智能制造概念、研究内容、特点

题目智能制造（概念、研究内容以及特点）

课程名称数字制造技术基础

智能制造的概念、研究内容及特点

摘要：概括了智能制造的概念;分析了智能制造的研究内容；阐述了智能制造的研究方向；探讨了智能制造的支撑技术；研究了智能制造系统的构成和典型结构；概述了智能制造系统的特点。

关键词：智能制造；智能制造系统；智能制造技术；智能机器；智能化；

1 智能制造的概念

智能制造应当包含智能制造技(intelligent manufacturing technology，IMT )和智能制造系统(intelligent manufacturing system，IMS) 。

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[1]。

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 研究内容及方向

根据国内现有的工作基础和国家的需要, 以及IMT&IMS研究与开发工作的特点, 我们认为近期的研究点应该放在IMT&IMS的关键基础技术上, 它主要智能制

造系统理论基础与设计技术、制造智能理论及处理技术、智能制造单元技术的集成等[2]。

2.1 智能制造系统理论基础与设计技术

2.11 体系结构与发展战略

需要继续完善发展IMS概念体系, 继续研究IMS的系统组成和发展方向以及跟踪国际上该领域的研究前沿。

2.12 开发环境与设计方法学

IMS的开发与设计方法将有别于现有任何制造系统的设计方法, 因为IMS是面向整个制造过程的系统和各个环节的“智能化”的。因此, 有必要研究IMS的设计策略和开发环境（包括开发语言、操作系统、开发工具等）。必须强调IMS设计过程的标准化、模块化和通用化。

2.13 评价技术

研究制造过程中的设计评价、生产评价、材料评价、管理评价、市场评价、经济评价、报价评价和功能评价等问题。

2.2 制造智能理论及处理技术

现代工业生产作为一个有机整体不仅是指各制造环节之间存在的技术型联系, 而且还表现在人类专家的制造智能的统一体特性方面。制造智能理论及处理技术就是要研究整个制造环境中的各种智能源的开发、描述、集成、共享与处

理, 最后生成智能机器的智能活动, 具体研究内容包括:

2.21 制造环境的描述与建模

研究描述制造环境的一致性概念体系、制造过程建模, 影响制造过程的多因素分析与不确定性处理。

2.22 制造智能处理技术重点研究制造智能源的开发与获取、制造智能的表示、制造智能的集成与共享。

2.23 智能活动的生成与融合研究智能活动的生成策略, 智能活动的机器化技术。

2.3 智能制造单元技术的集成

近10年来, 人工智能在制造领域中的应用研究取得较大进展, 建立了一些智能制造单元技术。为了应用于实际制造过程和面向21世纪制造工业, 这些单元技术除了需要进一步完善与发展外, 更重要的是研究如何集成这些单元技术。2.31 并行智能设计

并行工程方法学这一概念是1986年由美国国防部定义, 并首先应用于美国军事武器系统开发计划DOS CALS的。为了制造过程的设计阶段能有效地模仿由来自各环节制造专家组成的专家组的智能行为, 集成和共享各环节与各方面的制造智能, 并行地开展产品环节的设计工作, 必须研究并行智能设计的支撑环境、产品描述的统一模型、设计智能交互和并行智能设计方法学。

2.32 生产过程的智能调度、规划、仿真与优化

现代生产过程要面临多信息源、多因素、多对象的及时处理问题, 生产过程的调度与规划中的智能决策问题的研究是迫在眉睫的。仿真与优化是实现设计和过程评估的有效途径。目前, 更强调对设计、制造、装配、使用、维修等过程的优化与动态仿真。

2.33 产品质量信息的智能处理系统

研究整个制造过程的“全质量”模型和建立相应的质量数据库, 研究质量状态的智能决策和质量过程的智能控制。

2.34 制造过程与系统的智能监视、诊断、补偿与控制

研究面向在强干扰、多因素条件下监视与诊断模型, 研究制造过程的动态辨识与自适应技术。

2.35 生产与经营竹理的智能决策系统

研究多因素、多目标智能决策模型, 研究生产过程的实时跟踪技术, 研究产品市场评估与预测模型。

2.4 知识库系统与网络技术

知识库系统与信息网络技术是制造过程的系统与各环节“集成智能化”的支撑, 在IMT&IMS研究中占有垂要地位。

2.41 分布式异构联想知识库

系统研究知识库异构、知识库分布式策略与维修、知识库联想和分布数据库技术。

2.42 信息控制与网络通讯技术

研究IMS中各种信息的交换接口、网络通讯技术、系统操作控制策略。

2.5 智能机器的设计

智能机器是IMS中模仿人类专家智能活动的工具之一, 是新一代的制造工具, 因而, 研究智能机器的设计方法及其相关技术将有划时代的意义。

2.51 机器人智能技术

智能机器人将在IMS中占有重要的地位,主要体现在机器的视觉和机器人控制两个方而、有必要研究智能机器眼（视觉）、信声仓感知与钾能传感器、智能机器手（控制）和智能机器的自适应定位与夹具设计等技术。

2.52 机器自学习与自维护技术

研究智能机器的自适应学习模型, 系统误差的自动恢复与维护技术。

2.53 智能制造单元机的设计与制造

研究智能制造单元机的结构组成与设计方法、新型材料的应用技术。

2.6 制造中人的因素

IMS的宗旨之一就是减轻人类制造专家的艰苦的脑力劳动负担, 因此, 与脑力劳动有密切联系的制造中人的因素理应受到充分的重视, 研究内容包括：

2.61 人一系统柔性交互技术

研究人一系统柔性、联想、容错交互模型以及交互环境。