智能制造 的定義和內(nèi)涵

智能制造系統(tǒng)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，MES系統(tǒng)?它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它對制造自動化的概念進行了更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化?！爸悄苤圃靽H合作研究計劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個制造過程中貫穿智能活動，并將這種智能活動與智能機器有機融合，將整個制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進生產(chǎn)系統(tǒng)?！?/p>

與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造具有如下特征。

1、自律能力：

智能制造過程具有能感知與理解環(huán)境信息和自身信息，并進行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。具有自律能力的設(shè)備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現(xiàn)出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協(xié)調(diào)運作與競爭。 值得注意的是，強有力的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎(chǔ)。

2、人機一體化：

目前IMS不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機一體化智能系統(tǒng)，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感(頓悟)思維。 它能夠獨立承擔(dān)起分析、判斷、決策等任務(wù)。 人機一體化智能系統(tǒng)在智能機器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能，使人機之間表現(xiàn)出一種平等共事、相互“理解”、相互協(xié)作的關(guān)系。

因此，在智能制造系統(tǒng)中，高素質(zhì)、高智能的人將發(fā)揮更好的作用，機器智能和人的智能將真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。

3、虛擬現(xiàn)實技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是實現(xiàn)虛擬制造的支持技術(shù)，也是實現(xiàn)高水平人機一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以計算機為基礎(chǔ)，融信號處理、動畫技術(shù)、智能推理、預(yù)測、仿真和多媒體技術(shù)為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現(xiàn)實生活中的各種過程、物件等，因而也能擬實制造過程和未來的產(chǎn)品，從感官和視覺上使人獲得完全如同真實的感受，但其特點是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機結(jié)合的新一代智能界面，是智能制造的一個顯著特征。

4、自組織和超柔性：

自組織和超柔性是指智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠依據(jù)工作任務(wù)的需要，自行組成一種最佳結(jié)構(gòu)，其柔性不僅表現(xiàn)在運行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。

5、學(xué)習(xí)能力與自我維護能力：

智能制造系統(tǒng)能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學(xué)習(xí)功能，同時，在運行過程中自行進行故障診斷，并具備對故障自行排除、自行維護的能力。這種特征使智能制造系統(tǒng)能夠自我優(yōu)化并適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。智能制造對于不同的行業(yè)其需求是不同的。

2、流程工業(yè)智能工廠

最近幾年歐美國家針對流程工業(yè)提出了“智能工廠”的概念。流程工業(yè)智能工廠由商業(yè)智能、運營智能、操作智能三個層次組成，如圖2所示。 圖2 流程工業(yè)智能工廠

3、離散制造業(yè)智能工廠

離散制造業(yè)與流程工業(yè)相比較，首先在底層制造環(huán)節(jié)由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對制造裝備的智能化要求很高，投資很大。與原材料工業(yè)相比較，離散制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)、家電、消費電子等產(chǎn)品大都要求產(chǎn)品智能化，設(shè)計智能。圖3給出離散制造業(yè)智能工廠的框架。

在信息物理融合系統(tǒng)的CPS的支持下，構(gòu)建智能制造、智能經(jīng)營、智能設(shè)計、智能產(chǎn)品、智能決策五大系統(tǒng)。要做到縱向、橫向和端到端的集成首先要有一系列的標準的支持，信息安全的保障。

1、信息物理融合系統(tǒng)CPS：

通過物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)將制造業(yè)企業(yè)設(shè)施、設(shè)備、組織、人互通互聯(lián)，集計算機、通訊系統(tǒng)、感知系統(tǒng)為一體，實現(xiàn)對物理世界安全、可靠、實時、協(xié)同感知和控制。對物理世界實現(xiàn)“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”。 如圖4所示。

2、智能設(shè)計：

應(yīng)用CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術(shù)，在設(shè)計知識庫、專家系統(tǒng)的支持下進行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。在虛擬環(huán)境下設(shè)計出數(shù)字化樣機，對其結(jié)構(gòu)、性能、功能進行模擬仿真，優(yōu)化設(shè)計，實驗驗證。支持并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計。在工藝知識庫的支持下進行工藝設(shè)計、工藝過程模擬仿真。最大限度縮短產(chǎn)品設(shè)計、試制周期，快速響應(yīng)客戶需求，提高產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新能力。

3、智能產(chǎn)品：

智能產(chǎn)品要具有感知、分析、推理、決策、控制功能。具有信息存儲、傳感、無線通信功能，進入物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程服務(wù)。它是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。如智能加工中心、自適應(yīng)數(shù)控機床、自動駕駛汽車、智能儀表。

4、智能經(jīng)營：

在物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)支持下的整個價值鏈上從客戶需求、產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、智能制造、進出廠物流、生產(chǎn)物流等全過程的協(xié)同供應(yīng)鏈的優(yōu)化和管理，使得任何客戶的需求、變動、設(shè)計的更改，在整個供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)中快速傳播，及時響應(yīng)。 制造服務(wù)全過程的管理。著眼于產(chǎn)品全生命周期，從用戶需求、設(shè)計制造、賣方信貸、產(chǎn)品租賃、售后服務(wù)、直至回收再利用全過程的管理和服務(wù)。在上述全流程過程中的契約、協(xié)議、交易、法律、互聯(lián)網(wǎng)金融的支持。全價值鏈上資源優(yōu)化利用，意外的處置，生產(chǎn)安全、信息安全、綠色環(huán)保等一系列的保障措施。

5、智能制造：

使用智能裝備、智能物流、制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)整個生產(chǎn)制造過程的優(yōu)化控制、智能調(diào)度、生產(chǎn)及設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量管理、車間績效等。對生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量的異常作出正確的判斷和處置。實現(xiàn)制造執(zhí)行與運營管理、研發(fā)設(shè)計、智能裝備的集成。實現(xiàn)設(shè)計制造一體化，管控一體化。

6、智能決策：

在智能工廠的環(huán)境下，將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，用大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)，進行建模、數(shù)據(jù)抽取、分析使企業(yè)的各級決策者獲得知識或洞察力，促使他們做出對企業(yè)更有利的決策。提高決策的遇見性和準確性。對于工業(yè)企業(yè)大數(shù)據(jù)的開發(fā)利用可以用于市場和客戶的分析，爭取、發(fā)展和留住客戶;優(yōu)化企業(yè)運營，使資源利用最大化，降低成本;全面了解、深入洞察和控制財務(wù)風(fēng)險;創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)模式等。

智能制造之路

對于一個制造業(yè)企業(yè)特別是離散制造業(yè)企業(yè)，要全面實現(xiàn)智能化是一個浩大的工程。需要大量的資金，人力資源的投入，絕不是一蹴而就的事。正如“中國制造2025”的規(guī)劃，要用第一個十年進入世界第二方陣，第二個十年進入第一方陣，第三個十年完成中國從制造大國向制造強國的轉(zhuǎn)變，在制造業(yè)的主要領(lǐng)域我們要具有創(chuàng)新引領(lǐng)的能力和明顯的競爭優(yōu)勢，建成全球領(lǐng)先的技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)體系。這是中國制造2025的愿景和目標，也應(yīng)該成為每一個企業(yè)的愿景和目標。這樣一個宏偉的目標不是短時間能完成的。所以我們一定要總體規(guī)劃，分步實施，重點突破，效益為先的方針。

1、總體規(guī)劃，分步實施

建設(shè)智能制造系統(tǒng)，智能工廠是一項長期、艱巨、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須按照“總體規(guī)劃，分步實施，重點突破，效益為先”的原則進行規(guī)劃。首先要將其納入企業(yè)的長期發(fā)展戰(zhàn)略，5-10年企業(yè)發(fā)展愿景是什么，我們要成為什么樣的企業(yè)，在國內(nèi)和國際上我們在某一特定領(lǐng)域占有什么位置。制定企業(yè)長遠發(fā)展的戰(zhàn)略目標，抓住獲取企業(yè)核心競爭能力這條主線，從而知道我們需要創(chuàng)新研發(fā)什么樣的產(chǎn)品，什么樣的制造技術(shù)，什么樣的經(jīng)營模式，什么樣的服務(wù)。在這樣清晰的戰(zhàn)略目標指引下制定總體規(guī)劃，分析制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸，排出先后順序，制定分階段的目標和內(nèi)容。

2、抓住獲取企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心競爭能力這條主線

什么是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心競爭能力，能為客戶創(chuàng)造高的價值，超越競爭對手，很難復(fù)制和模仿的競爭能力。降價競爭從來不可能獲得可持續(xù)競爭優(yōu)勢，引進一項新技術(shù)或新產(chǎn)品獲得的競爭優(yōu)勢并不是可持續(xù)的。擁抱互聯(lián)網(wǎng)，走智能制造的路，逐步實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計智能化、產(chǎn)品智能化、經(jīng)營管理智能化、制造智能化、服務(wù)智能化、決策智能化，這是制造業(yè)的發(fā)展方向。

3、智能制造也要進行投資效益分析

建設(shè)一個自動化、智能化的工廠是要花費大量資金的，為了智能化而智能化，不進行投資效益分析是不行的。中國勞動力成本是在逐年上升，但是與發(fā)達國家比較仍然是低的，在企業(yè)的若干生產(chǎn)活動中仍然有許多活動用人比用機器更合理、更便宜。要首先選擇那些質(zhì)量、效益、安全綜合效益好的環(huán)節(jié)實施智能化，不要盲目追求全盤自動化、智能化。企業(yè)要結(jié)合自身的情況、所處的發(fā)展階段、技術(shù)水平、經(jīng)濟實力，量力而行。二十多年前一個863/CIMS示范企業(yè)盲目追求制造自動化，向銀行貸款大筆資金，背上沉重的負債，企業(yè)從此一蹶不振，這是一個沉重痛的教訓(xùn)。所以搞智能制造也要進行投資效益分析。

4、發(fā)揮企業(yè)的主體作用

隨著新一輪工業(yè)革命的興起，國家實施“中國制造2025”，“智能制造試點示范專項行動”，“互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新”等項目相繼開展，這是非常重要的。政府組織、引導(dǎo)、鼓勵企業(yè)走新型工業(yè)化的道路。但是一定要堅持市場主導(dǎo)，企業(yè)為主體的思想，企業(yè)對投資效益負責(zé)。