从数字化到智能制造

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中车株洲电力机车研究所有限公司

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目次

1 目的及意义 (1)

2 从数字化工厂到智能工厂再到智能制造 (1)

2.1 数字化工厂 (1)

2.2 智能工厂 (2)

2.3 智能制造 (2)

3 从数字数字化开发到智能制造的关键技术途径 (3)

3.1 从数字制造到智能制造的发展模式 (3)

3.2 从数字制造到智能制造的具体途径 (4)

4 典型行业智能制造发展技术路线图 (5)

1 目的及意义

随着城市配电网的不断发展, 配电网的结构越来越复杂, 网络供电方式和手拉手供电方式成为城市配电网的主要供电方式。与此同时, 随着电力供需矛盾的缓和, 广大电力用户对电力供应的需求不断提高, 电力系统配电生产管理人员的工作量与日俱增, 配电网的重要性日益突出。原有的人工粗放型的管理方式和工作流程已不能适应新的要求, 亟待建立新型的技术管理模式。

作为“中国制造2025”国家战略计划的重要组成部分，从数字制造到智能制造的转型升级，已成

为各行各业以及高端装备制造业发展的必然趋势，也是促进我国从制造大国向制造强国转变的必然之路。近年来，我国在数字制造技术研究与应用方面取得了重要的进展与突破，数字制造技术得到广泛应用，并成为解决高、精、尖复杂装备制造难题的核心技术之一；智能制造技术研究与应用也初现端倪，部分制造企业集团积极采用智能制造技术提升产品的智能化水平，智能化生产线、智能化车间、智能化工厂不断涌现。但就我国从数字制造到智能制造的发展水平而言，与工业发达国家相比仍存在很大差距。

德勤有限公司与中国机械工业联合会2015 年对上百家制造业企业智能制造与信息化情况开展调研，报告显示中国智能制造尚处于初级发展阶段，仅23% 的企业进入智能制造广泛应用阶段；除在汽车及零

部件行业智能设备应用程度超过90% 外，其他行业尤其是机械加工制造行业的智能设备应用程度均较低（如图所示）。造成上述差距的根源，主要是缺乏从数字制造到智能制造发展的具体技术途径指引，导致我国智能制造应用推广进展缓慢。

为此我们提出利用数字化技术、智能化技术, 通过图形与数据相结合, 实现配电网的生产运行管理与辅助决策管理, 实现配网调度、生产、运行、检修、管理的科学性和数字化, 进一步改善服务质量, 提高供电可靠性, 提高供电企业的综合经济效益。

为了建成上述的一体化

2 从数字化工厂到智能工厂再到智能制造

2.1 数字化工厂

对于数字化工厂，德国工程师协会的定义是：数字化工厂(DF)是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D/虚拟现实可视化，通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。

在国内，对于数字化工厂接受度最高的定义是：数字化工厂是在计算机虚拟环境中，对整个生产过程

进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。从定义中可以得出一个结论，数字化工厂的本质是实现信息的集成。

2.2 智能工厂

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

智能工厂已经具有了自主能力，可采集、分析、判断、规划;通过整体可视技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造过程。系统中各组成部分可自行组成最佳系统结构，具备协调、重组及扩充特性。已系统具备了自我学习、自行维护能力。因此，智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，其本质是人机交互。

2.3 智能制造

智能工厂是在数字化工厂基础上的升级版，但是与智能制造还有很大差距。智能制造系统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，去扩大、延伸和部分地取代技术专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系统不只是“人工智能系统，而是人机一体化智能系统，是混合智能。系统可独立承担分析、判断、决策等任务，突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器配合下，更好发挥人的潜能。机器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本质是人机一体化。

智能制造，是智能技术与制造技术的融合，是用智能技术解决制造的问题，是指对产品全生命周期中设计、加工、装配等环节的制造活动进行知识表达与学习、信息感知与分析、智能决策与执行，实现制造过程、制造系统与制造装备的知识推理、动态传感与自主决策。

智能制造是涉及产品全生命周期中各环节的制造活动，包括智能设计、智能加工、智能装配三大关键环节。智能制造的实现可以分为三个不同的层面，即制造对象或产品的智能化、制造过程的智能化、制造工具的智能化；而知识库/ 知识工程、动态传感与自主决策，构成了智能制造的三大核心。智能制造是在

数字制造的基础上发展的更前沿阶段，其实现离不开数字制造的基础，因此数字制造技术，包括产品数据管理技术、虚拟制造技术、快速成型技术、计算机辅助检测技术、数字控制技术等，均为智能制造的基础技术。但是，智能制造过程以知识和推理为核心，数字制造过程以数据和信息处理为核心，两者之间有着本质的区别：

（1）数字制造系统处理的对象是数据，而智能制造系统处理的对象是知识；

（2）数字制造系统处理方法主要停留在数据处理层面，而智能制造系统处理方法基于新一代人工智能；

（3）数字制造系统建模的数学方法是经典数学（微积分）方法，智能制造系统建模的数学方法是非经典数学（智能数学）方法；

（4）数字制造系统的性能在使用中是不断退化的，而智能制造系统具有自优化功能，其性能在使用中可以不断优化；

（5）数字制造系统在环境异常或使用错误时无法正常工作，而智能制造系统则具有容错功能。智能制造是智能技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果。数据挖掘、机器学习、专家系统、神经网络、计算机视觉、物联网、云计算等智能方法与产品设计、产品加工、产品装配等制造技术融合，就形成了知识表达与建模技术、知识库构建与检索技术、异构知识传递与共享技术、实时定位技术、无线传感技术、动态导航技术、自主推理技术、自主补偿技术、自主预警技术等各种形式的智能制造技术，如图所示。

3 从数字数字化开发到智能制造的关键技术途径

3.1 从数字制造到智能制造的发展模式

针对不同行业和不同企业的特点及优势，实现从数字制造到智能制造的发展模式可以分为以下三

大类。

1.在通过数字制造实现数字工厂的基础上，实现智能工厂，进而实现智能制造。

在通过数字制造实现数字工厂的基础上，基于物联网和服务互联网加强产品制造过程的信息管理和服务，提高生产过程的可控性，并利用大数据、云计算等技术实现加工与装配过程的智能管理与决策，实现智能工厂与智能制造。具备较好数字制造基础和较强信息集成能力的大型企业集团，适合采用从数字工厂到智能工厂的发展途径。通过对企业管理和生产运行过程的持续动态优化，全面提升制造的自动化和智能化水平。

2.数字制造与智能制造并举，实现信息化、数字化，并且实现实时传感、知识推理、智能控制，进而实现智能制造。