管理系统的设计与实现为核心内容。
3、智能制造系统的特征
与传统的制造系统相比智能制造系统具有以下特征：
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自组织能力 自组织能力是指IMS中的各种智能设备， 能够按照工作任务
的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。完成任务以后，该结
构随即自行解散，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。
5.5.1智能服务系统
本节以提高产品效能的增值服务为例，提出在线智 能服务系统的建设思路。在线智能服务系统的设计目标是在 互联网及物联网的支撑下，将远程终端设备通过感知设备进 行物物互联，并通过互联网将客户、服务提供商及供应商集 成在一起，使用维修服务知识库、数据库和专家系统，构建 在线服务体系，提供远程监测、诊断、在线、及时、周到的 高质量服务。基于云计算平台的在线智能服务系统的总体架 构如图5-12所示。
。
2）智能制造系统的定义
智能制造系统的定义是：在制造过程中，采用高度集成且柔性的方式，并利用计算 机对人脑的分析、判断、思考和决策等行为进行模拟，以实现对制造环境中部分脑力 劳动的延伸或取代。据此定义，智能制造系统由智能制造模式、智能生产和智能产品 组成。其中，智能产品可在产品生产和使用中展现出自我感知、诊断、适应和决策等 一系列智能特征，且其实现了产品的主动配合制造；智能生产是组成智能制造系统最 为核心的内容，其是指产品设计、制造工艺和生产的智能化；智能制造是通过将智能 技术和管理方法引入制造车间，以优化生产资源配置、优化调度生产任务与物流、精 细化管理生产过程和实现智慧决策。
智能化物料管理系统，是通过在生产现场布置专用设备，如LED 生产看板、条码采集器、PLC、传感器、 I/O、DCS、RFID、PC等 ，对从原材料上线到成品入库的生产过程进行实时数据采集、控
加快推进智能制造，是实施中国制造2025的主攻方向，是落实工业化和信息化深度
融合，打造制造强国的战略举措，更是我国制造业紧跟世界发展趋势，实现转型升级 的关键所在。为解决标准缺失、滞后以及交叉重复等问题，指导当前和未来一段时间 内智能制造标准化工作，根据《中国制造2025》的战略部署，工业和信息化部国家标 准化管理委员会共同组织制定了《国家智能制造标准体系建设指南》。该指南重点研 究了智能制造在两个领域的幅度与界定，一方面是指基于装备的硬件智能制造，即智 能制造技术，另一方面，是基于管理系统的软件智能制造管理系统，即：智能制造系 统。
5.3 智能制造系统调度控制
智能制造系统的调度控制是一个基于状态反馈的自动控制系统。智 能制造系统涉及调度的场合一般都具备动态性、实时性、离散事件、 具有强烈的随机扰动性，因此调度控制问题一直没有得到最优的解决 方案。
在经过国内外学者的大量学术研究和生产实践过程中，对于一般性 的调度控制问题已找到许多求可行解的方法。如基于排序理论的调度 方法、基于规则的调度方法、基于离散事件系统仿真的调度方法、基 于人工智能的调度方法等。目前几种流行的调度方法从简单性、智能
系统故障进行自我诊断、排除和修复。
Байду номын сангаас
4 整个制造环境的智能集成IMS 在强调各生产环节智能化的同时，更注重
整个制造环境的智能集成。这是IMS与面向制造过程中的特定环节、特定问题的“智能化
孤岛”的根本区别，IMS涵盖了产品的市场、开发，制造，服务与管理整个过程，并把它
们集成为一个整体，系统地加以研究，实现整体的智能化。
5.2.2 IMS涉及的若干关键技术
1、无线射频技术（RFID） 近年来，趋于成熟的RFID技术是一种非接触式自动识 别技术，它通过无线射频信号自动识别制造车间中的移动对 象，如物料、运输小车、机器人等。RFID从其读取方式、读取 范围、信息储量及工作环境等方面，可取代传统的条形码技 术。RFID可实现动态快速、高效、安全的信息识别和存储，其 在制造业中应用较广泛。
5.4.3 多智能体在供应链中的应用
随着企业信息化和业务数字化应用的日益深入，特别是线上业务 和网络经营范围的不断扩大，信息的处理规模、关系网络的复杂性以及供 需的动态特征等因素已经成为供应链管理的难题。
多智能体（Multi-Agent，MA）技术具有分布性、自治性、移动性、智 能性和自主学习性等优点比较适用于跨越企业边界的、处于复杂环境的供 应链管理，进而满足企业间可整合、可扩展的需求，集成供应链上各个节 点企业的核心能力和价值创造能力，强化供应链的整体管理水平和竞争力 。因此基于MA技术构建的供应链管理系统，能充分发挥其在链网式组织 模式中的经营管理、辅助决策和协同优化功效，具有智能化效用。
2、智能机床 智能机床就是对制造过程能够做出决策的机床。它通过各类传感器实时监 测制造的整个过程，在知识库和专家系统的支持下，进行分析和决策，控 制、修正在生产过程中出现的各类偏差。数控系统具有辅助编程、通信、 人机对话、模拟刀具轨迹等功能。未来的智能机床都会成为工业互联网上 的一个终端，具有与信息物理系统CPS联网的功能。对机床故障能进行远 程诊断，能为生产提供最优化方案，并能实时计算出所用切削刀具、主轴 、轴承和导轨的剩余寿命。
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面向用户性供应链的形成、运作都是以用户为中心而发生的。用户的需求拉动是供应链中物流、资
金流以及信息流流动的动力源。
4 跨地域性供应链网链结构中的节点成员超越了空间的限制，在业务上紧密合作,在信息流和物流的
推动下，可进一步扩展为全球供应链体系。
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结构交叉性某一节点企业可能分属为多个不同供应链的成员，多个供应链形成交叉结构，这无疑增
2）制造业供应链的特征
供应链定义的结构决定了它具有以下主要特征：
1
动态性因核心企业或成员企业的战略及快速适应市场需求变化的需要,供应链网链结构中的节点企
业经常进行动态的调整（新加入、退出或调整层次），因而供应链具有明显的动态特性。
2 复杂性供应链上的节点往往由多个不同类型、不同层次的企业构成，因而结构比较复杂。
第5章 智能制造系统
1. 智能制造系统的定义及特征 2. 智能制造系统体系架构 3. 智能制造系统调度控制 4. 智能制造系统供应链管理 5. 智能管理与服务
•5.1 智能制造系统的定义及特征
1）智能制造系统的产生背景 智能制造系统（Intelligent Manufacturing System，简称IMS）是适应传统制造
加了协调管理的复杂度。
6 借助于互联网、物联网、信息化等技术，供应链正向敏捷化、智能化方向快速发展。
5.4.2 智能供应链管理
针对制造业供应链的现状及问题，企业必须对自身的组织机构、业务流程、 数据、信息系统进行优化设计，在互联网及物联网的技术支持基础上，建立供 应链科学的管控体系及协同商务系统，并建立全价值链的集成平台。
性、实用性、准确性和可实现性等方面进行了比较，如表5-2所示：
4. 智能制造系统供应链管理 1. 制造业供应链管理概念
1）供应链的定义
制造业供应链是一种将供应商、制造商、分销商、零售商、直至最终客户（消 费者）连成一个整体的功能网链模式，在满足一定的客户服务水平的条件下， 为使整个供应链系统成本达到最小，而将供应商、制造商、仓库、配送中心和 渠道商有效地组织在一起，共同进行产品制造、转运、分销及销售的管理方法 。通过分析供应链的定义，供应链主要包括以下三个方面的内容：
5.5 智能管理与服务
在全球经济一体化的今天，国际产业转移和分工日益加剧，新一轮技 术革命和产业革命正在兴起，客户对产品及服务的要求越来越高。中国已经是 制造业大国，但仍不算是制造强国。因为制造业强国掌握着产品研发设计技术 、工艺设计技术及核心零部件的制造技术并提供相应的服务，依靠强大的营销 网络和服务体系，占领着价值链的高端，在这个全球化的价值链中，我国处于 价值链的低端，位于价值链高端的制造业企业，其服务型收入已经远远产品的 销售收入。因此，要想实现制造业强国梦，提升制造业核心竞争力，必须从传 统的生产型制造向服务型制造转型。
领域以下几方面的情况需要而发展起来的，一方面是制造信息的爆炸性的增长 ，以及处理信息的工作量猛增，这些要求制造系统表现出更大的智能；另一方 面是专业人才的缺乏和专门知识的短缺，严重制约了制造工业的发展，在发展 中国家是如此，而在发达国家，由于制造企业向第三世界转移，同样也造成本 国技术力量的空虚；第三是多变的激烈的市场竞争要求制造企业在生产活动中 表现出更高的敏捷性和智能化；第四是CIMS、ERP及PDM的实施和制造业的全 球化的发展，遇到的“自动化孤岛”的联接和全局优化问题，以及各国，各地区 的标准、数据和人机接口的统一问题，这些问题的解决依赖于智能制造技术的 发展。
2 自律能力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，以采用最佳行动方案。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 能以原有专家知识为基础，在实践中，不断进
行学习，完善系统知识库，并删除库中错误的知识，使知识库趋向最优。同时，还能对
智能管理是现代管理科学技术发展的新动向。智能管理系统是在管理信息系 统（Management Information System,MIS）、办公自动化系统（Office Automation System，OAS）、决策支持系统（Decision Support System,DSS）的功能集成、技术集成 的基础上，应用人工智能专家系统、知识工程、模式识别、人工神经网络等方法和技 术，进行智能化、集成化、协调化、设计和实现的新一代的计算机管理系统，智能管 理正逐步在企业管理中发挥应有的作用，如制造企业车间级的制造生产管理系统、智 能化产品设计系统、车间智能调度系统、智能物流管理系统、商务智能系统等，显然 智能管理的核心是智能决策。此外智能管理强调“人因素”和“人机协调”的高效整合和实 现“人机协调”。很多企业信息管理、商务智能失败的核心问题是未能实现“人因素”和“ 人机协调”的整合和实现
3、智能机器人 1）智能机器人定义 智能机器人是智能产品的典型代表。智能机器人至少要具备以下3个要素 ：感觉要素，用来认识周围环境状态;二是运动要素，对外界做出反应性 动作:三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考采用什么样的动 作。
4、常用的网络通信协议
在智能制造系统环境中，工业互联网不可缺少，智能功能的网络互联几乎应 用于系统层级的各个层次中，它通过有线、无线等通信技术，实现设备之 间 、设备与控制系统之间、企业之间的互联互通。在网络层中，设备与设备 的 通信存在两类协议。第一类协议是接入协议（也称传输协议），负责子网 内 设备间的组网及通信，这类协议包括：ZigBee，WiFi，蓝牙；第二类协议是通 信协议，负责通过传统互联网与服务器、APP或设备进行交换数据，包括 HTTP ，MQTT，WebSocket、XMPP、COAP。
智能供应链管理是一种以多种信息技术、人工智能为支撑和手段的先进的管 理软件和技术，它将先进的电子商务、数据挖掘、协同技术等紧密集成在一起 ，为企业产品策略性设计、资源的策略性获取、合同的有效洽谈以及产品内容 的统一管理等过程提供了一个优化的实现双赢的解决方案。智能供应链系统（ 包括ERP、CRM、SCM、SRM、PM）与协同商务及全价值链集成平台组成智能 经营系统的总体架构如图5-7所示。
1 供应链的参与者：主要包括供应商、制造商、分销商、零售商、最终客 户（消费者） 2 供应链的活动：原材料采购、运输、加工在制品、装配成品、销售商品 、进入客户市场 3 供应链的四种流：物料流、信息流、资金流及商流
供应链不仅是一条资金链、信息链、物料链，而且还是一条增值链。 物料因在供应链上加工、运输等活动而增值，给供应链上的全体成员都带来了 收益，制造业供应链原理描述如图5-6所示。