智能制造系统的关键技术

1 概述

    智能制造系统(Intelligent Manufacturing Svstem-IMS)是一种智能化的制造系统，是由智能机器和人类专家结合而成的人机一体化的智能系统、它将智能技术融合进制造系统的各个环节，通过模拟人类的智能活动，取代人类专家的部分智能活动，使系统具有智能特征。

    信息时代和知识经济时代的到来，使得市场竞争日益激烈，市场的需求也发生了巨大变化，主要表现在以下几个方面：

    ①信息量的爆炸使信息的处理趋于困难，靠传统的处理方法已无法完成。

    ②市场的激烈竞争使决策的正确与否成为企业的关键问题，这就要求人类专家不能出现任何的失误，因此、要求集合尽可能多的专家的知识和经验进行决策。

    ③有些环境非常恶劣的场合，人们已无法在其中工作，需要用带有智能的机器来完成。

    ④专业性人才的缺乏，极大地制约了企业的发展，同时由于人类的记忆是有限的，并且后天的记忆会随时间的推移而减退，因此，把人类的知识记录下来，建成知识库，供全面的决策支持很有必要。

    智能制造系统是适应市场需求变化的产物。

2 智能制造系统的发展

    早在20世纪80年代，美国人就提出了智能制造系统的概念。美国许多大学多年来积极从事这项研究，并取得了一定成果。欧洲各国的起步不比美国晚，并且欧盟为此制定了跨国的高技术研究计划，其主要内容就是智能制造，20世纪80年代末期，由日本东京大学倡导建立一个由日本、美国和西欧各国共同参加的智能制造系统研究中心，并于1995年开始实施，其主要的研究内容包括IMS结构系统化和标准化的原理与方法、IMS信息的通讯网络、用于IMS的最佳生产和控制设备、IMS对社会环境以及人文的影响、新型材料的研究与开发等5个方面。

    正是由于这种联合性的研究开发机制的产生，推动了世界性生产组织形式的变革，虚拟公司就是在这种理念下诞生的一种组织模式。从此宣告“院落式”工厂将成为过去。

3 智能制造系统的关键技术

    理论上智能制造系统与人类的知识积累密切相关，归纳起来包括以下几个方面：

    ①知识库的建立  人类的发展过程是知识发展和积累的过程，几千年的发展有很多经验和教训，整理归纳后可建立较完整的知识库，从而使人们在生产中少走了许多弯路，使决策更加准确。

    ②带替人类工作的机器人的研究  加工业的发展过程是人类从繁重劳动中解脱出来的过程。许多环境恶劣的工作需要有机器来代替。

    ③能代替人类思考一些问题的智能系统  人类发展过程中，起先脑力劳动不为社会认可。当人类认识到知识的重要性时，许多历史的经验已被人们所忘却，致使许多的历史遗迹至今无法解释。计算机技术的发展，尤其是其强大的计算能力，完全可以代替人们进行分析、比较。

    鉴于上述情况，我们认为智能制造系统的关键技术应包括以下内容：

    (1)智能设计  工程设计中，概念设计和工艺设计是大量专家的创造性思维，需要分析、判断和决策。把大量的经验总结、分析，如果靠人们手工来进行，将需要很长的时间。把专家系统引入设计领域，将使人们从繁重的劳动中解脱出来。目前在CAD/CAPP/CAM领域中应用专家系统已取得了一定进展，但仍未发挥出其全部能力。

    (2)智能机器人  机器人技术虽然已经过许多年的发展，但仍然仅限于代替人们的劳动技能。一种是固定式机器人，可用于焊接、装配、喷漆、上下料，它其实就是一种机械手；另一种可以自由移动的机器人仍需人们的操作和控制。智能机器人应具备以下功能特性：视觉功能，机器人能借助其自身所带工业摄像机，象“人眼”一样观察；听觉功能，机器人的听觉功能实际上是话筒，能将人们发出的指令，变成计算机接受的电信号，从而控制机器人的动作；触觉功能，就是机器人带有各种传感器；语音功能，就是机器人可以和人们对话；分析判断功能（理解功能），机器人在接受指令后，可以通过对知识库中的资料进行分析、判断；推理，自动找出最佳的工作方案，作出正确的决策。

    (3)智能诊断  除了计算机的自诊断功能（包括开机诊断和在线诊断）外，还可以进行故障分析，原因查找和故障的自动排除，保证系统在无人的状态下正常工作。

    (4)自适应功能  制造系统在工作过程中，由于影响因素很多，如材料的材质、加工余量的不均匀、环境的变化等，都会对加工带来影响。由于目前人们仍是依靠经验来控制系统，所以加工时就不可能达到最佳状态，产品的质量就很难提高。要实现自适应功能，在线的自动检测和自动调整是关键技术。

    (5)智能管理系统  加工过程仅是企业运行的一部分，产品的发展规划、市场调研分析、生产过程的平衡、材料的采购、产品的销售、售后服务，甚至整个产品的生命周期，都属于管理的范畴。需求趋向于个性化、多样化，市场小批量、多品种占主导地位，因此，智能管理系统应具备：对生产过程的自动调度，信息的收集、整理与反馈以及企业的各种情况的资料库等。

    总之，人工智能是不可避免的发展趋势，有着非常广泛的发展前景。