智能制造概述

智能制造机械电子工程杨凯SX1405086智能制造提出背景自20世纪80年代以来，随着产品性能的复杂化及功能的多样化，促使产品包含的设计信息量猛增，所以对制造设备的要求越来越高。21世纪，基于信息和知识的产品设计、制造和生产管理将成为知识基于信息和知识的产品设计、制造和生产管理将成为知识经济和信息社会的重要组成部分，是制造科学和技术最重要和最基经济和信息社会的重要组成部分，是制造科学和技术最重要和最基本的特征之一本的特征之一，智能制造正是在这一背景下提出并得到学术界和工业界的广泛关注。垂直尾翼垂直尾翼美美国国发动机发动机工装工装智能制造的总体概念智能制造（智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能机器智能机器和人人类专家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。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。和高度集成化。智能制造智能制造技术技术(Intelligent manufacturing technology，IMT)智能制造系统智能制造系统(Intelligent manufacturing system，IMS)。智能制造智能制造智能制造技术：智能制造技术：是指利用计算机模拟制造专家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),以实现整个制以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和集成化。造企业经营运作的高度柔性化和集成化。智能制造系统：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,使使整个企业制造系统中的各个子系统分别智能化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络集成的、高度自动化的一种制造系统。两个概念主要研究内容和目标由于智能制造技术是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动。因此，智能制造的研究开发对象是整个机械制造企业整个机械制造企业，其主要研究开发目标有二:整个制造工作的全面智能化，它在实际制造系统中首次提出了以机器智能取整个制造工作的全面智能化，它在实际制造系统中首次提出了以机器智能取代人的部脑力劳动作为主要目标，强调整个企业生产经营过程大范围的自组织代人的部脑力劳动作为主要目标，强调整个企业生产经营过程大范围的自组织能力能力;信息和制造智能的集成与共享，强调智能型的集成自动化。信息和制造智能的集成与共享，强调智能型的集成自动化。智能制造系统的特征及框架自律能力人机一体化虚拟现实技术自组织与超柔性学习能力与自我维护能力自律能力 IMS具有搜集与理解环境信息及自身的信息具有搜集与理解环境信息及自身的信息,并进行分并进行分析判断和规划自身行为的能力析判断和规划自身行为的能力。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。IMS能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理,并根据处理结果自行调整控制策略,以采用最佳运行方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰自适应和容错等能力抗干扰自适应和容错等能力。人机一体化智能系统 IMS不单纯是“人工智能”系统,而是人机一体化智能系统,是一种混合智能。人机一体化一方面突出人在制造人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位系统中的核心地位,同时在智能机器的配合下同时在智能机器的配合下,更好地发挥更好地发挥了人的潜能了人的潜能,使人机之间表现出一种平等共事、相互使人机之间表现出一种平等共事、相互“理理解解”、相互协作的关系、相互协作的关系,使两者在不同的层次上各显其能使两者在不同的层次上各显其能,相辅相成。相辅相成。因此,在IMS 中,高素质、高智能的人将发挥更好的作用,机器智能和人的智能将真正地集成在一起。虚拟现实技术 这是实现虚拟制造的支持技术,也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。人机结合的新一代智能界面,使得可用虚拟手段智能地表现现实,它是智能制造的一个显著特征。综上所述,可以看出IMS作为一种模式,它是集自动化、柔性化、集成化和智能化于一身,并不断向纵深发展的先进制造系统。自学习和自维护能力 IMS能以原有的专家知识为基础,在实践中不断进行不断进行知识库知识库,并删除库中不适用的知识,使知识库更趋合理;同时,还能对系统故障进行自我诊断、排除自我诊断、排除及修复。及修复。特征使IMS能够自我优化并适应各种复杂的环境。自组织和超柔性 IMS中的各种组成单元能够根据工作任务的需要,自行自行集结成一种超柔性最佳结构集结成一种超柔性最佳结构,并按照最优的方式运行。并按照最优的方式运行。其柔性不仅表现在运行方式上,还表现在结构形式上。完成任务后,该结构自行解散,以备在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。智能制造系统框架 整个系统是一个多智能体分布式网络结构，分成四个部分:中心层、管理层、计划层和生产层。每个层由具有自治性的多智能体组成，这种多智能体具有相似的结构，但根据任务的不同而有不同的自学习、自适应、自组织、自维护功能。智能系统有一定的容错能力，可以在不完整的信息或偶然误差出现时正常地工作。智能制造系统的主要部件智能加工智能加工是一种柔性度和自动化水平更高的制造技术，它不仅减轻人们的体力劳动，还能减轻人们的脑力劳动，使产品制造过程能够连续，准确，高速地自动进行。智能加工设备是智能制造系统的主要加工部件，智能机床和智能加工中心(IMC)更是智能制造系统中一种典型的智能加工机器。q 蒸汽机、电动机曾给机械产品的发展带来革命蒸汽机、电动机曾给机械产品的发展带来革命q 数字化：信息化与工业化融合的重要手段数字化：信息化与工业化融合的重要手段q 智能化：装备和机械产品的发展趋势智能化：装备和机械产品的发展趋势 蒸汽机普通机床数控机床智能机床制造业发展的几个主要阶段智能加工中心智能加工中心中，智能数控系统是IMC的神经中枢，其智能化程度直接决定了整个智能制造系统的智能水平。智能数控系统具有高级的自主控制功能，能将任务请求、智能数控系统具有高级的自主控制功能，能将任务请求、作业规划、轨迹控制、过程监视与控制、错误自修复等功作业规划、轨迹控制、过程监视与控制、错误自修复等功能有机结合起来。能有机结合起来。面向制造系统，它是任务驱动的柔性规划学习系统，而面对复杂的物流加工环境，它又是“刺激一反应”型的再励系统，能对来自内部和外界环境的多种能对来自内部和外界环境的多种刺激做出理智的决策，从而以最优策略完成目标任务刺激做出理智的决策，从而以最优策略完成目标任务。智能加工中心智能加工中心：既是智能制造过程和系统的实验和应用对象，也是智能制造技术的缩影和实现通道。它与普通的加工中心(MC)有着本质的区别，除了完成数控代码规定的加工任务外，能够根据信息的综合进行自主决策，实时调整自身行为，适应环境和自身的不确定性变化，智能加工中心对信息的获取与处理表现在对加工环境和加工状态的自主响应能力。智能加工中心的功能感知功能感知功能：收集传感器信号，实现系统状态感知。决策功能决策功能：感知的基础上通过决策，确定行为方式。控制功能控制功能：根据决策结果进行处理，完成加工任务。通信功能通信功能：实现人机通信，机机通信数据交流。学习功能学习功能：依据决策、控制和加工指令，学习改进加工和控制策略。18世纪末20世纪初70年代初至今第一次工业革命第一次工业革命机械化生产蒸汽驱动第二次工业革命第二次工业革命批量流水线生产电力驱动第三次工业革命第三次工业革命高自动化柔性生产计算机信息技术驱动第四次工业革命第四次工业革命智能化工厂智能装备及信息通信敏敏捷捷制制造造智智能能制制造造第四次工业革命：全面的智能化工厂智能制造与工业4.0“工业4.0”是利用信息化技术促进产业变革的时代，是以智能制造为主导是以智能制造为主导的第四次工业革命，的第四次工业革命，即智能化时代，其要求企业信息化从车间延伸到整个工厂乃至整条供应链，将物联网及服务全面引入制造业，实现智能制造、智能经营。“智能制造技术”已成为世界制造业发展的客观趋势，世界上主要工业发达国家正在大力推广和应用。发展智能制造既符合我国制造业发展的内在要求，也是重塑我国制造业新优势，实现转型升级的必然选择，应该提升到国家战略的高度。中国一个制造业大国到制造业强国发展过程中，我认为一下行业将受益于工业4.0服务于工业4.0：智能机床、高端机器人、传感器、射频识别（FRID）、机器视觉、以太网、云计算、3D打印、工业自动化、系统集成智能工厂的典型应用场景我国智能制造发展现状取得了一批基础研究成果和智能制造技术，智能制造相关产业也初具规模。智能制造装备产业体系初步形成。国家对智能制造的扶持力度不断加大。越来越多的研究项目成立，研究资金也大幅增长。智能制造基础理论和技术体系建设滞后。智能制造中长期发展战略缺失。高端制造装备对外依存度高，重硬件轻软件的现象突出。关键智能制造技术及核心基础部件主要依赖进口。我国智能制造发展存在问题智能制造技木的发展趋势智能制造技术创新及应用贯穿制造业全过程，先进制造技术先进制造技术的加速融合使得制造业的设计、生产、管理、服务各个环节日趋智能化，智能制造正引领新一轮的制造业革命，主要体现在以下四个方面：一是建模与仿真使产品设计日趋智能化;二是以工业机器人为代表的智能制造装备在生产过程中应用日趋广泛;三是全球供应链管理创新加速;四是智能服务业模式加速形成。智能制造技木的发展趋势以3D打印为代表的“数字化”制造技术“数字化”制造技术有可能改变未来产品的设计、销售和交付用户的方式，使大规模定制和简单的设计成为可能，使制造业实现随时、随地、按不同需要进行生产，并彻底改变自“福特时代”以来的传统制造业形态。3D打印技术呈现三个方面的发展趋势：打印速度和效率将不断提升打印速度和效率将不断提升;将开发出多样化的将开发出多样化的3D打印材料打印材料;3D打印机价格大幅下降打印机价格大幅下降。谢谢！演讲完毕，谢谢观看！