智能制造系统

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智能制造技术与系统的应用研究

作者：陈建 李秀丽 朱健

来源：《世界家苑·学术》2016年第08期

摘要：当今社会随着科技的发展和经济的繁荣，人民生活水平不断在提高，越来越多的高科技的智能制造技术应用到人民生活中的各个领域中。现阶段，智能技术、自动化技术、信息技术在社会各个领域都应用广泛。这些智能制造技术应用在人们的生活中不仅会使人们的生活变得越来越方便，而且还会使人们的生活水平和效率大大提高。在工业生产中运用智能制造技术不仅降低了劳动强度，降低了生产成本，而且还大大提高了生产效率和产品的质量，从而提高了生产效益。目前国内重工业生产效率的提高就是这些智能制造技术广泛投入到工业生产中的体现。下面将对当今社会智能制造技术与系统的应用研究展开分析。

关键词：智能制造；工业生产；技术与系统；发展方向

1智能制造技术与系统定义及特点

可以看到目前社会，科学技术无疑是第一生产力。智能制造技术就是科学技术的重要组成部分，智能制造技术在工业生产中将扮演者重要角色，将会促使全球制造业往更高更快方向发展。在世界上的任何国家中，制造业都占据着举足轻重的地位，是推动国家发展和经济繁荣的最关键力量。一个国家制造业的发展水平往往决定着一个国家在世界上占据的地位，是一个国家综合国力的重要体现。迄今为止，制造业经历了一个漫长而又复杂的过程，从一开始的集体生产手工制作，到后来的机械化人工控制操作，到目前的无人化与智能化生产。在这样复杂而又漫长的过程，智能制造技术与系统改变制造业的一个最重要特点就是解放人的同时还提高了生产效率。这就突出显示了智能制造技术在工业生产中的重要性。智能制造技术与系统在原有的传感技术、电子通信技术、网络计算机技术，电子机器人等先进技术的基础上，再加上智能化技术与智能制造技术与系统来高效的完场制造。它是多种高科技设备完美融合的结晶产物。智能制造技术与系统包括许多高科技的子系统，其中最重要的就是计算机系统。智能制造技术的完美发挥需要各个子系统间的密切联系与合作。在我国的工业生产中，人们没有对智能制造技术与系统的正确认识，导致智能制造技术在我国工业生产中没有普遍实行。所以，目前在全国范围内大力推广智能制造技术与系统是我们的首要任务。

支持智能制造的智能物流系统建设

在智能制造的框架内，智能物流将建立在互联网、物联网(IoT)、信息物理系统(CPS)、大数据等技术基础之上，以物流系统实时透明和离散智能控制为目标，实现与工业4.0的技术对接。它旨在智能连接与集成企业内外部全部的物流流程，最终实现物流网络全透明与离散式的实时控制。本文简要阐述了智能制造下的智能物流系统组成、相关技术发展，最后探讨了智能物流落地面临的挑战与应对策略。

在工业4.0时代，生产制造活动的发起点不再是制造企业，而是最终用户。整个价值链由过去企业推动的模式转变为用户拉动的模式，即一切生产经营的出发点变成了最终用户。用户的需求变得更加个性化、高端化，讲究参与感与快速响应。制造企业需要有能力使用户参与到产品设计中，根据用户需求进行生产。这就是所谓的大规模定制模式，即，由用户来决定企业生产什么、生产多少，此外还必须控制在较低的成本下。

在这种新的生产模式下，首先受到冲击的其实正是制造企业的物流部分。为了满足用户定制化、快速响应等要求，需要物料配送模式更具有高柔性的自动化，具有根据订单做出快速响应的能力。这也就是为什么在研究智能制造的时候，必须重点研究智能物流的原因。

一、智能制造对智能物流提出的要求

在智能制造时代，大规模定制的需求对智能物流系统提出了很多全新的要求。例如，在汽车行业，过去消费者可选购的车型很少，而现在不仅各大品牌车型多样化，更实质性的进步是消费者可对零部件种类做出更多选择;尤其是当零部件数量呈爆炸式增长后，各种配置总和可达到10的32次方，这意味着在一个月甚至更长时间内，一条生产线不会下线两辆相同的车型。为了支持这种生产模式，要求智能制造体系中的智能物流系统必须满足全流程数字化、网络化、高柔性的自动化和智能化的要求。

1.全流程数字化

在未来智能制造的框架内，智能物流系统能够智能地连接与集成企业内外部的全部物流流程，实现物流网络的全透明与离散式的实时控制，而实现这一目标的核心在于数字化。只有做到全流程数字化，才能使物流系统具有智能化的功能。

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。

智能制造系统设计要点

摘要：“两化融合”是摆在制造业产业升级面前必须解决的问题。本文从规划设计的角度介绍了在设计建设智能制造系统的着手点，以硬件为基础，构建智能制造的基础应用平台，为制造业信息化提供良好应用平台。

关键词：智能制造设备联网环控

1.智能制造概况

智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。

智能制造集成应用系统由计算机系统、车间物联网系统、数据中心、生产指挥中心、生产数据交换应用平台及数字化车间系统集成等六部分组成。其中车间物联网系统可分为生产物联网与环境监控物联网两部分，生产物联网包括：数控机床联网系统、人机交互界面、现有机床改造、能源管控及设备管理、生产网络无线覆盖、看板管理、生产过程实时监控、电子标签技术应用；环境物联网包括：空气悬浮颗粒物监测、噪声监测、有害气体监测。

2.车间物联网

车间物联网是指的是将车间现场的末端设备和设施，包括具备“内在智能”的传感器、智能仪表、移动终端、数控设备、视频监控系统等和“外在使能”的如贴上电子标签的各种物料及工位等智能化物件，通过各种无线或有线的长距离或短距离通讯网络实现互联互通、应用集成等模式，在企业局域网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面等管理和服务功能，实现对“企业资源”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。车间物联网又细分为服务于生产管理的生产监控物联网和服务于职业健康卫生的环境监控物联网。

2.1生产物联网

2.1.1数控机床联网系统

数控机床联网系统主要包括：网络服务器、局域网、CAD/CAM计算机、管理系统、联网系统主控机、远程通讯接口、通讯电缆、数控机床等。