智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 智能制造現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(4篇)

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智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 智能制造現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢篇一

1142813203 吳文樂

摘要：現(xiàn)代制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上, 不斷吸收和發(fā)展機(jī)械、電子、能源、材料、信息及現(xiàn)代管理技術(shù)的成果, 將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理服務(wù)等產(chǎn)品生命周 期的全過程, 以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔的生產(chǎn)技術(shù)模式,取得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)(fmi)應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代制造技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；柔性制造技術(shù)

1.現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展綜述

現(xiàn)代制造技術(shù)在系統(tǒng)論、方法論、信息論和協(xié)同 論等的基礎(chǔ)上形成制造系統(tǒng)工程學(xué)，是一種廣義制造的概念，亦稱之為“大制造”的概念，它體現(xiàn)了制造概念的擴(kuò)展。廣義制造概念的形成過程主要有以下幾方面原因[1]。

1).制造設(shè)計(jì)一體化。體現(xiàn)制造和設(shè)計(jì)的密切結(jié)合，形成了設(shè)計(jì)制造一體化，設(shè)計(jì)不僅是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且包括工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制設(shè)計(jì)等。

2).材料成形機(jī)理的擴(kuò)展。現(xiàn)在加工成形機(jī)理明確地將加工分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工。

3).制造技術(shù)的綜合性?，F(xiàn)代制造技術(shù)是一門以 機(jī)械為主體，交叉融合光、電、信息、材料等學(xué)科的綜合體，并與管理科學(xué)、社會科學(xué)、文化、藝術(shù)、人機(jī)工 程、生物工程和生命科學(xué)等相結(jié)合，拓展了新領(lǐng)域?，F(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)包括硬件和軟件兩大方面，硬／軟件工具、平臺和支撐環(huán)境有了很大的發(fā)展。

4).產(chǎn)品的全生命周期。制造的范疇從過去的設(shè)計(jì)、加工和裝配發(fā)展為產(chǎn)品的全生命周期，包括市場調(diào)研、設(shè)計(jì)、制造、銷售、維修和報(bào)廢處理等。

5).生產(chǎn)制造模式的發(fā)展。計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù) 是制造技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，集成制造系統(tǒng)強(qiáng) 調(diào)信息集成，其后出現(xiàn)了柔性制造、敏捷制造、虛擬制 造、網(wǎng)絡(luò)制造、大規(guī)模定制、綠色制造、智能制造和協(xié) 同制造等多種制造模式，有效地提高了制造技術(shù)的水平，擴(kuò)展了制造技術(shù)的領(lǐng)域[2]。

現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展主要沿著“廣義制造”或稱 “大制造”的方向發(fā)展，其具體的發(fā)展可以歸納為四個(gè)方面和多個(gè)大項(xiàng)目[3]，如圖1所示：

圖1：現(xiàn)代制造技術(shù)方向

針對現(xiàn)代制造技術(shù)，本文從柔性制造技術(shù)的角度對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對柔性制造在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究；

2.柔性制造

2.1 柔性制造簡述

所謂“柔性”，是指制造系統(tǒng)(企業(yè))對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。柔性可分為瞬時(shí)、短期和長期柔性[4]。瞬時(shí)柔性是指設(shè)備出現(xiàn)故障后，自動(dòng)排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺設(shè)備上繼續(xù)進(jìn)行加工的能力；短期柔性是指系統(tǒng)在短時(shí)期內(nèi)，適應(yīng)加工對象變化的能力，包括在任意時(shí)期混合進(jìn)行加工2種以上零件的能力；長期柔性則是指系統(tǒng)在長期使用中，能夠加工各種不同零件的能力。迄今為止，柔性還只能定性地加以分析，尚無科學(xué)實(shí)用的量化指標(biāo)。因此，凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動(dòng)化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)過程及其裝備上的應(yīng)用，是將微電子技術(shù)、智能技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合在一起，具有自動(dòng)化、柔性化、高效率的特點(diǎn)，是目前自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)[5]。

柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和[6]。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為[7]：

(1)柔性制造系統(tǒng)（fms）：關(guān)于柔住制造系統(tǒng)的定義很多，權(quán)威性的定義有：美國國家標(biāo)準(zhǔn)局把fms定義為：“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放征其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化。

(2)柔性制造單元（fmc）：m s是fms向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，它是由l～2臺加工中心、工業(yè)機(jī)器人。數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。

(3)柔性制造線（fml):它是處于單一或少品種人批量非柔性自動(dòng)線與中小批量多品種fms之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心，cnc機(jī)床；亦可采用爭用機(jī)床或nc專用機(jī)床，對物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于fms，但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)(d c s)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動(dòng)化，其技術(shù)已日趨成熟，迄今已進(jìn)入實(shí)用化階段。

(4)柔性制造工廠(fmf):fmf是將多條fms連接起來，配以自動(dòng)化屯體倉庫，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完整f m s。它包括了cad／cam，并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)投入實(shí)際，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng) 柔性化及自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)進(jìn)程的全盤化。fmf是自動(dòng)化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動(dòng)化連成一個(gè)整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(ims)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動(dòng)化[8]。

2.2柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù)

1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來cad技術(shù)發(fā)展將會引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成形技術(shù)，該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用cad數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)，將二維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖彤對池內(nèi)的光敏樹脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動(dòng)地將分層成形的各斤狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數(shù)據(jù)，數(shù)小時(shí)內(nèi)便呵制出精確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。

2.模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊摔制器具有自學(xué)習(xí)功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息井自動(dòng)地對控制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法更引起人們極大的關(guān)注。

3.人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基礎(chǔ)規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進(jìn)行推理，求解各類問題（如解釋、預(yù)測，診斷、查找故障、設(shè)汁、計(jì)劃、監(jiān)視、修復(fù)、命 令及控制等）。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過的理論與通過經(jīng)驗(yàn)獲得的知識相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強(qiáng)綜合性。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能（包括專家系統(tǒng)）技術(shù)必將在柔性制造(尤其智能型)中起著非常重要的關(guān)鍵性的作用。目前對未來智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個(gè)正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能產(chǎn)生的，它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。

4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信息進(jìn)行并處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列到專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分[9]。

3.國內(nèi)現(xiàn)代制造技術(shù)狀況

近年來，世界各國都投入了巨大的財(cái)力和物力，強(qiáng)化作為光機(jī)電一體化制造業(yè)基礎(chǔ)的先進(jìn)制造業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略研究。美國、德 國、日 本 等 國 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 了 數(shù) 控（nc）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（cnc）、直接數(shù)控（cam）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（cims）、制造資源規(guī)則（mrp）、柔性制造單元（tmc）、柔性制造系統(tǒng)（fms）、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造（cad／cam）、精益生產(chǎn)（lp）、智能制造系統(tǒng)（ms）、并行工程（ce）和敏捷制造（am）等多項(xiàng)現(xiàn)代制造技術(shù)與制造模式。這些技術(shù)的推廣與應(yīng)用，不僅使本國企業(yè)的國際競爭力得到鞏固，也使得世界先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展迅猛[10]。我國制造業(yè)市場的巨大潛力，為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展提供了廣闊的市場空間。但是，與制造業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，國內(nèi)的現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)與市場拓展還不均衡。其中，國內(nèi)機(jī)械基礎(chǔ)件制造行業(yè)中的數(shù)控化率極低，不足1.6%，先進(jìn)加工工藝、技術(shù)和裝備的普及程度不足10 % ；cad／cam 系統(tǒng)應(yīng)用的普及率在國內(nèi)骨干企業(yè)僅有35%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小。另外，在相關(guān)行業(yè)中如印刷業(yè)、電力行業(yè)和醫(yī)療器械行業(yè)等，技術(shù)裝備的低數(shù)控化率也遠(yuǎn)不能滿足市場對中高檔先進(jìn)產(chǎn)品的需求?？v觀國際制造業(yè)的競爭與發(fā)展，面對國際、國內(nèi)兩個(gè)制造業(yè)市場的日漸融合，如何立足國內(nèi)制造業(yè)的市場需求，整合分散的科研與企業(yè)資源，盡快形成自己在先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)競爭中的技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)是擺在我國制造業(yè)面前的迫在眉睫的課題了[11]。

總之，重視制造業(yè)和現(xiàn)代制造技術(shù)已成為全球化的大趨勢。現(xiàn)代制造技術(shù)不是一項(xiàng)具體技術(shù)，而是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個(gè)有機(jī)整體；現(xiàn)代制造技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)技術(shù)，而不是一成不變的，它需要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，并將其滲透到產(chǎn)品的所有領(lǐng)域，結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活的生產(chǎn)[12]；現(xiàn)代制造技術(shù)的目的是提高制造業(yè)的綜合效益，其不摒棄傳統(tǒng)技術(shù)，而是有賴于不斷用科技新手段去研究它和傳承它，并應(yīng)用科技新成果去改造它和充實(shí)它；現(xiàn)代制造技術(shù)在強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，還強(qiáng)調(diào)各專業(yè)學(xué)科之間的相互滲透、融合和淡化，并消除其間的界限。我國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn)，形成特色，大力發(fā)展一些關(guān)鍵前沿技術(shù)，比如新一代材料成型技術(shù)、微米及納米技術(shù)、快速原型制造以及智能制造等[13]。在不久的將來，現(xiàn)代制造技術(shù)將得到更大的發(fā)展和壯大，發(fā)展和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)是每個(gè)國家為提高企業(yè)的國際競爭力和技術(shù)創(chuàng)新能力的必然選擇。

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智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 智能制造現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢篇二

智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)的最新的制造模式之一，智能制造系統(tǒng)是一個(gè)信息處理系統(tǒng)，它的原料、能量和信息都是開放的，因此智能制造系統(tǒng)是一個(gè)開放的信息系統(tǒng)。智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。智能制造是新世紀(jì)制造業(yè)的發(fā)展方向。由于其實(shí)施方案可以在整個(gè)制造的大系統(tǒng)(產(chǎn)品的全生命周期)進(jìn)行，也可以在單元技術(shù)(例如模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床診斷專家系統(tǒng)、智能機(jī)器人等)上逐步推進(jìn)，從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性講，也是我國實(shí)現(xiàn)制造業(yè)跨越發(fā)展的必經(jīng)之路。引言

智能制造「‘」(工m:intelligent manufacturing)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展。1.1智能制造系統(tǒng)概述

智能制造系統(tǒng)「2」就是要通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺與機(jī)器人控制等來對制造技術(shù)的技能與專家知識進(jìn)行模擬，使智能機(jī)器在沒有人工干預(yù)情況下進(jìn)行生產(chǎn)。智能制造系統(tǒng)就是要把人的智力活動(dòng)變?yōu)橹圃鞕C(jī)器的智能活動(dòng)。智能制造系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)是智能機(jī)器，它包括具有各種程序的智能加工機(jī)床，工具和材料傳送裝置，檢測和試驗(yàn)裝置，以及裝配裝置等。1.2智能化制造的特點(diǎn)

川智能化制造技術(shù)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高產(chǎn)品對動(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭力為目標(biāo)。

(2)智能化制造技術(shù)不局限于制造工藝，而是覆蓋了市場分析、生產(chǎn)管理、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù)，以及回收再生的全過程。

(3)智能化制造強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人、管理和信息的四維集成，不僅涉及到物質(zhì)流和能量流，還涉及到信息流和知識流，即四維集成和四流交匯是智能化制造技術(shù)的重要特點(diǎn):

(4)智能化制造技術(shù)更加重視制造過程組成和管理的合理化以及革新，它是硬件、軟件、智能(人)與組織的系統(tǒng)集成。

2.智能化制造數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)械制造設(shè)備的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、以及對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算技術(shù)的研究與應(yīng)用，使機(jī)械制造工)‘智能化技術(shù)得到了跨越式的發(fā)展，可以說這是又一次具有劃時(shí)代意義的工業(yè)技術(shù)革命。目前，智能化制造數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，除了機(jī)械主體以外，主要是由智能數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)、智能感知技術(shù)、智能自適應(yīng)技術(shù)、智能神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能云計(jì)算技術(shù)和智能專家系統(tǒng)等主要技術(shù)構(gòu)成。

(1>智能化數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控設(shè)備智能化的發(fā)

展是以數(shù)控系統(tǒng)完善的軟硬件功能及高靈敏度、高精度感知檢測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以適應(yīng)智能化、信息化、數(shù)字化集成技術(shù)發(fā)展的要求。為追求數(shù)控設(shè)備加工效率和加工質(zhì)量，數(shù)控系統(tǒng)不但有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、自學(xué)習(xí)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)戎悄芑δ?，并有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨勢完善。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能化，能自動(dòng)感知負(fù)載變化，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。如發(fā)那科推出的hrv控制，通過共振追隨型hrv濾波器，可以避免因頻率變動(dòng)而造成設(shè)備的共振。通過融合旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)，高精度、高響應(yīng)和高分辨率脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)高速和高精度的伺服控制，保證極其平穩(wěn) 的進(jìn)刀。

(2)智能自適應(yīng)控制技術(shù)自適應(yīng)控制分為 工藝自適應(yīng)和兒何自適應(yīng)。工藝自適應(yīng)又分為

最佳自適應(yīng)控制系統(tǒng)(aco)和約束式自適應(yīng)(acc)。自適應(yīng)控制自20世紀(jì)60年代已開始研究，但用于生產(chǎn)實(shí)踐尚不普遍。目前應(yīng)用面較廣的還是結(jié)構(gòu)簡單的acc系統(tǒng)，已用于銑、車、鉆、磨、電加工和加工中心等機(jī)床上;而aco多用于加工因素相對簡單的磨削和電火花加工(ed m)上。影響加工的因素很多很復(fù)雜，不僅建立數(shù)學(xué)模

型困難，而且要實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)也有很大難度，有待深入研究。(3)智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最智能的莫過于人的大腦，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)

(ann)是一種模擬

人的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，即類似人的大腦神經(jīng)突觸連接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)功能、聯(lián)想記憶功能、非線性映射功能和高速尋找優(yōu)化解的功能等。目前，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)多用于數(shù)控設(shè)備可靠性預(yù)測和優(yōu)化工藝參數(shù)方面，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)方面的研究與應(yīng)用尚不多見。隨著神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床方面的應(yīng)用可能會有很好的前景，或許會把數(shù)控系統(tǒng)的智能化水平推向高級階段。未來兒年希望能有一個(gè)較快的發(fā)展。(4)智能專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算i機(jī)程序系統(tǒng)，其專家知識庫中含有某個(gè)領(lǐng)域大量的l專家知識與經(jīng)驗(yàn)，就是利用這些專家知識、經(jīng)驗(yàn)和土解決問題的方法來處理該領(lǐng)域的技術(shù)問題。它能夠f應(yīng)用人工智能技術(shù)，根據(jù)該專家系統(tǒng)中的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬專家的決策過程，來解決·需要專家處理的復(fù)雜問題。目前，數(shù)控設(shè)備領(lǐng)域尚l(wèi)缺乏這種專家系統(tǒng)。(5)云計(jì)算將把智能化制造推向更高級階右段國外工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)國家的大型工業(yè)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高等院校對云計(jì)算的研究和發(fā)展都極為重視，之認(rèn)為這是一種具有劃時(shí)代意義的技術(shù)。如美國宇航!局和通用汽車公司都在研究和應(yīng)用云計(jì)算技術(shù);我1國北京建有云計(jì)算基地，華為技術(shù)有限公司和tcl集團(tuán)也都特別關(guān)注云計(jì)算的發(fā)展、研究和應(yīng)用。3.智能化工廠

智能化機(jī)械工)‘是以“智能化”為核心，以智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的生產(chǎn)、經(jīng)營實(shí)體。智能化工)‘將逐步分層次實(shí)現(xiàn)。智能工業(yè)機(jī)器人在智能自動(dòng)化制造工)‘中扮演著重要角色。(1>智能工業(yè)機(jī)器人在智能化數(shù)控設(shè)備中

除了各種數(shù)控設(shè)備和相關(guān)數(shù)控配套設(shè)備以外，智能工業(yè)機(jī)器人在智能制造單元、智能制造系統(tǒng)和智能制造工)‘中具有重要作用。

(2)智能化自動(dòng)化工)‘在各種智能化自動(dòng)化數(shù)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，智能化工)‘將由工廠‘局部智能自動(dòng)化、逐步分層次地發(fā)展到全工)‘智能自動(dòng)化和社會化智能制造。

第一層次:單機(jī)或單元智能自動(dòng)化。

單機(jī)或單元智能自動(dòng)化，可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人值守。國內(nèi)外都有用于生產(chǎn) 的實(shí)例。

第二個(gè)層次:生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動(dòng)化。

在第三代“智能機(jī)器人化單元”的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制生產(chǎn)車間全自動(dòng)化系統(tǒng)。包括毛坯倉儲管理，再制品倉儲管理，成品零件倉儲管理及其搬運(yùn)、裝卸、裝配作業(yè)和質(zhì)量檢驗(yàn)等。

第三個(gè)層次:智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)。

在第二層次生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，配置網(wǎng)絡(luò)綜合管理系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)全工)‘的智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造。智能化工)‘的實(shí)現(xiàn)主要是靠信息通信技術(shù)(ict)和智能網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行加以保證。具有實(shí)時(shí)資料搜集與傳輸功能、高效能計(jì)算機(jī)與分析預(yù)測功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷功能及模擬功能等。智能化工)‘最核心的部分是生產(chǎn)過程和全面經(jīng)營運(yùn)行的智能自動(dòng)化，包括設(shè)計(jì)智能化，生產(chǎn)排序自動(dòng)化，生產(chǎn)線自動(dòng)化，測試檢驗(yàn)自動(dòng)化，倉儲自動(dòng)化，電力管理智能自動(dòng)化等等，進(jìn)一步發(fā)展到自動(dòng)化無人化工)‘(絕大多數(shù)設(shè)備可以無人值守)。

第四個(gè)層次:智能化社會化生產(chǎn)。

智能化網(wǎng)絡(luò)化社會化制造，將山企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)經(jīng)因特網(wǎng)向企業(yè)外部傳輸。這就是所謂的internet/intranet。網(wǎng)絡(luò)可使企業(yè)與企業(yè)之間進(jìn)行跨地區(qū)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、信息共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和服務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)能為制造提供完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，可以通過網(wǎng)絡(luò)將加工程序傳給遠(yuǎn)方的設(shè)備進(jìn)行加工，也可遠(yuǎn)程診斷并發(fā)出指令調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)使各地分散的數(shù)控機(jī)床聯(lián)系在一起，互相協(xié)調(diào)，統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)整，使產(chǎn)品加工不局限于一個(gè)工)‘內(nèi)而實(shí)現(xiàn)社會化生產(chǎn)。智能化社會化制造能夠借助internet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、跨國際智能化制造，進(jìn)人internet/intranet時(shí)代。云計(jì)算借助internet網(wǎng)整合了計(jì)算機(jī)資源，為智能化制造開了先河。智能化網(wǎng)絡(luò)化社會化制造將引領(lǐng)社會和全球資源的整合與優(yōu)化運(yùn)用，同時(shí)將有效地提高人類的生活質(zhì)量，逐步地減少人類的體力勞動(dòng)而擴(kuò)大腦力勞動(dòng)的比重，進(jìn)入知識社會，智能社會。

智能制造具有高科技高水平的先進(jìn)制造系統(tǒng)，面臨一些極具挑 戰(zhàn)性的問題。當(dāng)然也需要我們投入大量的研究去攻克這些技術(shù)難題。產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字建模理論及混合約束求解方法，幾何表示與推理在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、抓取、夾持、裝配、nc加工、計(jì)算機(jī)視覺、測量中的應(yīng)用，制造技能和制造知識的表示、獲取與推理。智能制造單元的agent建模及智能制造系統(tǒng)的多agent建模理論、多agent系統(tǒng)學(xué)>-j及重構(gòu)理論、多agent系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法及性能評價(jià)標(biāo)、多agent系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度、控制與協(xié)調(diào)等。制造資源的holon模型holonic系統(tǒng)組成及其分別式協(xié)調(diào)與控制等。由于人類智能問題本身的復(fù)雜性，智能制造理論與技術(shù)的研究任重而道遠(yuǎn)，上述問題的深入研究，不僅將促進(jìn)智能制造理論與技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)一步完展具有積極的推動(dòng)作用。不僅要提高機(jī)器設(shè)備的智商，更要協(xié)調(diào)好人與機(jī)器的關(guān)系，建立一種新型的人機(jī)一體化關(guān)系，從而產(chǎn)生高效高性能的生產(chǎn)系統(tǒng)?？傊?，隨著智能制造技術(shù)的普及以及其帶來的優(yōu)勢愈發(fā)明顯，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，智能制造將成為下一代重要的生產(chǎn)模式。參考文獻(xiàn)：

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智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 智能制造現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢篇三

智能制造綜述

馮劍龍 1043115257 摘要

本文評述了智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)，指出了智能制造確系21世紀(jì)的制造技術(shù)，分析了智能制造在發(fā)展中的問題，提出我國智能制造的近期研究重點(diǎn)應(yīng)為其關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。

關(guān)鍵詞智能制造智能制造技術(shù)智能制造系統(tǒng)智能機(jī)器 集成化智能化 智能制造系統(tǒng)的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀

近來年，人們對制造過程的自動(dòng)化程度賦予了極大的研究熱情，這是因?yàn)閺?870年到1980年間，制造過程的效率提高了20倍，而生產(chǎn)管理效率只提高了1.8～2.2倍，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率只提高了1.2倍。這表明體力勞動(dòng)通過采用自動(dòng)化技術(shù)得到了極大的解放，而腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化程度(其實(shí)質(zhì)是決策自動(dòng)化程度)則很低，制造過程中人的因素尚未得到充分的認(rèn)識，人尚未真正地從復(fù)雜的生產(chǎn)過程中解放出來，各種問題求解的最終決策在很大程度上仍依賴于人的智慧。因而，人類群體所面臨的眾多問題(包括社會問題、生理問題等)在制造過程中都有所反映。面對批量小、品種多、質(zhì)量高、更新快的產(chǎn)品市場競爭要求以及各種社會因素的綜臺影響.制造過程的自動(dòng)化程度的提高面臨眾多問題，譬如；(1)專家人才的短缺和轉(zhuǎn)移致使一些專門技能不能及時(shí)或長久地得到提供；(2)現(xiàn)代制造過程中信息量大而繁雜，傳統(tǒng)的信息處理方式已不能滿足要求，大量的信息資源需要開發(fā)與共享；(3)制造環(huán)境柔性要求更大，決策過程更加復(fù)雜，決策時(shí)問要求更短。各種跡象表明，“我們正處在制造歷史上的一個(gè)危險(xiǎn)時(shí)期” 幸運(yùn)的是，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其它高技術(shù)的發(fā)展，通過集成制造技術(shù)、人工智能等而發(fā)展起來的一種新型制造工程—— 智能制造技術(shù)(intelligent manufacturing technology，imt)與智能制造系統(tǒng)(inteliigent manufacturingsystem，ims)使我們有可能走出這個(gè)危機(jī)，“帶來真正的第二次工業(yè)革命”。這是因?yàn)?，制造過程所面臨的眾多問題的核心是“制造智能(nlanufacturing iteliigence)”和制造技術(shù)的“智能化(intellecturallzation)。imt是指在制造工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)；并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存貯、完善、共享、繼承與發(fā)展。未來工業(yè)生產(chǎn)的基本特征應(yīng)該是知識密集型.制造自動(dòng)化的根本是決策自動(dòng)化。目前，imt~ims的研究正迅速受到眾多國家的政府、工業(yè)界和科學(xué)家們的廣泛重視，研究方向從最初的“人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用”發(fā)展到今天的ims，研究課題涉及的范圍由最初僅一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造加工、過程控制、材料處理、信息管理、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動(dòng)化.發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個(gè)制造環(huán)境的集成化與自組織能力+包括制造智能處理技術(shù)、自組織加工單元、自組織機(jī)器人、智能生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、多級競爭式控制網(wǎng)絡(luò)、全球通訊與操作網(wǎng)等。總之，智能制造是21世紀(jì)的制造技術(shù)，作為其特征的雙i(integration＆ intelligence)將是21世紀(jì)制造業(yè)賴以行進(jìn)的基本軌道。從更深刻的意義上講，智能制造是從信息時(shí)代走向智能時(shí)代面臨的第一個(gè)嚴(yán)重任務(wù)。存在的問題

總的說來，目前ims的研究仍處在人工智能在制造領(lǐng)域中應(yīng)用的階段，研究課題涉及到市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程控制、材料處理、信息管理、設(shè)備維護(hù)等眾多方面，取得了豐碩的成果.開發(fā)了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)，甚至智能加工工作站(imw)，形成了一系列“智能化孤島”(islands of intelligence)。這中間包括cims研究中所取得的有關(guān)進(jìn)展然而，隨著研究與應(yīng)用工作的深入，人們逐漸地認(rèn)識到自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高依賴制造系統(tǒng)的自組織能力，研究工作還面臨著一系列理論、技術(shù)和社會問題，問題的核心是“智能化”。一般說來，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)的整體要受技術(shù)(包括生產(chǎn)系統(tǒng))、人(包括間接影響生產(chǎn)過程的社會群體)和經(jīng)濟(jì)(包括市場競爭和社會競爭)-方面因素的制約。從技術(shù)的角度來看，對于一個(gè)企業(yè)來說，市場預(yù)測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原料訂購與處理、制造加工、生產(chǎn)管理、原料產(chǎn)品的儲運(yùn)、產(chǎn)品銷售、研究與發(fā)展等環(huán)節(jié)彼此相互影響，構(gòu)成產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。該過程的自動(dòng)化程度取決于各環(huán)節(jié)的集成自動(dòng)化(integrated automatlon)水平，而生產(chǎn)系統(tǒng)的自組織能力取決于各環(huán)節(jié)的集成智能(inte—grated intelligence)水平。目前，尚缺乏這種“集成”制造智能的技術(shù)，這也是目前“并行工程”的研究重點(diǎn)。由日本提出的國際合作研究計(jì)劃對ims的解釋可看出，ims的研究包括三個(gè)基本方面：智能活動(dòng)、智能機(jī)器和兩者的有機(jī)融合技術(shù)，其中智能活動(dòng)是問題的核心。在ims研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中.制造智能處理技術(shù)(manufacturing in—telligence processing technology)是最為關(guān)鍵和追切需要研究的問題之一，因?yàn)樗?fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機(jī)器的智能活動(dòng)。從人的因素方面來看，其一，企業(yè)內(nèi)部負(fù)責(zé)各個(gè)環(huán)節(jié)的專家和技術(shù)人員有著各自不同的知識背景和解決問題的策略，他們應(yīng)該“坐”在一起，通過相互之間充分的合作、協(xié)商與理解，“并行”地開睫制造過程中各環(huán)節(jié)的工作，把以后可能出現(xiàn)的“隱患”和“反復(fù)”降低到最低程度。其二，人們參與制造過程的智能行為和知識存在著多種層次水平、多種類型。因而要采用多種表示方式。其三，參與制造過程的群體，作為社會中的一子集，受社會發(fā)展變更的影響，這種影響都將對制造過程產(chǎn)生既有積極又有消極的作用 最后.人與人之間存在生活、語言、社會背景等方面的差別?？傊?，人的因素對現(xiàn)代生產(chǎn)的自動(dòng)化程度有著關(guān)鍵作用。事實(shí)證明，人的因素是ims中制造智能的重要來源。從經(jīng)濟(jì)因素來看，它包括三個(gè)方面：第一，ims系統(tǒng)的主要目標(biāo)之一是全面提高制造過程的生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益，它將把制造過程自動(dòng)化的概念更新和拓寬到“集成化”和“智能化”的高度，從而具有更強(qiáng)的市場競爭能力 但如何設(shè)定和評價(jià)ims的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和性能則是一個(gè)問題。第二，目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍存在著勞動(dòng)力昂貴，所占生產(chǎn)成本的比例越來越高的問題。從當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，大量的制造企業(yè)被轉(zhuǎn)移至發(fā)展中國家，致使生產(chǎn)技術(shù)和勞動(dòng)者因素等方面受到牽制，存在喪失他們產(chǎn)品市場競爭力的危險(xiǎn)這也是智能制造國際合作研究計(jì)劃提出的重要原因之一。方向與課題

根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)和國家的需要，以及imt＆ims研究與開發(fā)工作的特點(diǎn)，我們認(rèn)為近期的研究點(diǎn)應(yīng)該放在imt＆ims的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)上，它主要包括以下內(nèi)容：

3.1 智能制造系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)技術(shù)ims的概念正式提出至今僅二三年時(shí)間。作為制造工程中的一個(gè)全新的概念，ims理論基礎(chǔ)與體系尚未完全形成.它的精確內(nèi)涵和設(shè)計(jì)技術(shù)亟待進(jìn)一步研究，具體研究內(nèi)容應(yīng)包括：

3.1.1 體系結(jié)構(gòu)與發(fā)展戰(zhàn)略 需要建立ims統(tǒng)一的概念體系，研究ims的系統(tǒng)組成和發(fā)展方向以及跟蹤國際上該領(lǐng)域的研究前沿

3.1.2 開發(fā)環(huán)境與設(shè)計(jì)方法學(xué)ims的開發(fā)與設(shè)計(jì)方法將有別于現(xiàn)有任何制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，因?yàn)閕ms是面向整個(gè)制造過程的系統(tǒng)和各個(gè)環(huán)節(jié)的“智能化”的 因此.有必要研究ims的設(shè)計(jì)策略和開發(fā)環(huán)境(包括開發(fā)語言、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具等)必須強(qiáng)調(diào)ims設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和通用化。

3.1.3 評價(jià)技術(shù)研究制造過程中的設(shè)計(jì)評價(jià)、生產(chǎn)評價(jià)、材料評價(jià)、管理評價(jià)、市場評價(jià)、經(jīng)濟(jì)評價(jià)、報(bào)價(jià)評價(jià)和功能評價(jià)等問題。

3.2 制造智能理論及處理技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)整體不僅是指各制造環(huán)節(jié)之間存在的技術(shù)型聯(lián)系，而且還表現(xiàn)在人類專家的制造智能的統(tǒng)一體特性方面。制造智能理論及處理技術(shù)就是要研究整個(gè)制造環(huán)境中的各種智能源的開發(fā)、描述、集成、共享與處理，最后生成智能機(jī)器的智能活動(dòng)，具體研究內(nèi)容包括： 3.2.1 制造環(huán)境的描述與建模研究描述制造環(huán)境的一致性概念體系、制造過程建模，影響制造過程的多因素分析與不確定性處理。

3.2.2 制造智能處理技術(shù)重點(diǎn)研究制造智能源的開發(fā)與獲取、制造智能的表示、制造智能的集成與共享

3.2.3 智能活動(dòng)的生成與融合研究智能活動(dòng)的生成策略，智能活動(dòng)的機(jī)器化技術(shù)。3.3 智能制造單元技術(shù)的集成近10年來，人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用研究取得較大進(jìn)展，建立了一些智能制造單元技術(shù)。為了應(yīng)用于實(shí)際制造過程和面向21世紀(jì)制造工業(yè)，這些單元技術(shù)除了需要進(jìn)一步完善與發(fā)展外，更重要的是研究如何集成這些單元技術(shù)。

3.3.1 并行智能設(shè)計(jì)并行工程方法學(xué)這一概念是1986年由美國國防部定義，并首先應(yīng)用于美國軍事武器系統(tǒng)開發(fā)計(jì)剞dos cals的。.為了制造過程的設(shè)計(jì)階段能有效地模仿由來自各環(huán)節(jié)制造專家組成的專家組(expeit team)的智能行為，集成和共享各環(huán)節(jié)與各方面的制造智能，并行地開展產(chǎn)品環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作，必須研究并行智能設(shè)計(jì)的支撐環(huán)境、產(chǎn)品描述的統(tǒng)一模型、設(shè)計(jì)智能交互和并行智能設(shè)計(jì)方法學(xué)。

3.3.2 生產(chǎn)過程的智能調(diào)度、規(guī)劃、仿真與優(yōu)化現(xiàn)代生產(chǎn)過程要面臨多信息源、多因素、多對象的及時(shí)處理問題，生產(chǎn)過程的調(diào)度與規(guī)劃中的智能決策問題的研究是迫在眉睫的。仿真與優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和過程評估的有效途徑。目前，更強(qiáng)調(diào)對設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維修等過程的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)仿真。3.3 產(chǎn)品質(zhì)量信息的智能處理系統(tǒng)研究整個(gè)制造過程的“全質(zhì)量(total quality)模型和建立相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，研究質(zhì)量狀態(tài)的智能決策和質(zhì)量過程的智能控制.3.3.4 制造過程與系統(tǒng)的智能監(jiān)視、診斷、補(bǔ)償與控制研究面向在強(qiáng)干擾、多因素條件下監(jiān)視與診斷模型，研究制造過程的動(dòng)態(tài)辨識與自適應(yīng)技術(shù)。

3.3.5 生產(chǎn)與經(jīng)營管理的智能決策系統(tǒng)研究多因素、多目標(biāo)智能決策模型，研究生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)，研究產(chǎn)品市場評估與預(yù)測模型。

3.4 知識庫系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識庫系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是制造過程的系統(tǒng)與各環(huán)節(jié)“集成智能化”的支撐，在imt＆ims研究中占有重要地位。

3.4.1 分布式異構(gòu)聯(lián)想知識庫系統(tǒng)研究知識庫異構(gòu)、知識庫分布式策略與維修、知識庫聯(lián)想和分布數(shù)據(jù)庫技術(shù)。

3.4.2 信息控制與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)研究ims中各種信息的交換接el、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、系統(tǒng)操作控制策略。

3.5 智能機(jī)器的設(shè)計(jì)智能機(jī)器是ims中模仿人類專家智能活動(dòng)的工具之一，是新一代的制造工具，因而，研究智能機(jī)器的設(shè)計(jì)方法及其相關(guān)技術(shù)將有劃時(shí)代的意義。

3.5.1 機(jī)器人智能技術(shù)智能機(jī)器人將在ims中占有重要的地位，主要體現(xiàn)在機(jī)器的視覺和機(jī)器^控制兩個(gè)方面。有必要研究智能機(jī)器眼(視覺)、信息感知與智能傳感器、智能機(jī)器手(控制)和智能機(jī)器的自適應(yīng)定位與夾具設(shè)計(jì)等技術(shù)。

3.5.2 機(jī)器自學(xué)習(xí)與自維護(hù)技術(shù)研究智能機(jī)器的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型，系統(tǒng)誤差的自動(dòng)恢復(fù)與維護(hù)技術(shù)。

3.5.3 智能制造單元機(jī)的設(shè)計(jì)與制造研究智能制造單元機(jī)的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計(jì)方法、新型材料的應(yīng)用技術(shù)。

3.6 制造中人的因素ims的宗旨之一就是減輕人類制造專家的艱苦的腦力勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，因此.與腦力勞動(dòng)有密切聯(lián)系的制造中人的因素理應(yīng)受到充分的重視，研究內(nèi)容包括：

3.6.1 人一系統(tǒng)柔性交互技術(shù)研究人一系統(tǒng)柔性、聯(lián)想、容錯(cuò)交互模型以及交互環(huán)境。3 6.2 未來制造環(huán)境的設(shè)計(jì)研究人在未來制造環(huán)境中的地位和作用以及未來舒適、友好的制造環(huán)境的設(shè)計(jì)。

3.6.3 人才培養(yǎng)與教學(xué)系統(tǒng)研究面向imt＆ims的^才培養(yǎng)計(jì)劃.研制教學(xué)示范系統(tǒng)。

智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 智能制造現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢篇四

智能制造的發(fā)展與前景展望

(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京市，210016)摘要:簡述了智能制造形成的原因及智能制造的概念；分析了智能制造國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀；指出了智能制造的發(fā)展趨勢及其面臨的問題。

關(guān)鍵詞：智能制造 人工智能 機(jī)械制造 工業(yè)4.0

the development and research of intelligent manufacturing

jiayu wang(college of mechanical engineering, nanjing university of aeronautics＆

astronautics, nanjing, 210016, china;)abstract：this paper depicts the cause of formation and conception of presents status in the development on y indication is given of the trend of development and question confronting words:im;ai;mechanical manufacture;industrie 4.0

0 前言

智能制造裝備是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)在制造裝備上的集成和深度融合，是實(shí)現(xiàn)高效、高品質(zhì)、節(jié)能環(huán)保和安全可靠生產(chǎn)的下一代制造裝備。在綜述了智能制造裝備國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了目前智能制造存在的問題，并得出結(jié)論，認(rèn)為德國的”工業(yè)4.0”和美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝備將是智能制造裝備未來的發(fā)展方向。

1研究背景

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)部門，是決定國家發(fā)展水平的最基本因素之一。從機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的歷程來看，經(jīng)歷了由手工制作、泰勒化制造、高度自動(dòng)化、柔性自動(dòng)化和集成化制造、并行規(guī)劃設(shè)計(jì)制造等階段。就制造自動(dòng)化而言，大體上每十年上一個(gè)臺階: 50-60年代是單機(jī)數(shù)控，70年代以后則是cnc機(jī)床及由它們組成的自動(dòng)化島，80年代出現(xiàn)了世界性的柔性自動(dòng)化熱潮。與此同時(shí)，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集成制造，但與實(shí)用化相距甚遠(yuǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的問世與發(fā)展，機(jī)械制造大體沿兩條路線發(fā)展:一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展，二是借助計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化科學(xué)的制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展。80年代以來，傳統(tǒng)制造技術(shù)得到了不同程度的發(fā)展，但存在著很多問題。近來年，人們對制造過程的自動(dòng)化程度賦予了極大的研究熱情，這是因?yàn)閺?870年到1980年間，制造過程的效率提高了20倍，而生產(chǎn)管理效率只提高了1.8-2倍，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率只提高了1.2倍，這表明體力勞動(dòng)通過采用自動(dòng)化技術(shù)得到了極大的解放，而腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化程度（其實(shí)質(zhì)是決策自動(dòng)化程度）則很低，制造過程中人的因素尚未得到充分的認(rèn)識，人尚未真正地從復(fù)雜的生產(chǎn)過程中解放出來，各種問題求解的最終決策在很大程度上仍依賴于人的智慧。因而，人類群體所面臨的眾多問題（包括社會問題、生理問題等）在制造過程中都有所反映。面對批量小、品種多、質(zhì)量高、更新快的產(chǎn)品市場競爭要求以及各種社會因素的綜合影響，制造過程的自動(dòng)化程度的提高面臨眾多問題，譬如:（1）專家人才的短缺和轉(zhuǎn)移致使一些專門技能不能及時(shí)或長久地得到提供；（2）現(xiàn)代制造過程中信息量大而繁雜，傳統(tǒng)的信息處理方式已不能滿足要求，大量的信息資源需要開發(fā)與共享；（3）制造環(huán)境柔性要求更大，決策過程更加復(fù)雜，決策時(shí)間要求更短；（4）制造過程的自動(dòng)化程度受制于制造系統(tǒng)的自組織能力，即智能水平；（5）現(xiàn)代生產(chǎn)要求專家們在更大范圍內(nèi)進(jìn)行更及時(shí)的合作，小到一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，大至一個(gè)國家甚至世界范圍內(nèi)的工業(yè)界中的眾多企業(yè)之間。各種跡象表明，“我們正處在制造歷史上的一個(gè)危險(xiǎn)時(shí)期”。幸運(yùn)的是，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其它高技術(shù)的發(fā)展，通過集成制造技術(shù)、人工智能等而發(fā)展起來的一種新型制造工程—智能制造技術(shù)（intelligent manufacturing technology,imt）與智能制造系統(tǒng)（intelligent manufacturing system,ims）使我們有可能走出這個(gè)危機(jī)。這是因?yàn)?，制造過程所面臨的眾多問題的核心是“制造智能”和制造技術(shù)的“智能化”。imt是指在制造工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)；并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存貯、完善、共享、繼承與發(fā)展。未來工業(yè)生產(chǎn)的基本特征應(yīng)該是知識密集型，制造自動(dòng)化的根本是決策自動(dòng)化。

2發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國外研究現(xiàn)狀：

目前，imt&ims的研究正迅速受到眾多國家的政府、工業(yè)界和科學(xué)家們的廣泛重視：

2.1.1美國

美國是國際智能制造思想的發(fā)源地之一，美國政府高度重視智能制造的發(fā)展，并且已經(jīng)把它作為21世紀(jì)占領(lǐng)世界制造技術(shù)領(lǐng)先地位的基石。從上世紀(jì)90年代開始，美國國家科學(xué)基金（nsf）就著重資助有關(guān)智能制造的諸項(xiàng)研究，項(xiàng)目覆蓋了智能制造的絕大部分，包括制造過程中的智能決策、基于多施主（multi-agent）的智能協(xié)作求解、智能并行設(shè)計(jì)、物流［］傳輸?shù)闹悄茏詣?dòng)化等1。2005年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（nist）提出了“聰明加工系統(tǒng)（smart machining system,sms）”研究計(jì)劃。聰明加工系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是智能化，該系統(tǒng)的主要目標(biāo)和研究內(nèi)容包括：（1）系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。即將相關(guān)工藝過程和設(shè)備知識加以集成后進(jìn)行建模，進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化；（2）設(shè)備特征化。即開發(fā)特征化的測量方法、模型和標(biāo)準(zhǔn)，并在運(yùn)行狀態(tài)下對機(jī)床性能進(jìn)行測量和通信；（3）下一代數(shù)控系統(tǒng)。即與step-nc兼容的接口和數(shù)據(jù)格式，使基于模型的機(jī)器控制能夠無縫運(yùn)行；（4）狀態(tài)監(jiān)控和可靠性。即開發(fā)測量、傳感和分析方法；（5）在加工過程中直接測量刀具磨損和工件精度的方法。

2011年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布實(shí)施包括工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的”advanced manufacturing partnership plan”（先進(jìn)制造聯(lián)盟計(jì)劃），立即得到同日發(fā)布的“實(shí)現(xiàn) 21世紀(jì)智能制造”新報(bào)告的積極響應(yīng)。在這份由美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟（smart manufacturing leadership coalition,smlc）公布的報(bào)告中，不但描繪了該領(lǐng)域未來的發(fā)展藍(lán)圖，而且確定了十大優(yōu)先行動(dòng)目標(biāo)，意圖通過采用21世紀(jì)的數(shù)字信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，加快對20世紀(jì)的工廠進(jìn)行

［］現(xiàn)代化改造過程，以改變以往的制造方式，借此獲得經(jīng)濟(jì)、效率和競爭力方面的多重效益2。

2.1.2 日本

日本于1990年首先提出為期10年的智能制造系統(tǒng)（ims）的國際合作計(jì)劃，并與美國、加拿大、澳大利亞、瑞士和歐洲自由貿(mào)易協(xié)定國在1991年開展了聯(lián)合研究，其目的是為了克服柔性制造系統(tǒng)（fms）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（cims）的局限性，把日本工廠和車間的專業(yè)技術(shù)與歐盟的精密工程技術(shù)、美國的系統(tǒng)技術(shù)充分地結(jié)合起來，開發(fā)出能使人和智能設(shè)備都不受生產(chǎn)操作和國界限制，且能彼此合作的高技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)。2.1.3 歐盟

歐盟于2010年啟動(dòng)了第七框架計(jì)劃（fp7）的制造云項(xiàng)目3，特別是制造業(yè)強(qiáng)國的德

［］國，繼實(shí)施智能工廠（smart factory）之后4，又啟動(dòng)了一個(gè)投入達(dá)2億歐元的工業(yè)4.0（industry ［］4.0）項(xiàng)目5。德國政府2010年制定的《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》計(jì)劃行動(dòng)中，意圖以未來項(xiàng)目“工業(yè)4.0”奠定德國在關(guān)鍵工業(yè)技術(shù)上的國際領(lǐng)先地位，并在2013年4月舉行的漢諾威工業(yè)博覽會上正式將此計(jì)劃推出?！肮I(yè)4.0”概念最初是在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子

［］公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動(dòng)下形成，目前其已上升為國家級戰(zhàn)略6。

［］2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)在智能制造技術(shù)與系統(tǒng)方面的絕大多數(shù)研究工作，目前還處在探討人工智能在制造領(lǐng)域中應(yīng)用的階段。幾年來，開發(fā)出了眾多類型、水平各異的面向制造過程中特定環(huán)節(jié)、特定間題的“智能化孤島”，諸如專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)等，而對制造環(huán)境的全面“智能化”研究工作還處于剛剛起步階段。我國自 2009 年 5 月《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》出臺以來，國家對智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的政策支持力度不斷加大，2012年國家有關(guān)部委更集中出臺了一系列規(guī)劃和專項(xiàng)政策，使得我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展輪廓得到進(jìn)一步地明晰。工業(yè)與信息化部發(fā)布了《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，同時(shí)發(fā)布了《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》子規(guī)劃，明確提出到2020年將我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)培育成為具有國際競爭力的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)?？茖W(xué)技術(shù)部也發(fā)布了《智能制造科技發(fā)展”十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》；國家發(fā)展改革委員會、財(cái)政部、工業(yè)與信息化部三部委組織實(shí)施了智能制造裝備發(fā)展專項(xiàng)；工業(yè)與信息化部制定和發(fā)布了《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展路線圖》，該路線圖明確把智能制造裝備作為高端裝備制造業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)制造過程智能化為目標(biāo)，以突破九大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)為支撐，其思路是：以推進(jìn)八項(xiàng)智能測控裝置與部件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化為核心，以提升八類重大智能制造裝備集成創(chuàng)新能力為重點(diǎn)，促進(jìn)在國民經(jīng)濟(jì)六大重點(diǎn)領(lǐng)域的示范應(yīng)用推廣。問題與展望

3.1 存在問題

總的說來，目前ims的研究仍處在人工智能在制造領(lǐng)域中應(yīng)用的階段，研究課題涉及到市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程控制、材料處理、信息管理、設(shè)備維護(hù)等眾多方面，取得了豐碩的成果，開發(fā)了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)，甚至智能加工工作站（imw），形成了一系列”智能化孤島”（islands of intelligence）。這中間包括cims研究中所取得的有關(guān)進(jìn)展。然而，隨著研究與應(yīng)用工作的深入，人們逐漸地認(rèn)識到自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高依賴制造系統(tǒng)的自組織能力，研究工作還面臨著一系列理論、技術(shù)和社會問題，、問題的核心是“智能化”。一般說來，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)的整體要受技術(shù)（包括生產(chǎn)系統(tǒng)）、人（包括間接影響生產(chǎn)過程的社會群體）和經(jīng)濟(jì)（包括市場競爭和社會競爭）三方面因素的制約。從技術(shù)的角度來看，對于一個(gè)企業(yè)來說，市場預(yù)測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原料訂購與處理、制造加工、生產(chǎn)管理、原料產(chǎn)品的儲運(yùn)、產(chǎn)品銷售、研究與發(fā)展等環(huán)節(jié)彼此相互影響，構(gòu)成產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。該過程的自動(dòng)化程度取決于各環(huán)節(jié)的集成自動(dòng)化（integrated automation）水平，而生產(chǎn)系統(tǒng)的自組織能力取決于各環(huán)節(jié)的集成智能（integrated intelligence）水平。目前，尚缺乏這種“集成”制造智能的技術(shù)，這也是目前“并行工程”的研究重點(diǎn)。

3.2發(fā)展趨勢 當(dāng)前，智能制造的發(fā)展趨勢以德國的”工業(yè)4.0”和美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝備最為清晰。

3.2.1 德國“工業(yè)4.0”

德國“工業(yè) 4.0”通過充分利用信息物理系統(tǒng)（cps），實(shí)現(xiàn)由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，推動(dòng)現(xiàn)有制造業(yè)向智能化方向轉(zhuǎn)型。cps是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3c（computation、communication、control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)制造裝備系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。cps實(shí)現(xiàn)計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)更加可靠、高效、實(shí)時(shí)協(xié)同。德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會于2013年發(fā)布了德國首個(gè)“工業(yè)4.0”標(biāo)準(zhǔn)化路線圖，以加強(qiáng)德國作為技術(shù)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國的核心競爭力，確保德國制造［］的未來7-8?！肮I(yè)4.0”項(xiàng)目主要分為兩大主題：（1）智能工廠。重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過。程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)（工業(yè)4.0智能工廠如圖1所示）；

（2）智能生產(chǎn)。主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3d技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。

圖1 工業(yè)4.0智能工廠

3.2.2 美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝備

2013年，美國通用電氣公司（ge）發(fā)表了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)-打破智慧與機(jī)器的邊界》報(bào)告［9］。該報(bào)告提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（industrial internet）的概念。工業(yè)化創(chuàng)造了無數(shù)的機(jī)器、設(shè)施和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則是指讓這些機(jī)器和先進(jìn)的傳感器、控制和軟件應(yīng)用相連接，以提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率、減少資源消耗。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝備將整合兩大革命性轉(zhuǎn)變的優(yōu)勢：（1）工業(yè)革命。伴隨著工業(yè)革命，出現(xiàn)了無數(shù)臺機(jī)器、設(shè)備、機(jī)組和工作站；（2）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)革命；

（3）在網(wǎng)絡(luò)化的影響下，計(jì)算、信息與通訊系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生并不斷發(fā)展。小結(jié)

智能制造裝備集制造、信息和人工智能技術(shù)于一身，是未來高端裝備制造業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。各國政府高度重視智能制造裝備的研發(fā)和應(yīng)用，美、日、歐已有一系列的研究成果和部分產(chǎn)品面世，德國的“工業(yè)4.0”項(xiàng)目也積極地推動(dòng)了制造業(yè)向智能化的轉(zhuǎn)型。我國政府也充分認(rèn)識到智能制造裝備的重要戰(zhàn)略地位，已出臺政策推動(dòng)智能制造裝備的產(chǎn)業(yè)化水平提升。可以預(yù)見，未來智能制造裝備在引領(lǐng)制造業(yè)低碳、節(jié)能、高效發(fā)展上的作用將進(jìn)一步得到顯現(xiàn)；同時(shí)，行業(yè)也將在工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)床和基礎(chǔ)制造裝備、智能儀器儀表、三維打印裝備、新型傳感器、自動(dòng)化成套生產(chǎn)線等重點(diǎn)領(lǐng)域形成快速發(fā)展與突破。參考文獻(xiàn)

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