智能制造系统 IMS
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智能制造系统一、智能制造系统的概念智能制造系统(Intelligent Manufacturing System—IMS)是一种有智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。
它突出了在制造各环节中,以一种高度柔性和集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动,同时,收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。
由于这种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。
二、智能制造系统的特征20世纪60年代的数控机床(CNC)实现了机械加工过程的可编程自动化:2O世纪70年代的柔性制造系统(FMS)将车间级的机床设备、工艺装备、工业机器人及搬运小车等通过计算机在线控制实现了以物流为基础的系统自动化.进一步满足制造系统的柔性化要求;20世纪80年代的计算机集成制造 (CIM)通过信息技术将工厂中CAD、CAPP、CAM及经营管理等集成起来,按照人们预测的方式实现加工过程的自动化。
而智能制造可以在确定性不明确、不能预测的条件下完成拟人的制造工作。
主要表现在下列的特征:自组织能力、自律能力、自学习能力、系统的智能集成等等。
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。
三、智能制造系统的体系结构智能制造系统结构的主要类型有:(1)以提高制造系统智能为目标,以智能机器人、智能体等为手段的智能制造系统;(2)通过互联网把企业的建模、加工、测量、机器人的操作一体化的智能制造系统;(3)采用生物问题的求解方法的生物智能制造系统等。
目前,较多采用的是基于Agent的分布式网络化IMS的模型,见图l。
一方面通过Agent赋予各制造单元以自主权,使其成为功能完善自治独立的实体;另一方面,通过Agent之间的协同与合作,赋予系统自组织能力。
集成制造系统与智能制造的关系和差异引言在当今全球经济竞争激烈的环境下,制造业正面临着巨大的变革和挑战。
为了提升生产效率、降低成本,并实现可持续发展,传统的制造模式正在逐渐向集成制造系统和智能制造转变。
本文将探讨集成制造系统与智能制造之间的关系和差异。
集成制造系统集成制造系统(Integrated Manufacturing System,IMS)是一种将各种生产活动整合在一起的制造方法。
它通过信息技术和通信技术的应用,将企业内部和外部的各个环节有效地连接起来,实现一体化的生产和管理。
集成制造系统的主要目标是优化资源配置、提高产品质量和降低成本。
主要特征1.系统集成性:集成制造系统通过整合企业内部的各个业务部门,包括生产、采购、销售和供应链等,实现了信息的共享和流动,提高了生产效率和响应速度。
2.信息化程度高:集成制造系统建立了一套完善的信息平台,实现了从订单接收到生产交付的全过程管控和监控,实时掌握生产进度和资源使用情况。
3.柔性生产能力:集成制造系统通过模块化的设计和灵活的生产流程,具备快速调整产品种类和数量的能力,满足客户个性化需求。
4.自动化程度高:集成制造系统采用自动化设备和机器人来完成生产任务,减少人工操作,提高生产效率和品质稳定性。
应用场景集成制造系统广泛应用于小批量生产、定制化生产和高品质生产的领域。
它可以提高生产效率和产品质量,同时降低人工成本和物料浪费。
智能制造智能制造(Intelligent Manufacturing)是一种基于信息技术和智能技术的制造模式。
它通过网络连接设备、物联网、人工智能和大数据分析等技术手段,实现生产线的智能化和自动化。
智能制造的目标是实现生产过程的智能化和自适应性,提高生产效率和灵活性。
主要特征1.智能化程度高:智能制造采用先进的传感器技术和人工智能算法,实现设备和生产线的智能化管理和优化。
它能够自动调整生产参数、预测故障和优化生产计划,提高生产效率和品质稳定性。
智能制造系统在汽车工业中的应用案例分享智能制造系统(Intelligent Manufacturing System, IMS)是指应用先进的信息技术、智能化技术和机器人技术等,通过整合多种资源,实现生产环节的高度集成化、智能化和网络化。
随着智能制造技术的不断发展和应用,越来越多的汽车企业开始采用智能制造系统提高生产效率,降低生产成本,提高产品质量和市场竞争力。
本文将从实际应用角度,分享几个智能制造系统在汽车工业中的应用案例,探讨智能制造技术在汽车工业中的优势和应用前景。
案例一:工业机器人在汽车冲压车间中的应用工业机器人是智能制造系统中重要的组成部分,可以进行复杂的操作,取代工人完成重复性的工作,提高生产效率和质量。
在汽车生产中,工业机器人常用于汽车冲压车间中的零部件制作。
以广汽传祺为例,其工业机器人系统采用FANUC机器人,配合视觉识别系统和智能抓取设备,可以快速准确地完成各种汽车零部件的冲压、折弯和打孔等工序,大大提高了生产效率和质量,并降低了生产成本。
案例二:智能物流系统在汽车装配车间中的应用智能物流系统是智能制造系统中重要的组成部分,可以自动化地管理、运输和存储物料,避免人为错误和成本浪费。
在汽车生产中,智能物流系统常用于汽车装配车间中的物料运输和存储。
以长安福特为例,其智能物流系统采用RFID技术和AGV小车,可以自动地识别物料并将其送至装配生产线,实现了物料的自动化管理和运输,大大提高了生产效率和准确性,同时降低了生产成本。
案例三:智能质量控制系统在汽车喷漆车间中的应用智能质量控制系统是智能制造系统中重要的组成部分,可以自动化地监测和控制生产过程中的质量问题,避免生产缺陷和产品召回。
在汽车生产中,智能质量控制系统常用于汽车喷漆车间中的涂装质量控制。
以一汽-大众为例,其智能质量控制系统采用光学传感器和图像识别技术,可以实时监测涂装过程中的涂料厚度、均匀性和粘度等关键参数,及时发现涂装质量异常,并及时进行调整,大大提高了涂装质量和一次合格率,同时降低了生产成本和质量风险。
《智能制造系统建模与仿真》阅读笔记目录一、内容概要 (2)1.1 背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状及发展趋势 (3)二、智能制造系统基本概念 (5)2.1 智能制造系统的定义 (6)2.2 智能制造系统的组成 (8)2.3 智能制造系统的功能 (9)三、智能制造系统建模与仿真的基本方法 (10)3.1 建模方法 (12)3.2 仿真方法 (13)四、智能制造系统建模与仿真的关键技术 (15)4.1 预测模型 (16)4.2 决策模型 (18)4.3 优化模型 (19)五、智能制造系统建模与仿真的应用案例 (20)5.1 案例一 (21)5.2 案例二 (22)六、智能制造系统建模与仿真的挑战与未来趋势 (23)七、结论与展望 (25)7.1 主要结论 (26)7.2 研究展望 (27)一、内容概要《智能制造系统建模与仿真》一书对智能制造系统建模与仿真的相关概念、方法、技术和应用进行了全面而深入的阐述。
书中首先概述了智能制造系统建模与仿真的主要内容,包括智能制造系统的基本概念、建模与仿真的目的和意义、以及建模与仿真的关键技术。
书中详细讨论了智能制造系统建模与仿真的各个环节,包括系统建模、仿真模型开发、仿真验证与优化等。
还介绍了智能制造系统仿真平台的设计与开发,以及仿真技术在智能制造中的应用案例。
通过阅读本书,读者可以深入了解智能制造系统建模与仿真的理论和方法,掌握相关的建模与仿真技术,并将其应用于实际智能制造系统中,以提高系统的性能和效率。
1.1 背景与意义随着科技的飞速发展,智能制造已经成为全球制造业的重要发展趋势。
智能制造系统建模与仿真作为一种重要的研究方法和工具,旨在通过对制造过程进行建模和仿真,实现对制造系统的优化设计、性能分析和故障诊断。
深入研究智能制造系统建模与仿真具有重要的理论意义和实际应用价值。
智能制造系统建模与仿真有助于提高制造业的整体水平,通过对制造过程的建模和仿真,可以更好地理解制造系统的基本结构和工作原理,从而为制造系统的优化设计提供理论支持。
IMES系统解决方案IMES(智能制造执行系统)是一种基于信息化技术和智能化设备的先进制造执行系统。
它通过数据采集、监测、分析和管理来实现生产过程的可控性和可预测性。
IMES系统可以有效地提高制造企业的生产效率、质量控制和资源利用率,从而实现智能化制造和优化生产管理。
1.数据采集和实时监测:IMES系统通过接入传感器和监测设备,实时采集和监测生产环节中的各种数据,如温度、湿度、压力等参数。
这些数据将通过数据采集系统传输到IMES系统中,实时显示在控制中心的监视屏幕上。
2.数据分析和预测:IMES系统通过分析和挖掘生产数据,提供生产过程的统计分析和趋势预测。
基于分析结果,制造企业可以及时调整生产计划和资源配置,以优化生产效率和质量。
3.生产计划和调度:IMES系统提供了高效的生产计划管理和调度功能。
它可以根据订单和资源的实时状态,生成最佳的生产计划,并在产品完成后进行调度和分配。
通过IMES系统,制造企业可以实现生产过程的可预测性和准时交付。
4.质量控制和品质管理:IMES系统具备强大的质量控制和品质管理功能。
它可以对产品的生产过程进行实时监控和检验,自动判断生产过程是否符合质量要求。
IMES系统还可以记录和管理生产过程中的质量数据,为质量改进和追溯提供依据。
5.资源管理和优化:IMES系统可以帮助企业有效地管理和优化资源,包括人力资源、设备资源和物料资源。
通过IMES系统,制造企业可以实现资源的合理配置、开发和利用,从而最大程度地提高生产效率和降低成本。
6.系统集成和扩展性:IMES系统可以与企业的其他信息系统进行集成,如企业资源计划(ERP)系统、物流管理系统等。
IMES系统还具备良好的扩展性,可以根据企业的需要进行定制和扩展,满足不同规模和需求的制造企业。
IMES系统解决方案的优势和价值在于提供了全面的生产管理和控制功能,帮助制造企业实现智能化制造和优化生产管理。
它可以帮助企业提高生产效率、质量控制和资源利用率,降低生产成本和产品周期,提高企业的市场竞争力。
IMS都不了解,就太out了!IMS智能管理系统是为电子制造产业量身定制的专业智能管理系统,以提升生产效率、提高产品质量、降低制造成本为目标,打破传统的制造流程,通过流程再造,全面提升的综合效率。
IMS是什么?IMS,英文缩写。
IMS(Intelligent Management System)是智能管理系统,是一套闭环式的电子制造管理和物料管理的解决方案。
为电子制造企业提升企业的竞争力-----降低制造成本、降低人员配置、提升设备利用率(OEE),同时科学有效的使用物料、实现了对物料和制程管控全面的、科学的管控。
伴随中国加入WTO和经济全球化,中国正在成为世界电子制造业的中心。
现在,随着低劳动力成本比较优势的不断消失,尤其消费需求的不断变化、产业环境的日趋严格,势必使中国电子制造业面临着新的挑战。
电子制造企业要迅速提高核心竞争力,必须以信息化带动工业化,加快信息化进程,走新型工业化道路,实现全社会生产力的跨越式发展。
纵观我国制造业信息化系统的应用现状,建设的重点普遍放在ERP系统和现场自动化系统两个方面。
然而,这两大系统已无法应付市场环境的快速演变和消费者的需求。
电子制造智能管理系统(Intelligent Management System,IMS)恰好能填补这一空白。
电子制造智能管理系统IMS是近5年来在国际上迅速发展、面向车间层的生产管理技术与即时信息系统。
IMS为电子制造业提供一个快速反应、有弹性、精细化、透明化的制造环境,帮助企业提高生产效率,提高产品品质,缩短生产周期,降低制造成本、全面防错防呆、实现全面科学的可追溯管理。
IMS只适用于电子制造企业(消费电子、汽车电子、微电子、通讯电子、医疗电子、工控电子、军工电子等),能够实现多品种少批量的生产方式,而且交货周期短。
满足企业高效生产,高速度、高良品率、快速切换变更品种等需求。
IMS与ERP无缝对接,架起了各部门信息沟通的桥梁,解决了各部门信息“断层”问题,让企业部门间信息不存在鸿沟。
一、智能制造的定义智能制造系统(Intelligent Manufacturing System---IMS)是由智能机器和人类专家共同组成的人机系统,高度柔性和集成制造流程,对制造过程进行分析、判断、推理、构思和决策,减少人为干预制造过程导致的低效率和不稳定,同时收集、存储、完善、共享、继承和挖掘人类专家的制造知识。
智能制造系统一般包括四个子系统:★设计子系统:能实现产品可制造性、可装配性、可维护和保障性的自动化设计;★计划子系统:能实现自动优化配置资源和自动调度平衡产能;★生产子系统:能将生产,检测,库存,物流等等制造核心流程实现自治或半自治管理;★监控子系统:能实现监控生产过程自动化,生产状态实时数据监测自动化,制造系统运营故障诊断自动化和系统自动修复维护。
智能制造具有以下特征:自律能力:智能制造系统能够搜集与理解环境信息和系统内部信息,并进行分析判断,优化和规划自身行为的能力。
人机一体化:单纯基于自动化的制造系统(例如CIMS)只能进行机械式的推理、预测、判断,智能制造系统是人机一体化,是在智能机器的配合下,更好地发挥出人的潜能,具有逻辑思维(专家系统)+图像思维(神经网络),能够充分发挥人类专家的智能优势,独立承担起分析、判断、决策等任务。
虚拟现实:智能制造系统能够集成信号处理、几何图像数字化技术、动画技术、智能推理、预测、仿真和多媒体技术,借助生产系统中的各种传感器阵列,虚拟展示现实生产流程中的各种过程、物件等,并数字化,便于优化和控制。
自组织与超柔性:智能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务的需要,自行组成一种最佳结构,其柔性不仅表现在运行方式上,而且表现在结构形式上,具有生物自组织特征。
学习能力与自我维护能力:智能制造系统能够在实践中不断地充实完善知识库,具有自学习功能和知识挖掘功能,实现在制造系统运行过程中自行故障诊断,并具备对故障自行排除、自行维护的能力,使智能制造系统能够自我优化,并适应各种复杂的环境。
智能制造系统的设计与管理智能制造系统(Intelligent Manufacturing System,IMS)是指依靠信息技术实现设备、产品、控制、管理等全方位协同,实现智慧化、数字化、网络化、自动化的新一代制造系统。
智能制造系统具有灵活性高、健壮性强、自主性强、应变能力强等特点,是推动工业制造向智能化方向发展的必备技术。
智能制造系统的设计与管理是实现智能制造目标的关键,下面将从五个方面来探讨智能制造系统的设计与管理。
一、系统设计与研发系统设计与研发是智能制造系统的起点。
智能制造系统的设计需要根据生产线的特性和客户需求,确定设备结构、通讯协议、软件功能和硬件配置等方案。
在系统研发过程中,需要有清晰的模块化设计,保证各个模块之间的通信和数据共享,在设计完成后进行严格的测试和验收。
二、数据处理与分析智能制造系统所产生的数据量庞大,如何对数据进行有效处理和分析,是智能制造系统的核心。
数据处理和分析需要依托云计算、大数据分析、人工智能等技术,为制造业提供各类数据,如可靠性、质量和效率等方面的数据分析。
同时,还需要采集产品设计和制造的数据,并将其与产线运行的数据进行整合,形成完整的数据信息体系,以实现智能制造。
三、质量管理智能制造系统的质量管理需要综合考虑产品质量、生产效率、质量控制成本等因素,通过数据分析和追溯,及时发现产品质量问题,确保生产过程中的质量控制。
同时,还需要制定完善的质量管理体系和标准,确保生产过程的可控性。
四、设备管理设备管理是智能制造系统的一项重要任务,主要包括设备运行监控、设备维修保养和设备升级更新。
通过对设备运行状态的数据分析和监控,能够有效预测设备故障,并及时进行维修保养,确保设备的正常运行。
同时,还需要按照生产需要进行设备的升级和更新,提升设备的智能化和稳定性。
五、人力资源管理智能制造系统的实施需要有专业的技术人员、管理人员、销售人员等配合,而且需要不断学习和更新技能,以适应智能制造的需求。
IMS管理系统智能制造系统的发展,⼀般沿着智能装备单⼀技术点智能化、⾯向智能装备的组线技术、⾼度⾃动化与柔性化的智能⽣产线、基于中央管控和智能调度的智能⼯⼚、异地协同的智能盟的路径发展。
因此,从智能制造系统的技术基础和实施规模来看,智能制造系统可以划分为装备级、⽣产线级、车间级、⼯⼚级和联盟级。
德国⼯业4.0 提出以信息物理系(Cyber-Physical SystemCPS)为基础,由智能⼯⼚、智能⽣产和智能物流三个⼦系统构成的互联⽹环境下的智能制造框架,将CPS作为智能制造的底层基础设施,⼒图引导德国成为智能制造技术的主要供应商和CPS技术及产品的领先市场。
智能制造的本质,是通过信息技术与制造技术深度融合实现⾃感知、⾃诊断、⾃优化、⾃决策、⾃执⾏的⾼度柔性⽣产⽅式。
或者说,智能制造是从独⽴设备的机器智能到制造过程系统智能演进发展的⽣产⽅式,具有动态感知、实时分析、⾃主决策和精准执⾏四个典型特征。
基于互联⽹及⼤数据的智能制造体系及管理从技术视⾓看,IMS 的研究主要包括智能活动、智能机器,及两者的深度融合技术,其中智能活动是问题的核⼼。
从管理视⾓看,IMS的研究主要包括五个部分,即以消费者或客户活动为核⼼的智能活动、IMS的⼆元能⼒管理(个性化定制与⼤规模制造之间的灵活性与效率)、集成式智能化PMC平台的知识管理、与IMS匹配的C2M战略与组织变⾰,及IMS 的⼆元能⼒与组织的⼆元能⼒之间的协同演化。
IMS管理理论的研究框架互联⽹环境下消费者对企业运作管理的参与度逐步加深,改变了以往的商业模式及运作模式。
智能制造系统由此需要从内部封闭的智能活动转变为基于互联⽹及⼤数据的开放环境下的智能活动。
IMS的概念模型IMS由四个基本⼦系统构成:⼀是基于互联⽹及⼤数据的智能活动⼦系统,包括基于移动互联⽹、云平台、物联⽹及⼤数据的智能体对消费者需求及市场环境变化的动态感知和实时分析等;⼆是智能制造的知识管理活动⼦系统,集中体现在智能管控中⼼的活动,或集成式智能化⽣产计划调度(PMC)平台的活动,体现⾃主决策;三是核⼼智能制造能⼒⼦系统,包括智能车间和智能⽣产线,体现精确执⾏;四是基于互联⽹及⼤数据的智能联盟之间的⾼效协同⼦系统,为满⾜消费者或客户的⾼度个性化需求,核⼼制造能⼒需要寻求全球智能制造能⼒的⾼效协同,由此构成的智能联盟包括从研发到销售、从⼤规模定制到单件短周期定制、从制造到服务的全过程。
智能制造术语
1.集成制造系统(IMS):是一种让原材料在一个装配线上进行自动或半自动加工的自动化流水制造系统(AMLS)。
2.数控研磨(CNC Grinding):是一种使用数字控制系统来进行磨削加工的技术,通过应用相应参数来控制刀具和加工平台运动,从而实现高精度、高效率的研磨加工。
3.激光锐化(Laser Sharpening):是一种使用激光束来精确地重新制备金刚石刀具的技术,它能够实现高精度、高速率的加工,它通过激光塑料热加工(LPHT)将金刚石刀具的刃重新锐化,以满足研磨机加工的要求。
4.五维加工(5-Axis Machining):是一种对工件进行复杂形状加工的技术,它可以使用多种刀具同时加工,使得材料可以被快速、多方位地加工,使得制造成本和工艺周期大大降低。
5.联机检测(On-Line Detection):是一种检测技术,它可以在生产线上直接进行检测,从而最大限度地减少产品的质量问题。
6.增材制造(Additive Manufacturing):是一种利用原材料对部件或件件组装件实施层层堆叠,从而精确加工部件形状的技术。
7.数控磨床(CNC Milling):是一种使用数字控制系统来进行细胞加工的技术,可以通过应用相应参数来控制刀具和加工平台运动,从而实现高精度、高效率、高精度和高稳定性的磨床加工。
智能制造系统 IMS1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。
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。
220世纪60年代的数控机床(CNC)实现了机械加工过程的可编程自动化:2O世纪70年代的柔性制造系统(FMS)将车间级的机床设备、工艺装备、工业机器人及搬运小车等通过计算机在线控制实现了以物流为基础的系统自动化.进一步满足制造系统的柔性化要求;20世纪80年代的计算机集成制造 (CIM)通过信息技术将工厂中CAD、CAPP、CAM及经营管理等集成起来,按照人们预测的方式实现加工过程的自动化。
而智能制造可以在确定性不明确、不能预测的条件下完成拟人的制造工作。
主要表现在下列的特征:自组织能力、自律能力、自学习能力、系统的智能集成、人机一体化智能系统等等。
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。
汤洪强31107124一、智能制造系统产生的背景自20世纪80年代以来,随着产品性能的完善化及其结构的复杂化、精密化,以及功能的多样化,促使产品所包含的设计信息量和工艺信息量猛增,随之而来的是生产线及生产设备内部的信息量增加,制造过程和管理工作的信息量也必然剧增,因而推动制造技术发展的热点与前沿转向了提高制造系统对于爆炸性增长的制造信息处理的能力、效率及规模上。
目前,先进的制造设备离开了信息的输入就无法运转,柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)的信息来源一旦被切断就会立刻瘫痪。
专家认为,制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型,这就要求制造系统不但要具备柔性,而且还要具有智能,否则是难以处理如此大量、多样化及复杂化(残余和冗余信息)的信息工作量的。
当前和未来企业面临的是一个瞬息多变的市场需求和激烈的国际化竞争环境。
社会的需求使产品生产正从大批量产品生产转向小批量、客户化单件产品的生产。
企业欲在这样的市场环境中立于不败之地,必须从产品的时间、质量、成本、服务和环保(T、Q、C、S、E)等方面提高自身的竞争力,以快速响应市场频繁的变化。
为此,企业的制造系统应表现出更高的灵活性和智能性。
过去由于人们对制造技术的注意力偏重于制造过程的自动化,从而导致在自动化水平不断提高的同时,产品设计及生产管理效率提高缓慢。
生产过程中人们的体力劳动虽然获得了极大解放,但脑力劳动的自动化程度(即决策自动化程度)却很低,各种问题的最终决策或解决在很大程度上仍依赖于人的智慧;并且随着市场竞争的加剧和信息量的增加,这种依赖程度将越来越大。
为此,要求未来制造系统具有信息加工能力,特别是信息的智能加工能力。
从20世纪70年代开始,发达国家为了追求廉价的劳动力,逐渐将制造业移向了发展中国家,从而引起本国技术力量向其他行业的转移,同时发展中国家专业人才又严重短缺,其结果制约了制造业的发展。
因此,制造业希望减少对人类智慧的依赖,以解决人才供应的矛盾。
智能制造系统 IMS1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。
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。
220世纪60年代的数控机床(CNC)实现了机械加工过程的可编程自动化:2O世纪70年代的柔性制造系统(FMS)将车间级的机床设备、工艺装备、工业机器人及搬运小车等通过计算机在线控制实现了以物流为基础的系统自动化.进一步满足制造系统的柔性化要求;20世纪80年代的计算机集成制造 (CIM)通过信息技术将工厂中CAD、CAPP、CAM及经营管理等集成起来,按照人们预测的方式实现加工过程的自动化。
而智能制造可以在确定性不明确、不能预测的条件下完成拟人的制造工作。
主要表现在下列的特征:自组织能力、自律能力、自学习能力、系统的智能集成、人机一体化智能系统等等。
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。
智能制造系统 IMS1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。
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。
220世纪60年代的数控机床(CNC)实现了机械加工过程的可编程自动化:2O世纪70年代的柔性制造系统(FMS)将车间级的机床设备、工艺装备、工业机器人及搬运小车等通过计算机在线控制实现了以物流为基础的系统自动化.进一步满足制造系统的柔性化要求;20世纪80年代的计算机集成制造 (CIM)通过信息技术将工厂中CAD、CAPP、CAM及经营管理等集成起来,按照人们预测的方式实现加工过程的自动化。
而智能制造可以在确定性不明确、不能预测的条件下完成拟人的制造工作。
主要表现在下列的特征:自组织能力、自律能力、自学习能力、系统的智能集成、人机一体化智能系统等等。
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。
3智能制造系统结构的主要类型有:以提高制造系统智能为目标,智能机器人、智能体等为手段的智能制造系统;通过互联网把企业的建模、加工、测量、机器人的操作一体化的智能制造系统;采用生物问题的求解方法的生物智能制造系统等。
目前,较多采用的是基于Agent的分布式网络化IMS的模型,见图l。
一方面通过Agent赋予各制造单元以自主权.使其成为功能完善自治独立的实体;另一方面,通过Agent之间的协同与合作.赋予系统自组织能力。
4传统的机电控制系统的建模方式是根据系统的物理原理推出模型结构,根据实验、经验选出参数及修正值。
这种方法对于复杂的非线性系统的建模不是很有效。
智能制造系统是一个非常复杂的大系统,它是多因素、高阶、非线性的系统,传统的建模方法很困难。
它表现在离散性、在线检测困难、过程模型的不确定性、过程的快速性、以及系统处理多级信息反馈的不稳定性。
智能建模方法可用模糊数学、神经网络等方法来实现。
根据不同的需求从不同的侧面对智能制造系统进行抽象和描述,形成了各具特色的建模方法。
基于IDEF 的功能模型,该模型在结构化分析基础上用图形符号描述的功能模型,它可以表达某种功能活动的下列内容:定义,输出,输入,约束与控制,支持机制.功能间关系等等见图2。
面向对象建模法 (OOM)为智能制造系统的建模提供了新的思路和方法。
它是一种运用对象、类、继承、封装、继承、聚合、消息传递、多态性等概念来构造系操作工机床刀具统的软件开发方法。
OOM中的基本建模元素“对象”是对问题域中事物完整映射,OOM 中的结构与连接反映了问题域中事物之间的关系。
基于Petri网的动态模型,Petri网是由德国学Carl A.Petri于1962年提出的一种用于描述事件和条件关系的网络。
它用一种简单图形表示组合模型.具有直观、易懂、易用等特点。
图3 为简单Petri网。
在普通Petri网的基础上已扩展成许多Petri网。
其中包括:有色 Petri网 (Colored Petri Net)、随机Petri网(Stochastic Petri Net)、模块化/递阶 Petri网(Mdolar/hierarchacal Petri Net)等。
5从智能制造系统和智能制造单元最根本的技术特征来看,其智能体现在系统整体的“自组织能力”和工作单元的“自主性”两个层次上,系统或单元的柔性也体现在系统单元组织的柔性和加工单元的柔性上它与计算机集成制造(CIM)有着明显的区别:CIM的策略是把单个自动化子系统组成一个生产线,以提高生产效益参考.CIM的控制基础是计算机集中控制的信息网,在这种机构中,虽然有多层管理和决策,但最主要还有由中央计算机控制z7智能制造的思路是基于组件的系统,且具有在分布式异构环境中的操作能力,以最快的速度响应市场需求,获得最大的利益,其技术基础是分布式人工智能中的多Agent系统。
CIM最主要的问题是尽量在制造过程中排除人的因素,在对异构环境连接时,应用的情况十分复杂,对于既具有高度自动化机器,又具有半自动化设备的加工车间来说,把它们集成为CIM模式既复杂又需要大量的资金投人,因此,对于我国的制造业企业来说,尤为困难.基于Agent技术的智能制造系统为解决这一难题提供了一条思路.由表1可知,面对现代的市场,基于agent的智能制造系统比Cim有更多的优势,但基于agent的智能制造系统并不完全排除 Cim.它不仅是从CIM和许多原有的制造系统的基础上总结出来的,而且Cim系统仍然是智能制造系统有力的补充.6Agent6.1 Agent的概念Agent的概念来源于分布式人Z智能(Distributed artificial intelligence,简称DAI).虽然Agent的概念应用十分频繁,但至今没有一个统一的定义.Agent研究的先驱之一,美国的Maes认为“自治或自主Agent是指那些驻留于复杂动态环境中,自治地感知环境信息,自主采取行动,并实现一系列预先设定的目标或任务的计算系统’X16] 般认为,Agent是一种具有知识,思维和目标,能够作用和受作用于外界环境,并能够彼此协调的物理和逻辑实体.在计算机系统中,Agent通常表现为软件系统.在制造系统中,Agent有两种表现形式:一种为逻辑Agent,是逻辑实体或者具有完整功能的单元或者系统的逻辑抽象,类似通常说的“代理”,常用于信息的集成;另一种为物理Agent,即具有完整功能的物理单元或者系统,类似通常说的“自主体”,常用于表示一个操作单元或物料流的集成在制造系统的许多研究领域中,物理Agent与逻辑Agent 共同存在,相互协作.物理Agent与逻辑Agent的结合是制造系统物料流与信息流集成的有效方法图1所示为一种基于Agent的制造系统.椭圆形表示逻辑Agent,圆形表示物理Agent.6.2 Agent的结构和特点Agent的基本结构如图2所示:一个Agent通常具有通讯模块,推理机,知识库/数据库,功能模块等几部分.1)通讯模块完成消息的传递和接受任务,能够提供支持各种不同的通讯协议(TcP/IPMOPIPx等),屏蔽各种操作平台(uNixos/ZwINDOWSNT等)和网络结构(以太网ATM令牌环网等),它是多Agent相互通讯的接口,同时具有消息的编码、译码和信息的过滤功能.2)推理机.是Agent的核心部分,根据通讯模块接受来的消息和事实,利用数据库中的数据和知识库中的数据进行推导,得出处理结果,保证Age刀t正常、稳定的工作.3)知识库/数据库.储存各种推理规则及系统中的各类数据,如Ag即t本身的工作能力,工作条件等,是推理机有效工作的基础.4)功能模块包括计划、控制、监测等模块,完成知识库的组织、规划;对接受来的任务进行细化、调整并制定相应的计划,以完成系统指定的任务;对制造单元的运行情况进行监视,对意外事件进行处理以及提供一些统计、分析等功能 6.3多Agent系统(MdtieeAgent)多Agent系统是由多个Agent形成的松散祸合的网络系统.这些Agent在物理上或逻辑上是分散的,其行为是自治的,他们为了共同完成某个任务,或达到某些目标遵守某种协议连接起来,通过交互与合作解决超出单个A罗nt能力或知识的问题.近来,由于其组织行为的显现效应(eme卿nce),多Agent系统已被认为是建造大型复杂分布式信息处理系统的重要技术和框架,并将为未来很长一段时间分布式移动计算技术提供强大的建模工具.目前,多Agent系统的应用空间正不断扩大,一般认为多Agent系统特别适用于那些能根据空间、时间或功能进行分解和划分的应用问题,在这些应用中采用多A罗nt系统将带来如下优点:由于处理的并行化,系统的运行速度将加快;由于对信息的处理是在信息源的附近进行的,所以对通讯带宽的要求较低;由于某一个Agent出错不会影响整个系统的运行,因此,系统具有较高的可靠性;由于感知、处理和动作紧密相伴,系统具有较高的反应速度7Agent7.1制造系统的特点制造系统通常都由若干完成不同制造子任务的环节组成。
一个零件的加工过程通常要经过多个设备或多个环节,其中每个设备或功能结点都需独立自主地作出局部决策,来完成局部的制造子任务,同时又要相互协调,以完成系统整体目标。
所以可以说制造系统中的活动本身就具有分布式的特点针对制浩系统中生产活动的这种既自治又合作的特点,我们可以把一个产品从设计到市场的整个制造销售过程描述成一种典型的多Agen问题求解过程,其中加工过程中的不同功能结点、不同的环节都可以理解为该过程中的Agent,系统中每一功能都可由单个Agent或组织良好的Agent群来实现。
7.2作业车间的多Agent系统模型传统的车间层控制系统基于三层结构,最上层为总控部分,监视整个车间的活动、负责任务调度和安排工件加工路径,中间层管理机床操作和负责下载工件程序,最下层控制实际工作站操作。
这种集中或递阶的控制方式往往不能满足实际加工环境不确定性和复杂性的要求,同时也不能充分发挥其各个组成单元的能力,灵活性和适应性较差。
目前现代化的作业车间中的各种资源设备基本上都使用了计算机控制,如数控机床等,并且可以通过网络互相传递信息,这就为我们在车间层引入多Agent系统的思想奠定了基础。
在作业车间一层。
分解Agent的粒度可以不同.shows']采用了一种大粒度的分解方法,即把组成作业车间或FMS的加工单元抽象成Agent,没有直接面对实际的加工设备,我们采用复合分解的方法即面向任务和面向资源的方法和小粒度的划分方法分解出车间管理、在制工件、AGV、刀具、机床、装卸站等Agent,这些Agent通过局域网或现场总线交换信息,使用一定的协作规范来共同完成加工工件的目标,其示意图如图5.从图5可以看出,整个作业车间的控制方式变成了一种完全平行的结构,在制工件Agent通过与机床Agent的协商获得自身的加工,机床Agent通过与刀具、托盘及AGV等Agent的协商获得加工条件等等。