先进制造技术作业——邓竹君(SQ09058253057)

课程报告先进制造技术*************************************智能制造*************************************邓竹君SQ09058253057南京航空航天大学《先进制造技术》课程报告1、研究目的、必要性和重要性、意义自20世纪80年代以来，随着产品性能的完善化及其结构的复杂化、精密化，以及功能的多样化，促使产品所包含的设计信息量和工艺信息量猛增，随之而来的是生产线及生产设备内部的信息量增加，制造过程和管理工作的信息量也必然剧增，因而推动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。

目前，先进的制造设备离开了信息的输入就无法运转，柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)的信息来源一旦被切断就会立刻瘫痪。

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，而且还要具有智能，否则是难以处理如此大量、多样化及复杂化(残余和冗余信息)的信息工作量的。

当前和未来企业面临的是一个瞬息多变的市场需求和激烈的国际化竞争环境。

社会的需求使产品生产正从大批量产品生产转向小批量、客户化单件产品的生产。

企业欲在这样的市场环境中立于不败之地，必须从产品的时间、质量、成本、服务和环保(T、Q、C、S、E)等方面提高自身的竞争力，以快速响应市场频繁的变化。

为此，企业的制造系统应表现出更高的灵活性和智能性。

过去由于人们对制造技术的注意力偏重于制造过程的自动化，从而导致在自动化水平不断提高的同时，产品设计及生产管理效率提高缓慢。

生产过程中人们的体力劳动虽然获得了极大解放，但脑力劳动的自动化程度(即决策自动化程度)却很低，各种问题的最终决策或解决在很大程度上仍依赖于人的智慧；并且随着市场竞争的加剧和信息量的增加，这种依赖程度将越来越大。

为此，要求未来制造系统具有信息加工能力，特别是信息的智能加工能力。

从20世纪70年代开始，发达国家为了追求廉价的劳动力，逐渐将制造业移向了发展中国家，从而引起本国技术力量向其他行业的转移，同时发展中国家专业人才又严重短缺，其结果制约了制造业的发展。

因此，制造业希望减少对人类智慧的依赖，以解决人才供应的矛盾。

智能制造正是适应这种情况而得以发展的。

当今世界各国的制造业活动趋向于全球化，制造、经营活动、开发研究等都在向多国化发展。

为了有效地进行国际间信息交换及世界先进制造技术共享，各国的企业都希望以统一的方式来交换信息和数据。

因此，必须开发出一个快速有效的信息交换工具，创建并促进一个全球化的公共标准来实现这一目标。

先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺及系统的设计和管理人员提出了新的挑战，传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们通过集成传统制造技术、计算机技术与人工智能等技术，发展一种新型的制造模式——智能制造。

- 1 -智能制造智能制造正是在上述背景下孕育而产生的。

智能制造的形成是制造业发展的历史必然。

工业革命实现了人的体力劳动的解放；信息革命借助机器来实现人的部分脑力劳动机械化和自动化；旨在提高机器的智能化合信息处理自动化的现代信息技术革命，必将彻底解放人的脑力劳动。

在信息科学技术发展的推动下，制造业的资源配置已向信息（知识）密集化的方向发展；在多变的市场需求驱动下，制造业的生产规模已向多品种、变批量及柔性化的方向发展。

智能制造应当包含智能制造技术(IMT)和智能制造系统(IMS)，因本文不涉及智能制造技术本身，只侧重于论述制造模式，故重点讨论智能制造系统。

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。

IMS是智能技术集成应用的环境，也是智能制造模式展现的载体。

IMS理念建立在自组织、分布自治和社会生态学机制上，目的是通过设备柔性和计算机人工智能控制，自动地完成设计、加工、控制管理过程，旨在解决适应高度变化的环境制造的有效性。

由于智能制造模式突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。

2、国内外研究的技术现状分析自20世纪80年代美国提出IM概念以来，IMS一直受到众多国家的重视和关注。

在IM领域中，最具有影响和代表性的当属日本的IMS国际合作计划，它是迄今为止已启动的制造领域内最大的一项国际合作计划。

日本、美国、加拿大、澳大利亚、瑞士和欧洲自由贸易协定国(韩国正在申请加入)在1991年1月联合开展了由日本首先于1990年4月提出的为期10年的IMS国际合作计划。

这是- 2 -《先进制造技术》课程报告为了克服FMS(柔性制造系统)、CIMS的局限性，把日本工厂和车间的专业技术与欧盟的精密工程技术、美国的系统技术充分地结合起来，开发出能使人和智能设备都不受生产操作和国界限制、彼此合作的高技术生产系统。

该计划鼓励工业界、学术界和政府在现代制造技术领域里进行广泛的研究与合作。

该计划的目标是全面展望21世纪现代制造技术的发展趋势，先行开发下一代的制造技术，以解决全球制造业面临的共同问题，改善地球环境(包括生产环境)，提高资源有效利用率，提高产品质量和性能，促进现代制造技术成果向生产力的转化，积极推动全球制造信息、制造技术的体系化和标准化，快速响应制造业全球化的发展趋势。

从1995年开始，IMS计划进入全面实施阶段，总投资达40亿美元，至今共批准了12个项目：(1)面向21世纪的全球制造业的企业集成；(2)具有分布、自律、敏捷、仿生、分形等特点的下一代制造系统(NGMS)；(3)全能制造系统(HMS)；(4)知识系统化；(5)变结构物料储运系统；(6)快速产品开发(RPD)；(7)人机共存系统的组织问题；(8)创新型和智能型现场工厂建设研究；(9)数字化模具设计系统；(10)智能复合产品；(11)人的感觉因素对产品生命周期的影响；(12)适用于全球分布式企业设计、规划、运行的建模与仿真环境。

IMS的国际合作研究开发一般分为3个层次：(1)将各国独自开发的制造技术(主要是产品设计和加工装配技术)体系化及完整化；(2)将现有技术及未来要开发的技术(主要是物流管理技术和制造信息数据的压缩、传送和存储技术)标准化；(3)面向21世纪的新型、高性能制造系统技术(主要包括系统管理技术与机械加工、设计、装备及制造过程相关技术)的研究和开发。

这3个层次的内容在每一层内又分为5个研究内容：(1)系统构筑技术；(2)生产、控制和加工技术；(3)与生产相关的信息、通信技术；- 3 -智能制造(4)新材料应用技术；(5)制造系统中人的因素。

纵览全球，虽然总体而言IM尚处于概念和实验阶段，但各国政府均将其列入国家发展计划，大力推动实施。

1992年美国执行被总统称之为“关键重大技术”(criticaltechnology)的新技术政策，其中包括信息技术和新的制造工艺，IM技术也在其中。

美国政府希望借此改造传统工业并启动新产业。

加拿大制定的1994-1998年战略发展规划中，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，发展和应用智能系统至关重要，并将具体研究项目定为智能机器人、人机界面、机器人控制、新装置、动态环境下系统集成。

欧盟的信息技术相关研究有ESPRIT项目，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3项(信息技术、分子生物学和先进制造技术)突出了智能制造的位置。

我国20世纪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、机器人方面取得了一批成果。

此后，国家科技部正式提出了“工业智能工程”，IM是该项工程中的重要内容。

1993年，中国国家自然科学基金会重点项目“智能制造技术基础的研究”获准设立。

1994年开始实施。

由华中理工大学、南京航空航天大学、西安交通大学和清华大学联合承担。

研究内容为IM基础理论、智能化单元技术(智能设计、智能工艺规划、智能制造、智能数控技术、智能质量保证等)、智能机器(智能机器人、智能加工中心)等。

至今，已取得了不少可喜的研究成果。

作为一个有机整体的现代工业生产系统，日益受到技术、经济和人等三方面因素的制约。

从技术角度看，市场预测、生产决策、产品设计、原料订购与处理、制造加工、生产管理、原料产品的储运、产品销售、研究与发展等环节彼此相互影响，构成生产的全过程，各环节的集成自动化水平决定该过程的自动化程度，各环节的集成智能水平影响该系统的自组织能力，这种“集成”制造智能的技术现在为数还甚少。

目前在工业发达国家普遍存在劳动力匮乏、昂贵，所占生产成本的比例越来越高的问题，制造企业移至发展中国家，致使生产技术和劳动者因素等方面受到限制，存在产品市场竞争力丧失的危险；发展中国家企业生产的规范化及自动化程度低下，专业人员与技术力量十分缺乏。

日、美、欧都将智能制造视为21世纪的制造技术和极端科学，并认为是国际制造业科技竞争的制高点，且有着巨大的立业，所以他们在该另约的科技协作频繁，参与研究计划的各国制造业力量庞大，主宰未来智能制造的发展趋势。

- 4 -《先进制造技术》课程报告智能制造技术着重研究制造过程中的只能决策、基于多施主（multi-agent）的智能协作求解、智能并行设计、物流传输的智能自动化、智能加工系统和智能机器等问题。

智能制造系统主要研究部分代替人的智能活动和技能；使用智能计算机技术集成设计制造过程，以虚拟现实技术实现虚拟制造；通过卫星、Internet和数字电话网络实现全球制造；进行智能化合自律化的智能技工系统以及智能化CNC、智能机器人的研究；应用分布式人工智能技术，实现自律协作控制等难题。

智能化发展的核心是“智能化”和“集成化”。