柔性作业车间智能调度-共享工业云

02 智能科学与技术
人工智能（AI）主要内容
从“深”到“暗”。视觉是 人脑最主要的信息来源。模 式识别、图像处理等。
沟通的认知基础。语音识别、 合成，对话等。
构建大任务平台。机械、控 制、设计、运动规划、任务 规划等。
1
计算机视觉
3
自然语言理解
5
机器人学
2
认知与推理
走向内心世界。各种物理和 社会常识。
——美国心理学家加德纳1983年《智力的结构》（Frames of Mind）
02 智能科学与技术
智能闭环和要素
③ 计算 ② 通信
感知
信息处理
信息
信息传递
信息
信息获取
可用的信息
知识生成
智能闭环
信息
环境/约束
策略创建
知识
智能策略
策略传递
智能策略
智能行为
策略执行
智能 ④ 通信 ② 控制 ⑤
智能要素： 智能感知、智能决策（认知、决策、学习 ）、智能控制（社会协作）。
01 前言
智能制造概念
智能制造是一个大概念，是新一代信息技术与先进制造技术的深度融合，贯穿于产品设计、 制造、服务等全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成，旨在不断提升企业的产品质量、 效益、服务水平，减少资源消耗，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。
—— 中国工程院周济院长《新一代智能制造》
智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、 服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型 生产方式。
——《智能制造发展规划（2016-2020年）》
01 前言
科技革命
历史性交汇
智能制造大背景
产业变革
转 型 升 级
全球新一轮科技革命和产业变革加紧孕育兴起，与我国制造业转型升级形成历史性交汇。智能制造在全球范围内快
速发展，已成为制造业重要发展趋势，对产业发展和分工格局带来深刻影响，推动形成新的生产方式、产业形态、
商业模式。
—— 《智能制造发展规划（2016-2020年）》
01 前言
智能制造驱动力
推动力：技术
智能制造 IM
牵引力：需求
支撑力：环境
01 前言
智能制造三阶段
初级阶段
• 数字化制造 • 单元应用 • 数据 • 自动化、数字化 • 设备层、监控层、车间
1 基于分布式传感的
数控机床工况 实时感知
目标：构建数控机床工况信息识别系统
数控机床工况信息识别流程设计方法 数控机床工况信息识别系统框架构建 数控机床工况监测信息自动提取技术
目标：实现对数控机床工况信息的实时准确感知
数控机床分布式传感网络技术 数控机床高速数据传输与处理技术 数控机床工况实时分析与动态反馈技术
人工智能技术
人工智能技术(AI技术)是人类在利用和改造机器的过程中所掌握的物质方法、手段和知识等 各种活动方式的总和。
计算机视觉、自然语言处理、知识表示与处理、机器学习等。知识驱 传统意义上的AI技术
动。
机器智能技术
具有数据量大、超复杂性、要求实时性、人类智能暂时无法处理的智 能信息处理技术等。大数据驱动，机器智能。
专家系统 神经网络
分治时期
视觉、语言、认知、 学习、机器人
起
2012-现在
深度学习 博弈游戏
AI数理基础切换： 数理逻辑：表达与推理
1990-2000
概率统计：建模、学习、计算
类比中国历史：
周朝体制
春秋五霸
战国七雄 秦 2017 走向统一
——朱松纯《浅谈人工智能：现状、任务、架构与统一》
02 智能科学与技术
设计技术 加工技术 装配技术 检测技术 物流技术 监控技术 服务技术 系统技术
数字化设计技术 数字化加工技术 数字化装配技术 数字化检测技术 数字化物流技术 数字化监控技术 数字化服务技术 数字化系统技术
03 智能制造技术
制造技术
设计技术 加工技术 装配技术 检测技术 物流技术 监控技术 服务技术 系统技术
02 智能科学与技术
智能科学
智能科学研究智能的基本理论和实现技术，是由脑科学、认知科学、人工智能等学科构成的
交叉学科。
—— 中科院史忠植
脑科学 认知科学 人工智能
从分子水平、细胞水平、行为水平研究人脑智能机理，建立脑模型， 揭示人脑的本质。
研究人类感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程。
研究用人工的方法和技术，模仿、延伸和扩展人的智能，实现机器智 能。
固定式 视觉
移动式 视觉
移动式+固定式 视觉
04 智能制造技术例一 智能加工：带视觉的智能机器人系统
带机器视觉的机器人系统，目前应用较多的环节是装配和焊接，其中视觉主要起定位和引导作用。
机器视觉技术及其应用系统综述 基于机器视觉的发动机辊子摇臂识别检测系统 基于机器视觉的真空断路器尺寸检测系统 基于机器视觉和机器人的精密装配定位系统 基于机器视觉的字符及二维码识别系统 ——2016年北自所“机器视觉应用技术交流会”
层 • 等等
中级阶段
• 数字化网络化制造 • 系统集成 • 信息 • 网络化、集成化 • 监控层、车间层、工厂
层 • 等等
高级阶段
• 新一代智能制造 • 自我优化 • 知识 • 知识化、智能化 • 车间层、工厂层、产业
链层 • 等等
01 前言
智能制造三阶段
由于采用了人工智能技术，高级阶段的智能制造系统（智能机器），是真正的智能系统，与 初级、中级阶段的系统相比，它最显著的特征是：
数控机床制造知识综合推理技术 数控机床几何物理约束推理技术 数控机床异构分布知识协同推理系统
4 基于云平台的 数控机床制造资源
自主决策
目标：实现数控机床制造资源共享
数控机床制造资源网络部署技术 数控机床异构制造资源分装技术 数控机床制造资源云平台构建
目标：实现数控机床制造资源的自主决策
数控机床制造资源与用户需求的耦合匹配技术 数控机床制造资源云模式敏捷响应与动态重组技术 基于智能计算的数控机床制造资源自主决策与调配技术
初论智能制造技术
北京机械工业自动化研究所总工程师 国家智能制造标准化专家咨询组专家 中国机器人产业联盟专家委员会委员 工业互联网产业联盟产业发展组副主席
2018年7月9日 宁夏银川
谢兵兵
CONTENTS
01 前言 02 智能科学与技术 03 智能制造技术 04 智能制造技术举例 05 小结
01 前言
+ 人工智能技术 =
智能制造技术
智能制造技术
智能设计技术 智能加工技术 智能装配技术 智能检测技术 智能物流技术 智能监控技术 智能服务技术 智能系统技术
03 智能制造技术
智能制造技术可能的表述形式
基于（主要的人工智能技术）的智能（涉及的制造环节）技术
举例：
基于机器视觉的智能机器人焊接技术 基于自然语言理解的人机交互技术 基于路径自学习自规划的车间柔性物流技术 基于深度学习的预测性维护技术
检测
物流
监控
服务 系统
据此，可以把离散制造所涵盖的主要制造技术归纳为下列8项技术：
设计技术 加工技术 装配技术 检测技术 物流技术 监控技术 服务技术 系统技术
பைடு நூலகம்
03 智能制造技术
自动化数字化制造技术
自动化制造技术 = 自动化技术 + 制造技术 + 数字化技术 = 数字化制造技术
自动化设计技术 自动化加工技术 自动化装配技术 自动化检测技术 自动化物流技术 自动化监控技术 自动化服务技术 自动化系统技术
03 智能制造技术
制造环节智能化
从自动化、数字化制造，走向智能制造，随著AI技术的开发和应用，是一个较长的过程，存 在许多条不同的方法和路径。从制造环节智能化来看，有如下可能的融合升级之路：
设计智能化
设计知识表达 与知识库构建
产品几何建模 与工程图档生成
加工智能化
加工过程监控 与误差补偿
数控加工编程
传统方法
分类模型 分类模型
03 智能制造技术
03 智能制造技术
制造技术
制造过程一般可以分离散型、流程型和批量型，与之对应，制造业可以分为离散制造业、流 程工业和批量型制造业。典型的离散制造业有汽车、电子、航空、机械工业等等。就离散制 造而言，其制造工艺流程及其所包含的主要环节为：
设计
生产
加工
装配
2 基于物联网的 数控加工系统
智能控制
目标：数控加工过程智能执行
智能数控系统与伺服驱动技术 智能工艺规划与智能编程技术 数控机床智能制造执行系统技术
2015年
目标：数控加工系统智能控制
数控企业智能管控和智能供应链管理技术 数控机床企业制造与服务集成平台 数控机床企业智能物流平台
2020年
2025年
04 智能制造技术例二
04 智能制造技术例四 智能决策：基于知识库的智能决策与优化
杭州长江汽车电池包装配线
电子某所：在电子装配中，针 对腔体类工件贴装的典型问题， 构建了一套机器人移动式视觉 导引系统。
04 智能制造技术例一 智能加工：带视觉的智能机器人系统
激光视觉传感焊接专机（中集集团）
应用于：集装箱制造、车辆制造、能化装备制造、 海工船舶等
通过该专机可实现单机独立或多 机联动作业。设备集成计算机模 糊控制技术、激光视觉识别技术、 图像处理技术，实现对弯曲而无 规则的焊缝、直角焊缝、自动识 别跟踪，直接对大波纹板、 小波 纹板、 及各种波纹角度的波纹板 进行自动焊接。
清华大学人工智能研究院院长张钹院士，最近发表演讲《走向真正的人工智能》，呼吁社会去除浮躁、静下心来， 多研究开发传统意义上的AI技术，为未来AI造福人类夯实基础！
02 智能科学与技术
机器学习与深度学习
机器学习算法，输入的是数据和想要的结果，输出的为算法模型，即把数据转换成结果的算法模型。通过机器学习， 计算机能够自己生成模型，进而提供相应的判断，达到某种人工智能的结果的实现。深度学习属于机器学习的一个 子集，思想和理论上并没有超越上世纪80年代中后期神经网络的范畴，但是海量数据的出现和计算能力的提升，使 得原来复杂度很高的算法得以落地使用，在几个“点”的应用上取得了巨大的成功，一时成为AI领域的“大明星”！
装配智能化
智能装配规划
虚拟装配
管控智能化
制造过程 智能调试
数字化制造 资源管理
服务智能化
工况感知 与自主决策
状态检测 与故障诊断
04 智能制造技术举例
04 智能制造技术例一 智能加工：带视觉的智能机器人系统
带机器视觉的机器人工作站（系统），组成了完整的感知-决策-执行闭环，具有一定的环境适应性和柔 性，近年来在生产现场得到广泛应用。视觉和机器人融合，一般有三种形式：
2015年
2020年
2025年
04 智能制造技术例三
智能物流：基于AGV的柔性物流
作为生产计划的执行系统，通过AGV、RGV搬运机器 人实现自动化、柔性化的物流配送过程，实现工厂、 加工单元、机台间工艺路线的动态、柔性联接；通过 生产进程动态数据跟踪，最大化的确保生产效率，实 现快速交付。
美克家居大规模个性化定制+智能制造（MC+FA）项目 天津生产基地现场
深度学习 < 机器学习 < 人工智能
人 工
机 器
深 度
智 能
学
学
习
习
样本数据 样本数据
深度学习与传统方法的区别
深度学习
机器学习 特征
端对端学习
深度学习则通过机器学习自 身来产生特征，即“特征学 习”或“表示学习”
传统机器学习描述样本的特 征通常由专家来设计，这称 为“特征工程”
人工设计 特征
分类器学习
智能加工：智能机床
把数控机床升级为智能机床，把数控机床行业从数字制造升级到智能制造，需要攻克4大技术：
3 大数据驱动的 数控机床制造
知识推理
目标：构建数控机床制造知识节点关系网络
数控机床海量异构分布信息的知识发现技术 数控机床制造知识关系网络构建与评价技术 数控机床制造知识库及其管理系统构建技术
目标：实现数控机床制造知识推理
4
博弈与伦理
获取、共享人类的价值观。 多代理人agents的交互、 对抗与合作、机器人与社会 融合等。
6
机器学习
学习的终极极限与“停机问 题”。各种统计的建模、分 析工具和计算方法。
02 智能科学与技术
人工智能的“几起几落”
起
1956-1974
逻辑表达 启发式搜索
落 1974-1980
起
落
1980-1987
视觉智能焊接效果图
手工焊接效果图
视觉跟踪焊接效果（放大）
双激光+相机视觉器
可预计在不久的将来，机器视觉将成为制造系统的标配，广泛应用在多个点、多个环节、多个子系统。
04 智能制造技术例二
智能加工：智能机床
把数控机床升级为智能机床，把数控机床行业从数字制造升级到智能制造，需要攻克4大技术，可考虑的技术路线：
越用越聪明
越来越能干
越用越好用
02 智能科学与技术
02 智能科学与技术
什么是智能
01
言语/语言 智能
08
自然观察 智能
02
逻辑/数理 智能
03
视觉/空间 智能
04
身体/运动 智能
人的“多元智能”（multiple intelligence）
07
自我内省 智能
06
人际交往 智能
05
音乐/节奏 智能