智能制造概述

智能制造产生的背景

    制造业是国民经济的基础工业部门，是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业发展的历程来看，经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言，大体上每十年上一个台阶：50～60年代是单机数控，70年代以后则是CNC机床及由它们组成的自动化岛，80年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时，出现了计算机集成制造，但与实用化相距甚远。随着计算机的问世与发展，机械制造大体沿两条路线发展：一是传统制造技术的发展，二是借助计算机和自动化科学的制造技术与系统的发展。80年代以来，传统制造技术得到了不同程度的发展，但存在着很多问题。先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战，传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们借助现代的工具和方法，利用各学科最新研究成果，通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术，发展一种新型的制造技术与系统，这便是智能制造技术与智能制造系统。

智能制造的概念

    智能制造应当包含智能制造技术(IMT)和智能制造系统(IMS)。

    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。

智能制造技术的支撑技术

    人工智能技术

    IMT的目标是利用计算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。因此，IMS离不开人工智能技术。IMS的智能水平的提高依赖于人工智能技术的发展。当然，由于人类大脑活动思维的复杂性，人们对其的认识还很片面，人工智能技术目前尚处于低级阶段。目前IMS中的智能主要是人(各专业领域专家)的智能，人工智能技术在机械制造领域中的应用涉及市场分析、产品设计、生产规划、过程控制、质量管理、材料处理、设备维护等诸方面。结果是开发出了种类繁多的面向特定领域的独立的专家系统、基于知识的系统或智能辅助系统，形成一系列的“智能化孤岛”。随着研究与应用的深入，人们逐渐认识到，未来的制造自动化应是高度集成化与智能化的人—机系统的有机融合，制造自动化程度的进一步提高要依赖于整个制造系统的自组织能力。如何提高这些“孤岛”的应用范围和在实际制造环境中处理问题的能力，成为人们的研究焦点。在80年代末和90年代初，一种通过集成制造自动化、新一代人工智能、计算机等科学技术而发展起来的新型制造工程——IMT和新——代制造系统——IMS便脱颖而出。人工智能在制造领域中的应用与IMT和IMS的一个重要区别在于，IMS和IMT首次以部分取代制造中人的脑力劳动为研究目标，而不再仅起“辅助和支持”作用，在一定范围还需要能独立地适应周围环境，开展工作。

    并行工程

    就制造业而言，并行工程(concurrent engineering，CE)是指产品概念的形成和设计，与其生产和服务系统的实现相平行，即在制造过程的设计阶段就考虑到产品整个生命周期的各个环节(包括质量、成本、进度计划、用户要求及报废处理)，集成并共享各个环节的制造智能，并行地开展产品制造各环节的设计工作。

    虚拟制造技术

    虚拟制造技术(virtual manufacturing technology，VMT)是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实(virtual reality，VR)，在计算机支持的协同工作环境中，实现产品的设计、工艺过程编制、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力，以此达到产品开发周期最短、成本最低、质量最优、生产效率最高。

    信息网络技术

    信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。信息网络是制造信息及知识流动的通道。

    智能制造系统

    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。