智能制造系统

智能制造系统【摘要1 制造业的不断发展，出现智能制造的新理念。从现有制造技术(CNC、FMS、CIM)阐述智能制造的本质特征，提出了多Agent 系统结构，并进一步阐述了系统分析、设计中智能建模方法。【关键词】智能制造系统多Agent~ 系结构智能建模方法1 智能制造的概念制造业历尽沧桑，经历了手工操作、机械化、自动化、信息化、集成化、至智能化。工业化实现了人类体力劳动的解放；在信息化的基础上进一步实现了人类脑力劳动的解放。而智能制造是近几年才发展起来的。智能制造fIntelligent Manufacturing 简称IM)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动．诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事．去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承和发展。2 智能制造的特征20 世纪60 年代的数控机床(CNC)实现了机械加工过程的可编程自动化：2O 世纪70 年代的柔性制造系统(FMS)将车间级的机床设备、工艺装备、工业机器人及搬运小车等通过计算机在线控制实现了以物流为基础的系统自动化．进一步满足制造系统的柔性化要求;20 世纪80 年代的计算机集成制造(CIM)通过信息技术将工厂中CAD、CAPP、CAM 及经营管理等集成起来，按照人们预测的方式实现加工过程的自动化。而智能制造可以在确定性不明确、不能预测的条件下完成拟人的制造工作。主要表现在下列的特征：自组织能力；自律能力；自学习能力；系统的智能集成等等。3 智能制造的体系结构智能制造系统结构的主要类型有：以提高制造系统智能为目标，智能机器人、智能体等为手段的智能制造系统；通过互联网把企业的建模、加工、测量、机器人的操作一体化的智能制造系统；采用生物问题的求解方法的生物智能制造系统等。目前，较多采用的是基于Agent 的分布式网络化IMS 的模型，见图l。一方面通过Agent 赋予各制造单元以自主权．使其成为功能完善自治独立的实体；另一方面，通过Agent 之间的协同与合作．赋予系统自组织能力。4 智能制造系统的建模传统的机电控制系统的建模方式是根据系统的物理原理推出模型结构，根据实验、经验选出参数及修正值。这种方法对于复杂的非线性系统的建模不是很有效。智能制造系统是一个非常复杂的大系统，它是多因素、高阶、非线性的系统，传统的建模方法很困难。它表现在离散性、在线检测困难、过程模型的不确定性、过程的快速性、以及系统处理多级信息反馈的不稳定性。智能建模方法可用模糊数学、神经网络等方法来实现。根据不同的需求从不同的侧面对智能制造系统进行抽象和描述，形成了各具特色的建模方法。基于IDEF 的功能模型，该模型在结构化分析基础上用图形符号描述的功能模型，它可以表达某种功能活动的下列内容：定义，输出，输入，约束与控制，支持机制．功能间关系等等见图2。面向对象建模法(OOM)为智能制造系统的建模提供了新的思路和方法。它是一种运用对象、、类继承、封装、承、继聚合、消息传递、态性等概多念来构造系操作工机床刀具统的软件开发方法。OOM 中的基本建模元素“对象”是对问题域中事物完整映射，OOM r~的结构与连接反映了问题域中事物之间的关系。基于Petri 网的动态模型，Petri 网是由德国学者Carl A．Petri 于1962 年提出的一种用于描述事件和条件关系的网络。它用一种简单图形表示组合模型．具有直观、易懂、易用等特点。图 3 为简单Petri 网。在普通Petri 网的基础上已扩展成许多Petri 网。其中包括：有色Petri 网(Colored Petri Net)、随机Petri 网(Stochastic Petri Net)、模块化／递阶Petri 网(Mdolar／hierarchacal Petri Net)等。5 结论智能制造系统是一个信息处理系统，它的原料、能量和信息都是开放的，因此智能制造系统是一个开放的信息系统。智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程与人机智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。智能制造是新世纪制造业的发展方向，也是我国实现制造业跨越发展的必经之

路。参考文献【l】李培根．张洁．敏捷化智能制造系统的重构与控制[M]．北京：机械工业出版社．2003．[2] 王红卫．建模与仿真[M]．南京：科学出版社，2003．[3] 张思复．现代工业工程[M]．重庆：重庆大学出版社，1998．[4] 唐一平．Advanced Manufacturi“gTechn01。gy l 机械工业出版社，2004．