智能制造

智能制造簡(jiǎn)介

　　智能制造源于人工智能的研究。一般認(rèn)為智能是知識(shí)和智力的總和，前者是智能的基礎(chǔ)，后者是指獲取和運(yùn)用知識(shí)求解的能力。智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)不僅能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，而且還具有自學(xué)習(xí)功能，還有搜集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。

　　智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）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(guò)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(guò)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(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。談起智能制造，首先應(yīng)介紹日本在1990年4月所倡導(dǎo)的“智能制造系統(tǒng)IMS”國(guó)際合作研究計(jì)劃。許多發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐洲共同體、加拿大、澳大利亞等參加了該項(xiàng)計(jì)劃。該計(jì)劃共計(jì)劃投資10億美元，對(duì)100個(gè)項(xiàng)目實(shí)施前期科研計(jì)劃。毫無(wú)疑問(wèn)，智能化是制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。在制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計(jì)，工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，生產(chǎn)調(diào)度，故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問(wèn)題。但同樣顯然的是，要在企業(yè)制造的全過(guò)程中全部實(shí)現(xiàn)智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠(yuǎn)的將來(lái)。

智能制造百科

　　智能制造源于人工智能的研究。一般認(rèn)為智能是知識(shí)和智力的總和，前者是智能的基礎(chǔ)，后者是指獲取和運(yùn)用知識(shí)求解的能力。智能制造應(yīng)當(dāng)包含智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)不僅能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，而且還具有自學(xué)習(xí)功能，還有搜集與理解環(huán)境信息和自身的信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。

　　智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）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(guò)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(guò)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(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。談起智能制造，首先應(yīng)介紹日本在1990年4月所倡導(dǎo)的“智能制造系統(tǒng)IMS”國(guó)際合作研究計(jì)劃。許多發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐洲共同體、加拿大、澳大利亞等參加了該項(xiàng)計(jì)劃。該計(jì)劃共計(jì)劃投資10億美元，對(duì)100個(gè)項(xiàng)目實(shí)施前期科研計(jì)劃。毫無(wú)疑問(wèn)，智能化是制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。在制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計(jì)，工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，生產(chǎn)調(diào)度，故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問(wèn)題。但同樣顯然的是，要在企業(yè)制造的全過(guò)程中全部實(shí)現(xiàn)智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠(yuǎn)的將來(lái)。有人甚至提出這樣的問(wèn)題，下個(gè)世紀(jì)會(huì)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化嗎？而如果只是在企業(yè)的某個(gè)局部環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化，而又無(wú)法保證全局的優(yōu)化，則這種智能化的意義是有限的。［1］ 2015年9月10日，工業(yè)和信息化部公布2015年智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目名單，46個(gè)項(xiàng)目入圍。這些項(xiàng)目包括沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司申報(bào)的智能機(jī)床試點(diǎn)、北京航天智造科技發(fā)展有限公司申報(bào)的航天產(chǎn)品智慧云制造試點(diǎn)、中化化肥有限公司申報(bào)的化肥智能制造及服務(wù)試點(diǎn)等。46個(gè)試點(diǎn)示范項(xiàng)目覆蓋了38個(gè)行業(yè)，分布在21個(gè)省，涉及流程制造、離散制造、智能裝備和產(chǎn)品、智能制造新業(yè)態(tài)新模式、智能化管理、智能服務(wù)等6個(gè)類別，體現(xiàn)了行業(yè)、區(qū)域覆蓋面和較強(qiáng)的示范性。沈陽(yáng)機(jī)床也是本次金屬切削機(jī)床行業(yè)中入選的企業(yè)。［1-6］ 工信部在2015年啟動(dòng)實(shí)施“智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)”，主要是直接切入制造活動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分調(diào)動(dòng)企業(yè)的積極性，注重試點(diǎn)示范項(xiàng)目的成長(zhǎng)性，通過(guò)點(diǎn)上突破，形成有效的經(jīng)驗(yàn)與模式，在制造業(yè)各個(gè)領(lǐng)域加以推廣與應(yīng)用。工信部部長(zhǎng)苗圩在會(huì)議上表示，智能制造日益成為未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢(shì)和核心內(nèi)容，也是加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)工業(yè)向中高端邁進(jìn)、建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的重要舉措，也是新常態(tài)下打造新的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必然選擇。而推進(jìn)智能制造是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，也是一件新生事物，這需要一個(gè)不斷探索、試錯(cuò)的過(guò)程，難以一蹴而就，更不能急于求成。為此，“要用好試點(diǎn)示范這個(gè)重要抓手。

　　DNC

　　DNC早期只是作為解決數(shù)控設(shè)備通訊的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，隨著客戶的不斷發(fā)展和成長(zhǎng)，僅僅解決設(shè)備聯(lián)網(wǎng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代制造企業(yè)的需求。早在90年代初，美國(guó)Predator Software INC就賦予DNC更廣闊的內(nèi)涵—生產(chǎn)設(shè)備和工位智能化聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，這也是全球范圍內(nèi)最早且使用最成熟的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)——車間內(nèi)“物聯(lián)網(wǎng)”，這也使得DNC成為離散制造業(yè)MES系統(tǒng)必備的底層平臺(tái)。DNC必須能夠承載更多的信息。同時(shí)DNC系統(tǒng)必須能有效的結(jié)合先進(jìn)的數(shù)字化的數(shù)據(jù)錄入或讀出技術(shù)，如條碼技術(shù)、射頻技術(shù)、觸屏技術(shù)等，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工位數(shù)字化

　　Predator DNC系統(tǒng)的基本功能既是使用1臺(tái)服務(wù)器，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)控設(shè)備進(jìn)行集中智能化聯(lián)網(wǎng)管理（已能在64位機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)4096臺(tái)設(shè)備集中聯(lián)網(wǎng)管理）。所有程序編程人員可以在自己的PC上進(jìn)行編程，并上傳至DNC服務(wù)器指定的目錄下，而后現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作者即可通過(guò)設(shè)備CNC控制器發(fā)送“下載（LOAD）”指令，從服務(wù)器中下載所需的程序，待程序加工完畢后再通過(guò)DNC網(wǎng)絡(luò)回傳至服務(wù)器中，由程序管理員或工藝人員進(jìn)行比較或歸檔。這種方式首先大大減少了數(shù)控程序的準(zhǔn)備時(shí)間，消除［7］ 了人員在工藝室與設(shè)備端的奔波，并且可完全確保程序的完整性和可靠性，消除了很多人為導(dǎo)致的“失誤”，最重要的是通過(guò)這套成熟的系統(tǒng)，將企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所使用的所有NC程序都能合理有效的集中管理起來(lái)

　　基本原理

　　智能制造的基本原理

　　從智能制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征出發(fā)，在分布式制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，根據(jù)分布式集成的基本思想，應(yīng)用分布式人工智能中多Agent系統(tǒng)的理論與方法，實(shí)現(xiàn)制造單元的柔性智能化與基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)柔性智能化集成。根據(jù)分布系統(tǒng)的同構(gòu)特征，在智能制造系統(tǒng)的一種局域?qū)崿F(xiàn)形式基礎(chǔ)上，實(shí)際也反映了基于Internet的全球制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能制造系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模式。

　　分布式網(wǎng)絡(luò)化的基本構(gòu)思

　　智能制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征是個(gè)體制造單元的“自主性”與系統(tǒng)整體的“自組織能力”，其基本格局是分布式多自主體智能系統(tǒng)?；谶@一思想，同時(shí)考慮基于Internet的全球制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以提出適用于中小企業(yè)單位的分布式網(wǎng)絡(luò)化IMS的基本構(gòu)架。一方面通過(guò)Agent賦予各制造單元以自主權(quán)，使其自治獨(dú)立、功能完善；另一方面，通過(guò)Agent之間的協(xié)同與合作，賦予系統(tǒng)自組織能力?；谝陨蠘?gòu)架，結(jié)合數(shù)控加工系統(tǒng)，開發(fā)分布式網(wǎng)絡(luò)化原型系統(tǒng)相應(yīng)的可由系統(tǒng)經(jīng)理、任務(wù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)者等四個(gè)結(jié)點(diǎn)組成。系統(tǒng)經(jīng)理結(jié)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和系統(tǒng)Agent兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)管理整個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，可供原型系統(tǒng)中獲得權(quán)限的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢、讀取，存儲(chǔ)和檢索等操作，并為各結(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與共享提供一個(gè)公共場(chǎng)所，系統(tǒng)Agent則負(fù)責(zé)該系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)與外部的交互，通過(guò)Web服務(wù)器在Internet上發(fā)布該系統(tǒng)的主頁(yè)，網(wǎng)上用戶可以通過(guò)訪問(wèn)主頁(yè)獲得系統(tǒng)的有關(guān)信息，并根據(jù)自己的需求，以決定是否由該系統(tǒng)來(lái)滿足這些需求，系統(tǒng)Agent還負(fù)責(zé)監(jiān)視該原型系統(tǒng)上各個(gè)結(jié)點(diǎn)間的交互活動(dòng)，如記錄和實(shí)時(shí)顯示結(jié)點(diǎn)間發(fā)送和接受消息的情況、任務(wù)的執(zhí)行情況等。任務(wù)規(guī)劃結(jié)點(diǎn)由任務(wù)經(jīng)理和它的代理（任務(wù)經(jīng)理Agent）組成，其主要功能是對(duì)從網(wǎng)上獲取的任務(wù)進(jìn)行規(guī)劃，分解成若干子任務(wù)，然后通過(guò)招標(biāo)——投標(biāo)的方式將這些任務(wù)分配個(gè)各個(gè)結(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)結(jié)點(diǎn)由CAD工具和它的代理（設(shè)計(jì)Agent）組成，它提供一個(gè)良好的人機(jī)界面以使設(shè)計(jì)人員能有效地和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。CAD工具用于幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)用戶要求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)；而設(shè)計(jì)Agent則負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)、取消注冊(cè)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、與其他結(jié)點(diǎn)的交互、決定是否接受設(shè)計(jì)任務(wù)和向任務(wù)發(fā)送者提交任務(wù)等事務(wù)。生產(chǎn)者結(jié)點(diǎn)實(shí)際是該項(xiàng)目研究開發(fā)的一個(gè)智能制造系統(tǒng)（智能制造單元），包括加工中心和它的網(wǎng)絡(luò)代理（機(jī)床Agent）。該加工中心配置了智能自適應(yīng)。該數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)智能控制器控制加工過(guò)程，以充分發(fā)揮自動(dòng)化加工設(shè)備的加工潛力，提高加工效率；具有一定的自診斷和自修復(fù)能力，以提高加工設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性；具有和外部環(huán)境交互的能力；具有開放式的體系結(jié)構(gòu)以支持系統(tǒng)集成和擴(kuò)展。

　　什么是智能制造？如何發(fā)展？

　　智能制造的核心是什么？

　　傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)在前三次工業(yè)革命中主要圍繞著它的五個(gè)核心要素進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，它包含了：

　　Material——材料，包括特性和功能等

　　Machine——機(jī)器，包括精度、自動(dòng)化、和生產(chǎn)能力等

　　Methods——方法，包括工藝、效率、和產(chǎn)能等

　　Measurement——測(cè)量，包括六西格瑪、傳感器監(jiān)測(cè)等

　　Maintenance——維護(hù)，包括使用率、故障率、和運(yùn)維成本等

　　這些改善活動(dòng)都是圍繞著人的經(jīng)驗(yàn)開展的，人是駕馭這5個(gè)要素的核心。生產(chǎn)系統(tǒng)在技術(shù)上無(wú)論如何進(jìn)步，運(yùn)行邏輯始終是：發(fā)生問(wèn)題-》人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析問(wèn)題-》人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整5個(gè)要素-》解決問(wèn)題-》人積累經(jīng)驗(yàn)。

　　而智能制造系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)最重要的要素在于第6個(gè)M，也就是建模（Modeling——數(shù)據(jù)和知識(shí)建模，包括監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、優(yōu)化和防范等），并且通過(guò)這第6個(gè)M來(lái)驅(qū)動(dòng)其他5個(gè)M的要素，從而解決和避免制造系統(tǒng)的問(wèn)題。

　　因此，智能制造運(yùn)行的邏輯是：發(fā)生問(wèn)題-》模型（或在人的幫助下）分析問(wèn)題-》模型調(diào)整5個(gè)要素-》解決問(wèn)題-》模型積累經(jīng)驗(yàn)，并分析問(wèn)題的根源-》模型調(diào)整5個(gè)要素-》避免問(wèn)題。智能制造所要解決的核心問(wèn)題是知識(shí)的產(chǎn)生與傳承過(guò)程。

　　2、對(duì)“智能制造”理解的三大誤區(qū)

　　1）智能制造=自動(dòng)化？

　　自動(dòng)化不是智能制造，自動(dòng)化是制造領(lǐng)域里解決一次性和質(zhì)量偏差的手段，其中包含標(biāo)準(zhǔn)化和合理化的觀念，自動(dòng)化是一個(gè)過(guò)濾器而不是一個(gè)目標(biāo)。

　　2）3D打印=智能制造？

　　智能制造必須滿足三個(gè)特性，即可預(yù)測(cè)性（Predictability），可加工性 （Producibility）， 生產(chǎn)力提升性（Productivity），所以說(shuō)3D打印技術(shù)是一種新型制造技術(shù)，而不算是智能制造。

　　3）只是簡(jiǎn)單的加上物聯(lián)網(wǎng)=智能制造？

　　目前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”，尤其是云概念存在誤區(qū)，他們認(rèn)為只要加上物聯(lián)網(wǎng)，把機(jī)器在云上和互聯(lián)網(wǎng)中連接起來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化制造的目標(biāo)，這種行為就好比穿了名牌就代表是名人了，其實(shí)內(nèi)在的核心制造能力并沒有提升。

　　Tips：一個(gè)制造系統(tǒng)是否能夠被稱為智能，主要判斷其是否具備以下兩個(gè)特征：

　　1） 是否能夠?qū)W習(xí)人的經(jīng)驗(yàn)，從而替代人來(lái)分析問(wèn)題和形成決策；

　　2） 能否從新的問(wèn)題中積累經(jīng)驗(yàn)，從而避免問(wèn)題的再次發(fā)生。

　　如何發(fā)展智能制造？

　　1、中國(guó)制造現(xiàn)階段存在的問(wèn)題

　　第一，中國(guó)制造不應(yīng)該再停留在人力或工廠領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)的一些制造企業(yè)目前還只是停留在工廠進(jìn)行加工生產(chǎn)，而不是開發(fā)技術(shù)，那么即使行業(yè)做得再大，關(guān)鍵零部件仍要依靠進(jìn)口。

　　第二，中國(guó)制造不應(yīng)該再把貼牌當(dāng)作是一種正常的模式。貼牌生產(chǎn)并不能代表企業(yè)強(qiáng)大與否，因?yàn)槠髽I(yè)基礎(chǔ)零部件基本上全部靠進(jìn)口，基礎(chǔ)工藝全部靠照搬。

　　制造追求的是對(duì)工藝的卓越性，從手工制造、到機(jī)器制造、到軟件集成，到最后的未來(lái)數(shù)字化制造--讓全世界幫我們制造，而不是我們幫別人生產(chǎn)，才是制造的智慧，才是中國(guó)制造應(yīng)該具備的智慧。

　　2、如何實(shí)現(xiàn)智能制造？

　　要實(shí)現(xiàn)智能制造，首先要解決智能維護(hù)這個(gè)大問(wèn)題，再做智能預(yù)測(cè)，最后做到無(wú)憂系統(tǒng)與大價(jià)值。具體來(lái)看分為以下幾個(gè)階段：

　　第一階段，全員生產(chǎn)系統(tǒng)。這個(gè)是日本提出來(lái)的。應(yīng)該是七八十年代整個(gè)制造系統(tǒng)當(dāng)中引以為核心的標(biāo)準(zhǔn)。這種固化在了組織和對(duì)人培訓(xùn)方面。

　　第二階段，精益制造和6-Sigma。它的核心價(jià)值是如何以數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)建立管理體系，在這個(gè)基從礎(chǔ)下面包括質(zhì)量管理體系、產(chǎn)品全生命周期管理體系等等。這個(gè)時(shí)候數(shù)據(jù)真正在制造使用過(guò)程中發(fā)揮作用。

　　第三階段，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性建模分析。目前處于轉(zhuǎn)型的最重要時(shí)期，我們還沒有完全到達(dá)第三個(gè)階段。以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性建模分析，指的是怎么把隱性的問(wèn)題顯性化，顯性化之后解決隱性的問(wèn)題，避免顯性問(wèn)題的發(fā)生。

　　第四階段，以預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的資源有效性運(yùn)營(yíng)決策優(yōu)化。對(duì)于過(guò)去產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)性都能夠建模之后，怎么根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)、環(huán)境、人員多方要素變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

　　第五階段，“信息-物理”系統(tǒng)。我們認(rèn)為它是建立在對(duì)于所有設(shè)備本身運(yùn)行的環(huán)境、活動(dòng)目標(biāo)非常精確建?；A(chǔ)上，這個(gè)時(shí)候我們產(chǎn)生知識(shí)的應(yīng)用和傳承問(wèn)題。