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智能制造考研篇一
1142813203 吳文樂
摘要：現(xiàn)代制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上, 不斷吸收和發(fā)展機(jī)械、電子、能源、材料、信息及現(xiàn)代管理技術(shù)的成果, 將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理服務(wù)等產(chǎn)品生命周 期的全過程, 以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔的生產(chǎn)技術(shù)模式,取得理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱傳統(tǒng)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的要求。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)(fmi)應(yīng)運(yùn)而生。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代制造技術(shù)；自動(dòng)控制技術(shù)；柔性制造技術(shù)
1.現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展綜述
現(xiàn)代制造技術(shù)在系統(tǒng)論、方法論、信息論和協(xié)同 論等的基礎(chǔ)上形成制造系統(tǒng)工程學(xué)，是一種廣義制造的概念，亦稱之為“大制造”的概念，它體現(xiàn)了制造概念的擴(kuò)展。廣義制造概念的形成過程主要有以下幾方面原因[1]。
1).制造設(shè)計(jì)一體化。體現(xiàn)制造和設(shè)計(jì)的密切結(jié)合，形成了設(shè)計(jì)制造一體化，設(shè)計(jì)不僅是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且包括工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制設(shè)計(jì)等。
2).材料成形機(jī)理的擴(kuò)展。現(xiàn)在加工成形機(jī)理明確地將加工分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工。
3).制造技術(shù)的綜合性?，F(xiàn)代制造技術(shù)是一門以 機(jī)械為主體，交叉融合光、電、信息、材料等學(xué)科的綜合體，并與管理科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、文化、藝術(shù)、人機(jī)工 程、生物工程和生命科學(xué)等相結(jié)合，拓展了新領(lǐng)域?，F(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)包括硬件和軟件兩大方面，硬／軟件工具、平臺(tái)和支撐環(huán)境有了很大的發(fā)展。
4).產(chǎn)品的全生命周期。制造的范疇從過去的設(shè)計(jì)、加工和裝配發(fā)展為產(chǎn)品的全生命周期，包括市場調(diào)研、設(shè)計(jì)、制造、銷售、維修和報(bào)廢處理等。
5).生產(chǎn)制造模式的發(fā)展。計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù) 是制造技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，集成制造系統(tǒng)強(qiáng) 調(diào)信息集成，其后出現(xiàn)了柔性制造、敏捷制造、虛擬制 造、網(wǎng)絡(luò)制造、大規(guī)模定制、綠色制造、智能制造和協(xié) 同制造等多種制造模式，有效地提高了制造技術(shù)的水平，擴(kuò)展了制造技術(shù)的領(lǐng)域[2]。
現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展主要沿著“廣義制造”或稱 “大制造”的方向發(fā)展，其具體的發(fā)展可以歸納為四個(gè)方面和多個(gè)大項(xiàng)目[3]，如圖1所示：
圖1：現(xiàn)代制造技術(shù)方向
針對現(xiàn)代制造技術(shù)，本文從柔性制造技術(shù)的角度對現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對柔性制造在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究；
2.柔性制造
2.1 柔性制造簡述
所謂“柔性”，是指制造系統(tǒng)(企業(yè))對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。柔性可分為瞬時(shí)、短期和長期柔性[4]。瞬時(shí)柔性是指設(shè)備出現(xiàn)故障后，自動(dòng)排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺(tái)設(shè)備上繼續(xù)進(jìn)行加工的能力；短期柔性是指系統(tǒng)在短時(shí)期內(nèi)，適應(yīng)加工對象變化的能力，包括在任意時(shí)期混合進(jìn)行加工2種以上零件的能力；長期柔性則是指系統(tǒng)在長期使用中，能夠加工各種不同零件的能力。迄今為止，柔性還只能定性地加以分析，尚無科學(xué)實(shí)用的量化指標(biāo)。因此，凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動(dòng)化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)過程及其裝備上的應(yīng)用，是將微電子技術(shù)、智能技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合在一起，具有自動(dòng)化、柔性化、高效率的特點(diǎn)，是目前自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)[5]。
柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實(shí)現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和[6]。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為[7]：
(1)柔性制造系統(tǒng)（fms）：關(guān)于柔住制造系統(tǒng)的定義很多，權(quán)威性的定義有：美國國家標(biāo)準(zhǔn)局把fms定義為：“由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放征其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化。
(2)柔性制造單元（fmc）：m s是fms向廉價(jià)化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，它是由l～2臺(tái)加工中心、工業(yè)機(jī)器人。數(shù)控機(jī)床及物料運(yùn)送存貯設(shè)備構(gòu)成，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已進(jìn)入普及應(yīng)用階段。
(3)柔性制造線（fml):它是處于單一或少品種人批量非柔性自動(dòng)線與中小批量多品種fms之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心，cnc機(jī)床；亦可采用爭用機(jī)床或nc專用機(jī)床，對物料搬運(yùn)系統(tǒng)柔性的要求低于fms，但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)(d c s)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動(dòng)化，其技術(shù)已日趨成熟，迄今已進(jìn)入實(shí)用化階段。
(4)柔性制造工廠(fmf):fmf是將多條fms連接起來，配以自動(dòng)化屯體倉庫，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完整f m s。它包括了cad／cam，并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)投入實(shí)際，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng) 柔性化及自動(dòng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運(yùn)進(jìn)程的全盤化。fmf是自動(dòng)化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動(dòng)化連成一個(gè)整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(ims)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動(dòng)化[8]。
2.2柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù)
1.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)未來cad技術(shù)發(fā)展將會(huì)引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復(fù)雜的問題。當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)最新的一個(gè)突破是光敏立體成形技術(shù)，該項(xiàng)新技術(shù)是直接利用cad數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)控制的激光掃描系統(tǒng)，將二維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖彤對池內(nèi)的光敏樹脂液面進(jìn)行光學(xué)掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動(dòng)地將分層成形的各斤狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數(shù)據(jù)，數(shù)小時(shí)內(nèi)便呵制出精確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。
2.模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊摔制器具有自學(xué)習(xí)功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息井自動(dòng)地對控制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)方法更引起人們極大的關(guān)注。
3.人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基礎(chǔ)規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進(jìn)行推理，求解各類問題（如解釋、預(yù)測，診斷、查找故障、設(shè)汁、計(jì)劃、監(jiān)視、修復(fù)、命 令及控制等）。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實(shí)及經(jīng)驗(yàn)證過的理論與通過經(jīng)驗(yàn)獲得的知識相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強(qiáng)綜合性。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能（包括專家系統(tǒng)）技術(shù)必將在柔性制造(尤其智能型)中起著非常重要的關(guān)鍵性的作用。目前對未來智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個(gè)正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和人工智能產(chǎn)生的，它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。
4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信息進(jìn)行并處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也就是一種人工智能工具。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不久將并列到專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分[9]。
3.國內(nèi)現(xiàn)代制造技術(shù)狀況
近年來，世界各國都投入了巨大的財(cái)力和物力，強(qiáng)化作為光機(jī)電一體化制造業(yè)基礎(chǔ)的先進(jìn)制造業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略研究。美國、德 國、日 本 等 國 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 了 數(shù) 控（nc）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（cnc）、直接數(shù)控（cam）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（cims）、制造資源規(guī)則（mrp）、柔性制造單元（tmc）、柔性制造系統(tǒng)（fms）、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)／制造（cad／cam）、精益生產(chǎn)（lp）、智能制造系統(tǒng)（ms）、并行工程（ce）和敏捷制造（am）等多項(xiàng)現(xiàn)代制造技術(shù)與制造模式。這些技術(shù)的推廣與應(yīng)用，不僅使本國企業(yè)的國際競爭力得到鞏固，也使得世界先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展迅猛[10]。我國制造業(yè)市場的巨大潛力，為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展提供了廣闊的市場空間。但是，與制造業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，國內(nèi)的現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)與市場拓展還不均衡。其中，國內(nèi)機(jī)械基礎(chǔ)件制造行業(yè)中的數(shù)控化率極低，不足1.6%，先進(jìn)加工工藝、技術(shù)和裝備的普及程度不足10 % ；cad／cam 系統(tǒng)應(yīng)用的普及率在國內(nèi)骨干企業(yè)僅有35%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小。另外，在相關(guān)行業(yè)中如印刷業(yè)、電力行業(yè)和醫(yī)療器械行業(yè)等，技術(shù)裝備的低數(shù)控化率也遠(yuǎn)不能滿足市場對中高檔先進(jìn)產(chǎn)品的需求。縱觀國際制造業(yè)的競爭與發(fā)展，面對國際、國內(nèi)兩個(gè)制造業(yè)市場的日漸融合，如何立足國內(nèi)制造業(yè)的市場需求，整合分散的科研與企業(yè)資源，盡快形成自己在先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)競爭中的技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)是擺在我國制造業(yè)面前的迫在眉睫的課題了[11]。
總之，重視制造業(yè)和現(xiàn)代制造技術(shù)已成為全球化的大趨勢?，F(xiàn)代制造技術(shù)不是一項(xiàng)具體技術(shù)，而是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個(gè)有機(jī)整體；現(xiàn)代制造技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)技術(shù)，而不是一成不變的，它需要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，并將其滲透到產(chǎn)品的所有領(lǐng)域，結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活的生產(chǎn)[12]；現(xiàn)代制造技術(shù)的目的是提高制造業(yè)的綜合效益，其不摒棄傳統(tǒng)技術(shù)，而是有賴于不斷用科技新手段去研究它和傳承它，并應(yīng)用科技新成果去改造它和充實(shí)它；現(xiàn)代制造技術(shù)在強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，還強(qiáng)調(diào)各專業(yè)學(xué)科之間的相互滲透、融合和淡化，并消除其間的界限。我國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)結(jié)合自身的特點(diǎn)，形成特色，大力發(fā)展一些關(guān)鍵前沿技術(shù)，比如新一代材料成型技術(shù)、微米及納米技術(shù)、快速原型制造以及智能制造等[13]。在不久的將來，現(xiàn)代制造技術(shù)將得到更大的發(fā)展和壯大，發(fā)展和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)是每個(gè)國家為提高企業(yè)的國際競爭力和技術(shù)創(chuàng)新能力的必然選擇。
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智能制造考研篇二
智能制造綜述
馮劍龍 1043115257 摘要
本文評述了智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)，指出了智能制造確系21世紀(jì)的制造技術(shù)，分析了智能制造在發(fā)展中的問題，提出我國智能制造的近期研究重點(diǎn)應(yīng)為其關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。
關(guān)鍵詞智能制造智能制造技術(shù)智能制造系統(tǒng)智能機(jī)器 集成化智能化 智能制造系統(tǒng)的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀
近來年，人們對制造過程的自動(dòng)化程度賦予了極大的研究熱情，這是因?yàn)閺?870年到1980年間，制造過程的效率提高了20倍，而生產(chǎn)管理效率只提高了1.8～2.2倍，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率只提高了1.2倍。這表明體力勞動(dòng)通過采用自動(dòng)化技術(shù)得到了極大的解放，而腦力勞動(dòng)的自動(dòng)化程度(其實(shí)質(zhì)是決策自動(dòng)化程度)則很低，制造過程中人的因素尚未得到充分的認(rèn)識，人尚未真正地從復(fù)雜的生產(chǎn)過程中解放出來，各種問題求解的最終決策在很大程度上仍依賴于人的智慧。因而，人類群體所面臨的眾多問題(包括社會(huì)問題、生理問題等)在制造過程中都有所反映。面對批量小、品種多、質(zhì)量高、更新快的產(chǎn)品市場競爭要求以及各種社會(huì)因素的綜臺(tái)影響.制造過程的自動(dòng)化程度的提高面臨眾多問題，譬如；(1)專家人才的短缺和轉(zhuǎn)移致使一些專門技能不能及時(shí)或長久地得到提供；(2)現(xiàn)代制造過程中信息量大而繁雜，傳統(tǒng)的信息處理方式已不能滿足要求，大量的信息資源需要開發(fā)與共享；(3)制造環(huán)境柔性要求更大，決策過程更加復(fù)雜，決策時(shí)問要求更短。各種跡象表明，“我們正處在制造歷史上的一個(gè)危險(xiǎn)時(shí)期” 幸運(yùn)的是，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其它高技術(shù)的發(fā)展，通過集成制造技術(shù)、人工智能等而發(fā)展起來的一種新型制造工程—— 智能制造技術(shù)(intelligent manufacturing technology，imt)與智能制造系統(tǒng)(inteliigent manufacturingsystem，ims)使我們有可能走出這個(gè)危機(jī)，“帶來真正的第二次工業(yè)革命”。這是因?yàn)?，制造過程所面臨的眾多問題的核心是“制造智能(nlanufacturing iteliigence)”和制造技術(shù)的“智能化(intellecturallzation)。imt是指在制造工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)；并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存貯、完善、共享、繼承與發(fā)展。未來工業(yè)生產(chǎn)的基本特征應(yīng)該是知識密集型.制造自動(dòng)化的根本是決策自動(dòng)化。目前，imt~ims的研究正迅速受到眾多國家的政府、工業(yè)界和科學(xué)家們的廣泛重視，研究方向從最初的“人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用”發(fā)展到今天的ims，研究課題涉及的范圍由最初僅一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造加工、過程控制、材料處理、信息管理、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動(dòng)化.發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個(gè)制造環(huán)境的集成化與自組織能力+包括制造智能處理技術(shù)、自組織加工單元、自組織機(jī)器人、智能生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、多級競爭式控制網(wǎng)絡(luò)、全球通訊與操作網(wǎng)等。總之，智能制造是21世紀(jì)的制造技術(shù)，作為其特征的雙i(integration＆ intelligence)將是21世紀(jì)制造業(yè)賴以行進(jìn)的基本軌道。從更深刻的意義上講，智能制造是從信息時(shí)代走向智能時(shí)代面臨的第一個(gè)嚴(yán)重任務(wù)。存在的問題
總的說來，目前ims的研究仍處在人工智能在制造領(lǐng)域中應(yīng)用的階段，研究課題涉及到市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程控制、材料處理、信息管理、設(shè)備維護(hù)等眾多方面，取得了豐碩的成果.開發(fā)了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)，甚至智能加工工作站(imw)，形成了一系列“智能化孤島”(islands of intelligence)。這中間包括cims研究中所取得的有關(guān)進(jìn)展然而，隨著研究與應(yīng)用工作的深入，人們逐漸地認(rèn)識到自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高依賴制造系統(tǒng)的自組織能力，研究工作還面臨著一系列理論、技術(shù)和社會(huì)問題，問題的核心是“智能化”。一般說來，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)的整體要受技術(shù)(包括生產(chǎn)系統(tǒng))、人(包括間接影響生產(chǎn)過程的社會(huì)群體)和經(jīng)濟(jì)(包括市場競爭和社會(huì)競爭)-方面因素的制約。從技術(shù)的角度來看，對于一個(gè)企業(yè)來說，市場預(yù)測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原料訂購與處理、制造加工、生產(chǎn)管理、原料產(chǎn)品的儲(chǔ)運(yùn)、產(chǎn)品銷售、研究與發(fā)展等環(huán)節(jié)彼此相互影響，構(gòu)成產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。該過程的自動(dòng)化程度取決于各環(huán)節(jié)的集成自動(dòng)化(integrated automatlon)水平，而生產(chǎn)系統(tǒng)的自組織能力取決于各環(huán)節(jié)的集成智能(inte—grated intelligence)水平。目前，尚缺乏這種“集成”制造智能的技術(shù)，這也是目前“并行工程”的研究重點(diǎn)。由日本提出的國際合作研究計(jì)劃對ims的解釋可看出，ims的研究包括三個(gè)基本方面：智能活動(dòng)、智能機(jī)器和兩者的有機(jī)融合技術(shù)，其中智能活動(dòng)是問題的核心。在ims研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中.制造智能處理技術(shù)(manufacturing in—telligence processing technology)是最為關(guān)鍵和追切需要研究的問題之一，因?yàn)樗?fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機(jī)器的智能活動(dòng)。從人的因素方面來看，其一，企業(yè)內(nèi)部負(fù)責(zé)各個(gè)環(huán)節(jié)的專家和技術(shù)人員有著各自不同的知識背景和解決問題的策略，他們應(yīng)該“坐”在一起，通過相互之間充分的合作、協(xié)商與理解，“并行”地開睫制造過程中各環(huán)節(jié)的工作，把以后可能出現(xiàn)的“隱患”和“反復(fù)”降低到最低程度。其二，人們參與制造過程的智能行為和知識存在著多種層次水平、多種類型。因而要采用多種表示方式。其三，參與制造過程的群體，作為社會(huì)中的一子集，受社會(huì)發(fā)展變更的影響，這種影響都將對制造過程產(chǎn)生既有積極又有消極的作用 最后.人與人之間存在生活、語言、社會(huì)背景等方面的差別。總之，人的因素對現(xiàn)代生產(chǎn)的自動(dòng)化程度有著關(guān)鍵作用。事實(shí)證明，人的因素是ims中制造智能的重要來源。從經(jīng)濟(jì)因素來看，它包括三個(gè)方面：第一，ims系統(tǒng)的主要目標(biāo)之一是全面提高制造過程的生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)效益，它將把制造過程自動(dòng)化的概念更新和拓寬到“集成化”和“智能化”的高度，從而具有更強(qiáng)的市場競爭能力 但如何設(shè)定和評價(jià)ims的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和性能則是一個(gè)問題。第二，目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍存在著勞動(dòng)力昂貴，所占生產(chǎn)成本的比例越來越高的問題。從當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，大量的制造企業(yè)被轉(zhuǎn)移至發(fā)展中國家，致使生產(chǎn)技術(shù)和勞動(dòng)者因素等方面受到牽制，存在喪失他們產(chǎn)品市場競爭力的危險(xiǎn)這也是智能制造國際合作研究計(jì)劃提出的重要原因之一。方向與課題
根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)和國家的需要，以及imt＆ims研究與開發(fā)工作的特點(diǎn)，我們認(rèn)為近期的研究點(diǎn)應(yīng)該放在imt＆ims的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)上，它主要包括以下內(nèi)容：
3.1 智能制造系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)技術(shù)ims的概念正式提出至今僅二三年時(shí)間。作為制造工程中的一個(gè)全新的概念，ims理論基礎(chǔ)與體系尚未完全形成.它的精確內(nèi)涵和設(shè)計(jì)技術(shù)亟待進(jìn)一步研究，具體研究內(nèi)容應(yīng)包括：
3.1.1 體系結(jié)構(gòu)與發(fā)展戰(zhàn)略 需要建立ims統(tǒng)一的概念體系，研究ims的系統(tǒng)組成和發(fā)展方向以及跟蹤國際上該領(lǐng)域的研究前沿
3.1.2 開發(fā)環(huán)境與設(shè)計(jì)方法學(xué)ims的開發(fā)與設(shè)計(jì)方法將有別于現(xiàn)有任何制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，因?yàn)閕ms是面向整個(gè)制造過程的系統(tǒng)和各個(gè)環(huán)節(jié)的“智能化”的 因此.有必要研究ims的設(shè)計(jì)策略和開發(fā)環(huán)境(包括開發(fā)語言、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具等)必須強(qiáng)調(diào)ims設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和通用化。
3.1.3 評價(jià)技術(shù)研究制造過程中的設(shè)計(jì)評價(jià)、生產(chǎn)評價(jià)、材料評價(jià)、管理評價(jià)、市場評價(jià)、經(jīng)濟(jì)評價(jià)、報(bào)價(jià)評價(jià)和功能評價(jià)等問題。
3.2 制造智能理論及處理技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個(gè)有機(jī)整體不僅是指各制造環(huán)節(jié)之間存在的技術(shù)型聯(lián)系，而且還表現(xiàn)在人類專家的制造智能的統(tǒng)一體特性方面。制造智能理論及處理技術(shù)就是要研究整個(gè)制造環(huán)境中的各種智能源的開發(fā)、描述、集成、共享與處理，最后生成智能機(jī)器的智能活動(dòng)，具體研究內(nèi)容包括： 3.2.1 制造環(huán)境的描述與建模研究描述制造環(huán)境的一致性概念體系、制造過程建模，影響制造過程的多因素分析與不確定性處理。
3.2.2 制造智能處理技術(shù)重點(diǎn)研究制造智能源的開發(fā)與獲取、制造智能的表示、制造智能的集成與共享
3.2.3 智能活動(dòng)的生成與融合研究智能活動(dòng)的生成策略，智能活動(dòng)的機(jī)器化技術(shù)。3.3 智能制造單元技術(shù)的集成近10年來，人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用研究取得較大進(jìn)展，建立了一些智能制造單元技術(shù)。為了應(yīng)用于實(shí)際制造過程和面向21世紀(jì)制造工業(yè)，這些單元技術(shù)除了需要進(jìn)一步完善與發(fā)展外，更重要的是研究如何集成這些單元技術(shù)。
3.3.1 并行智能設(shè)計(jì)并行工程方法學(xué)這一概念是1986年由美國國防部定義，并首先應(yīng)用于美國軍事武器系統(tǒng)開發(fā)計(jì)剞dos cals的。.為了制造過程的設(shè)計(jì)階段能有效地模仿由來自各環(huán)節(jié)制造專家組成的專家組(expeit team)的智能行為，集成和共享各環(huán)節(jié)與各方面的制造智能，并行地開展產(chǎn)品環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作，必須研究并行智能設(shè)計(jì)的支撐環(huán)境、產(chǎn)品描述的統(tǒng)一模型、設(shè)計(jì)智能交互和并行智能設(shè)計(jì)方法學(xué)。
3.3.2 生產(chǎn)過程的智能調(diào)度、規(guī)劃、仿真與優(yōu)化現(xiàn)代生產(chǎn)過程要面臨多信息源、多因素、多對象的及時(shí)處理問題，生產(chǎn)過程的調(diào)度與規(guī)劃中的智能決策問題的研究是迫在眉睫的。仿真與優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和過程評估的有效途徑。目前，更強(qiáng)調(diào)對設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維修等過程的優(yōu)化與動(dòng)態(tài)仿真。3.3 產(chǎn)品質(zhì)量信息的智能處理系統(tǒng)研究整個(gè)制造過程的“全質(zhì)量(total quality)模型和建立相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，研究質(zhì)量狀態(tài)的智能決策和質(zhì)量過程的智能控制.3.3.4 制造過程與系統(tǒng)的智能監(jiān)視、診斷、補(bǔ)償與控制研究面向在強(qiáng)干擾、多因素條件下監(jiān)視與診斷模型，研究制造過程的動(dòng)態(tài)辨識與自適應(yīng)技術(shù)。
3.3.5 生產(chǎn)與經(jīng)營管理的智能決策系統(tǒng)研究多因素、多目標(biāo)智能決策模型，研究生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)，研究產(chǎn)品市場評估與預(yù)測模型。
3.4 知識庫系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識庫系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是制造過程的系統(tǒng)與各環(huán)節(jié)“集成智能化”的支撐，在imt＆ims研究中占有重要地位。
3.4.1 分布式異構(gòu)聯(lián)想知識庫系統(tǒng)研究知識庫異構(gòu)、知識庫分布式策略與維修、知識庫聯(lián)想和分布數(shù)據(jù)庫技術(shù)。
3.4.2 信息控制與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)研究ims中各種信息的交換接el、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、系統(tǒng)操作控制策略。
3.5 智能機(jī)器的設(shè)計(jì)智能機(jī)器是ims中模仿人類專家智能活動(dòng)的工具之一，是新一代的制造工具，因而，研究智能機(jī)器的設(shè)計(jì)方法及其相關(guān)技術(shù)將有劃時(shí)代的意義。
3.5.1 機(jī)器人智能技術(shù)智能機(jī)器人將在ims中占有重要的地位，主要體現(xiàn)在機(jī)器的視覺和機(jī)器^控制兩個(gè)方面。有必要研究智能機(jī)器眼(視覺)、信息感知與智能傳感器、智能機(jī)器手(控制)和智能機(jī)器的自適應(yīng)定位與夾具設(shè)計(jì)等技術(shù)。
3.5.2 機(jī)器自學(xué)習(xí)與自維護(hù)技術(shù)研究智能機(jī)器的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型，系統(tǒng)誤差的自動(dòng)恢復(fù)與維護(hù)技術(shù)。
3.5.3 智能制造單元機(jī)的設(shè)計(jì)與制造研究智能制造單元機(jī)的結(jié)構(gòu)組成與設(shè)計(jì)方法、新型材料的應(yīng)用技術(shù)。
3.6 制造中人的因素ims的宗旨之一就是減輕人類制造專家的艱苦的腦力勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，因此.與腦力勞動(dòng)有密切聯(lián)系的制造中人的因素理應(yīng)受到充分的重視，研究內(nèi)容包括：
3.6.1 人一系統(tǒng)柔性交互技術(shù)研究人一系統(tǒng)柔性、聯(lián)想、容錯(cuò)交互模型以及交互環(huán)境。3 6.2 未來制造環(huán)境的設(shè)計(jì)研究人在未來制造環(huán)境中的地位和作用以及未來舒適、友好的制造環(huán)境的設(shè)計(jì)。
3.6.3 人才培養(yǎng)與教學(xué)系統(tǒng)研究面向imt＆ims的^才培養(yǎng)計(jì)劃.研制教學(xué)示范系統(tǒng)。
智能制造考研篇三
智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)的最新的制造模式之一，智能制造系統(tǒng)是一個(gè)信息處理系統(tǒng)，它的原料、能量和信息都是開放的，因此智能制造系統(tǒng)是一個(gè)開放的信息系統(tǒng)。智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。智能制造是新世紀(jì)制造業(yè)的發(fā)展方向。由于其實(shí)施方案可以在整個(gè)制造的大系統(tǒng)(產(chǎn)品的全生命周期)進(jìn)行，也可以在單元技術(shù)(例如模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床診斷專家系統(tǒng)、智能機(jī)器人等)上逐步推進(jìn)，從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性講，也是我國實(shí)現(xiàn)制造業(yè)跨越發(fā)展的必經(jīng)之路。引言
智能制造「‘」(工m:intelligent manufacturing)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程中的腦力勞動(dòng)。并對人類專家的制造智能進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、完善、共享、繼承和發(fā)展。1.1智能制造系統(tǒng)概述
智能制造系統(tǒng)「2」就是要通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺與機(jī)器人控制等來對制造技術(shù)的技能與專家知識進(jìn)行模擬，使智能機(jī)器在沒有人工干預(yù)情況下進(jìn)行生產(chǎn)。智能制造系統(tǒng)就是要把人的智力活動(dòng)變?yōu)橹圃鞕C(jī)器的智能活動(dòng)。智能制造系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)是智能機(jī)器，它包括具有各種程序的智能加工機(jī)床，工具和材料傳送裝置，檢測和試驗(yàn)裝置，以及裝配裝置等。1.2智能化制造的特點(diǎn)
川智能化制造技術(shù)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高產(chǎn)品對動(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭力為目標(biāo)。
(2)智能化制造技術(shù)不局限于制造工藝，而是覆蓋了市場分析、生產(chǎn)管理、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù)，以及回收再生的全過程。
(3)智能化制造強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人、管理和信息的四維集成，不僅涉及到物質(zhì)流和能量流，還涉及到信息流和知識流，即四維集成和四流交匯是智能化制造技術(shù)的重要特點(diǎn):
(4)智能化制造技術(shù)更加重視制造過程組成和管理的合理化以及革新，它是硬件、軟件、智能(人)與組織的系統(tǒng)集成。
2.智能化制造數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)
機(jī)械制造設(shè)備的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、以及對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算技術(shù)的研究與應(yīng)用，使機(jī)械制造工)‘智能化技術(shù)得到了跨越式的發(fā)展，可以說這是又一次具有劃時(shí)代意義的工業(yè)技術(shù)革命。目前，智能化制造數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，除了機(jī)械主體以外，主要是由智能數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)、智能感知技術(shù)、智能自適應(yīng)技術(shù)、智能神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能云計(jì)算技術(shù)和智能專家系統(tǒng)等主要技術(shù)構(gòu)成。
(1>智能化數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控設(shè)備智能化的發(fā)
展是以數(shù)控系統(tǒng)完善的軟硬件功能及高靈敏度、高精度感知檢測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以適應(yīng)智能化、信息化、數(shù)字化集成技術(shù)發(fā)展的要求。為追求數(shù)控設(shè)備加工效率和加工質(zhì)量，數(shù)控系統(tǒng)不但有自動(dòng)編程、前饋控制、模糊控制、自學(xué)習(xí)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成、三維刀具補(bǔ)償、運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)戎悄芑δ?，并有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨勢完善。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)智能化，能自動(dòng)感知負(fù)載變化，自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。如發(fā)那科推出的hrv控制，通過共振追隨型hrv濾波器，可以避免因頻率變動(dòng)而造成設(shè)備的共振。通過融合旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)，高精度、高響應(yīng)和高分辨率脈沖編碼器，實(shí)現(xiàn)高速和高精度的伺服控制，保證極其平穩(wěn) 的進(jìn)刀。
(2)智能自適應(yīng)控制技術(shù)自適應(yīng)控制分為 工藝自適應(yīng)和兒何自適應(yīng)。工藝自適應(yīng)又分為
最佳自適應(yīng)控制系統(tǒng)(aco)和約束式自適應(yīng)(acc)。自適應(yīng)控制自20世紀(jì)60年代已開始研究，但用于生產(chǎn)實(shí)踐尚不普遍。目前應(yīng)用面較廣的還是結(jié)構(gòu)簡單的acc系統(tǒng)，已用于銑、車、鉆、磨、電加工和加工中心等機(jī)床上;而aco多用于加工因素相對簡單的磨削和電火花加工(ed m)上。影響加工的因素很多很復(fù)雜，不僅建立數(shù)學(xué)模
型困難，而且要實(shí)時(shí)采集和實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)也有很大難度，有待深入研究。(3)智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)最智能的莫過于人的大腦，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)
(ann)是一種模擬
人的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，即類似人的大腦神經(jīng)突觸連接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)功能、聯(lián)想記憶功能、非線性映射功能和高速尋找優(yōu)化解的功能等。目前，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)多用于數(shù)控設(shè)備可靠性預(yù)測和優(yōu)化工藝參數(shù)方面，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)方面的研究與應(yīng)用尚不多見。隨著神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)控機(jī)床方面的應(yīng)用可能會(huì)有很好的前景，或許會(huì)把數(shù)控系統(tǒng)的智能化水平推向高級階段。未來兒年希望能有一個(gè)較快的發(fā)展。(4)智能專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算i機(jī)程序系統(tǒng)，其專家知識庫中含有某個(gè)領(lǐng)域大量的l專家知識與經(jīng)驗(yàn)，就是利用這些專家知識、經(jīng)驗(yàn)和土解決問題的方法來處理該領(lǐng)域的技術(shù)問題。它能夠f應(yīng)用人工智能技術(shù)，根據(jù)該專家系統(tǒng)中的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬專家的決策過程，來解決·需要專家處理的復(fù)雜問題。目前，數(shù)控設(shè)備領(lǐng)域尚l(wèi)缺乏這種專家系統(tǒng)。(5)云計(jì)算將把智能化制造推向更高級階右段國外工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)國家的大型工業(yè)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高等院校對云計(jì)算的研究和發(fā)展都極為重視，之認(rèn)為這是一種具有劃時(shí)代意義的技術(shù)。如美國宇航!局和通用汽車公司都在研究和應(yīng)用云計(jì)算技術(shù);我1國北京建有云計(jì)算基地，華為技術(shù)有限公司和tcl集團(tuán)也都特別關(guān)注云計(jì)算的發(fā)展、研究和應(yīng)用。3.智能化工廠
智能化機(jī)械工)‘是以“智能化”為核心，以智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的生產(chǎn)、經(jīng)營實(shí)體。智能化工)‘將逐步分層次實(shí)現(xiàn)。智能工業(yè)機(jī)器人在智能自動(dòng)化制造工)‘中扮演著重要角色。(1>智能工業(yè)機(jī)器人在智能化數(shù)控設(shè)備中
除了各種數(shù)控設(shè)備和相關(guān)數(shù)控配套設(shè)備以外，智能工業(yè)機(jī)器人在智能制造單元、智能制造系統(tǒng)和智能制造工)‘中具有重要作用。
(2)智能化自動(dòng)化工)‘在各種智能化自動(dòng)化數(shù)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，智能化工)‘將由工廠‘局部智能自動(dòng)化、逐步分層次地發(fā)展到全工)‘智能自動(dòng)化和社會(huì)化智能制造。
第一層次:單機(jī)或單元智能自動(dòng)化。
單機(jī)或單元智能自動(dòng)化，可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人值守。國內(nèi)外都有用于生產(chǎn) 的實(shí)例。
第二個(gè)層次:生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動(dòng)化。
在第三代“智能機(jī)器人化單元”的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制生產(chǎn)車間全自動(dòng)化系統(tǒng)。包括毛坯倉儲(chǔ)管理，再制品倉儲(chǔ)管理，成品零件倉儲(chǔ)管理及其搬運(yùn)、裝卸、裝配作業(yè)和質(zhì)量檢驗(yàn)等。
第三個(gè)層次:智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)。
在第二層次生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，配置網(wǎng)絡(luò)綜合管理系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)全工)‘的智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造。智能化工)‘的實(shí)現(xiàn)主要是靠信息通信技術(shù)(ict)和智能網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行加以保證。具有實(shí)時(shí)資料搜集與傳輸功能、高效能計(jì)算機(jī)與分析預(yù)測功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷功能及模擬功能等。智能化工)‘最核心的部分是生產(chǎn)過程和全面經(jīng)營運(yùn)行的智能自動(dòng)化，包括設(shè)計(jì)智能化，生產(chǎn)排序自動(dòng)化，生產(chǎn)線自動(dòng)化，測試檢驗(yàn)自動(dòng)化，倉儲(chǔ)自動(dòng)化，電力管理智能自動(dòng)化等等，進(jìn)一步發(fā)展到自動(dòng)化無人化工)‘(絕大多數(shù)設(shè)備可以無人值守)。
第四個(gè)層次:智能化社會(huì)化生產(chǎn)。
智能化網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)化制造，將山企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)經(jīng)因特網(wǎng)向企業(yè)外部傳輸。這就是所謂的internet/intranet。網(wǎng)絡(luò)可使企業(yè)與企業(yè)之間進(jìn)行跨地區(qū)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造、信息共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和服務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)能為制造提供完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，可以通過網(wǎng)絡(luò)將加工程序傳給遠(yuǎn)方的設(shè)備進(jìn)行加工，也可遠(yuǎn)程診斷并發(fā)出指令調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)使各地分散的數(shù)控機(jī)床聯(lián)系在一起，互相協(xié)調(diào)，統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)整，使產(chǎn)品加工不局限于一個(gè)工)‘內(nèi)而實(shí)現(xiàn)社會(huì)化生產(chǎn)。智能化社會(huì)化制造能夠借助internet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、跨國際智能化制造，進(jìn)人internet/intranet時(shí)代。云計(jì)算借助internet網(wǎng)整合了計(jì)算機(jī)資源，為智能化制造開了先河。智能化網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)化制造將引領(lǐng)社會(huì)和全球資源的整合與優(yōu)化運(yùn)用，同時(shí)將有效地提高人類的生活質(zhì)量，逐步地減少人類的體力勞動(dòng)而擴(kuò)大腦力勞動(dòng)的比重，進(jìn)入知識社會(huì)，智能社會(huì)。
智能制造具有高科技高水平的先進(jìn)制造系統(tǒng)，面臨一些極具挑 戰(zhàn)性的問題。當(dāng)然也需要我們投入大量的研究去攻克這些技術(shù)難題。產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字建模理論及混合約束求解方法，幾何表示與推理在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、抓取、夾持、裝配、nc加工、計(jì)算機(jī)視覺、測量中的應(yīng)用，制造技能和制造知識的表示、獲取與推理。智能制造單元的agent建模及智能制造系統(tǒng)的多agent建模理論、多agent系統(tǒng)學(xué)>-j及重構(gòu)理論、多agent系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析方法及性能評價(jià)標(biāo)、多agent系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度、控制與協(xié)調(diào)等。制造資源的holon模型holonic系統(tǒng)組成及其分別式協(xié)調(diào)與控制等。由于人類智能問題本身的復(fù)雜性，智能制造理論與技術(shù)的研究任重而道遠(yuǎn)，上述問題的深入研究，不僅將促進(jìn)智能制造理論與技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)一步完展具有積極的推動(dòng)作用。不僅要提高機(jī)器設(shè)備的智商，更要協(xié)調(diào)好人與機(jī)器的關(guān)系，建立一種新型的人機(jī)一體化關(guān)系，從而產(chǎn)生高效高性能的生產(chǎn)系統(tǒng)?？傊?，隨著智能制造技術(shù)的普及以及其帶來的優(yōu)勢愈發(fā)明顯，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，智能制造將成為下一代重要的生產(chǎn)模式。參考文獻(xiàn)：
1.趙亞波 智能制造(工業(yè)控制計(jì)算機(jī)}2002年15卷第3期(333001)2.榮烈潤 面向21世紀(jì)的智能制造機(jī)電一體化2006,12(4)3.熊有倫 孫容磊 李斌 吳波 智能制造：回顧與展望木華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院武漢430074 c1〕土子龍.中國裝備制造業(yè)系統(tǒng)演化與評價(jià)研究[d].中國博 上學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，2007 c2} l一繼勇.教育結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和就業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究[d].中 國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，2007 參考文獻(xiàn)
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智能制造考研篇四
智能工廠——以三一重工18號工廠為例
摘要：在理論上解釋了智能工廠的概念，再以三一重工18號工廠作為研究對象，對其運(yùn)作方式、運(yùn)作特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進(jìn)一步得出了智能工廠的框架，為系統(tǒng)化建設(shè)智能工廠打下了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能制造；數(shù)字化工廠 中圖分類號：th161
intelligent factory a case of sany heavy industry no.18th factory
abstract：this paper explains the concept of intelligent factory in theory, then takes 31 heavy industry no.18th factory as the research object, analyzes and discusses its operation mode and operation characteristics in detail, thus obtains the intellectualized gene of the further draws the intelligent factory frame, lays the foundation for the systematized construction intelligent words：networking of things;intelligent manufacturing;digital chemical plant 0 前言
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動(dòng)應(yīng)用等新一輪信息技術(shù)的發(fā)展，全球化工業(yè)革命開始提上日程，工業(yè)轉(zhuǎn)型開始進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。在中國，智能制造、中國制造2025等戰(zhàn)略的相繼出臺(tái)，表明國家開始積極行動(dòng)起來，把握新一輪工發(fā)展機(jī)遇實(shí)現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)型。智能工廠作為工業(yè)智能化發(fā)展的重要實(shí)踐模式，已經(jīng)引發(fā)行業(yè)的廣泛關(guān)注。到底什么是智能工廠？智能工廠的核心架構(gòu)是怎樣的？能為企業(yè)的轉(zhuǎn)型提供哪些支撐？這都是企業(yè)比較關(guān)心的話題。
本文以三一重工18號工廠為例,分析智能工廠的主要特點(diǎn)還有其智能化的框架。數(shù)字化工廠、智能工廠和智能制造
1.1 數(shù)字化工廠
對于數(shù)字化工廠，德國工程師協(xié)會(huì)的定義是：數(shù)字化工廠（df）是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡(luò)，包含仿真和3d/虛擬現(xiàn)實(shí)可視化，通過連續(xù)的沒有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過程和工廠模型數(shù)據(jù)庫，通過先進(jìn)的可視化、仿真和文檔管理，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程所涉及的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)性能：
圖1 在國內(nèi)，對于數(shù)字化工廠接受度最高的定義是：數(shù)字化工廠是在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。是現(xiàn)代數(shù)字制造
技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個(gè)結(jié)論，數(shù)字化工廠的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)信息的集成。1.2
智能工廠
智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排程。同時(shí)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。
圖2
智能工廠已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規(guī)劃；通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。因此，智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機(jī)交互。1.3
智能制造
智能工廠是在數(shù)字化工廠基礎(chǔ)上的升級版，但是與智能制造還有很大差距。智能制造系統(tǒng)在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代技術(shù)專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。
智能制造系統(tǒng)不只是“人工智能系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是混合智能。系統(tǒng)可獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù)，突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時(shí)在智能機(jī)器配合下，更好發(fā)揮人的潛能。機(jī)器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本質(zhì)是人機(jī)一體化。
國內(nèi)很多企業(yè)都在炒作智能制造，但是絕大多數(shù)企業(yè)還處在部分使用應(yīng)用軟件的階段，少數(shù)企業(yè)也只是實(shí)現(xiàn)了信息集成，也就是可以達(dá)到數(shù)字化工廠的水平；極少數(shù)企業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)的有效交互，也就是達(dá)到智能工廠的水平[1]。
圖3 2 從大廠房到智能工廠
在全球科技革命的大背景下，工程機(jī)械行業(yè)作為多品種、中批量、按訂單生產(chǎn)的離散型技能密集型產(chǎn)業(yè)，要想向高端制造發(fā)展，必須依靠信息化建立先進(jìn)的制造和管理系統(tǒng)[2]。
三一重工作為重工領(lǐng)域的標(biāo)桿，其18號廠房成為應(yīng)用基礎(chǔ)的示范。這間總面積約十萬平方米的車間，成為了行業(yè)內(nèi)亞洲最大最先進(jìn)的智能化制造車間。在這里，廠房更像是一個(gè)大型計(jì)算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體。2.1 18號廠房的“智慧”運(yùn)轉(zhuǎn)
18號廠房是三一重工總裝車間，有混凝土機(jī)械、路面機(jī)械、港口機(jī)械等多條裝配線，是工程機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)頗負(fù)盛名的智能工廠。
在18號廠房，廠區(qū)旁邊有兩塊電視屏幕，它們是一線工人的“老師”——不熟悉裝配作業(yè)的工人，通過電子屏幕里的數(shù)字仿真和三維作業(yè)指導(dǎo)，可以學(xué)習(xí)和了解整個(gè)裝配工藝[3]。三一重工的三維作業(yè)現(xiàn)場指導(dǎo)模式，成為了著名3d技術(shù)開發(fā)公司達(dá)索的全球最佳案例。
廠房更像是一個(gè)大型計(jì)算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測、每一個(gè)工人勞動(dòng)量都記錄在案。裝配區(qū)、高精機(jī)加區(qū)、結(jié)構(gòu)件區(qū)、立庫區(qū)等幾大主要功能區(qū)域都是智能化、數(shù)字化模式的產(chǎn)物[4]。
當(dāng)有班組需要物料時(shí)，裝配線上的物料員就會(huì)報(bào)單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會(huì)根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機(jī)，將容器自動(dòng)輸送到立體庫出庫端液壓臺(tái)上。此時(shí)，agv操作員發(fā)出取貨指令，agv小車自動(dòng)行駛至液壓臺(tái)取貨[5]。取完貨后，采用激光引導(dǎo)的agv小車，將根據(jù)運(yùn)行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝的高反光性反射板的激光定位標(biāo)志，計(jì)算出車輛當(dāng)前的位置以及運(yùn)動(dòng)的方向，從而將物料運(yùn)送至指定工位。像這樣的agv小車，在三一重工18號廠房有15臺(tái)。
從大廠房到智能工廠，實(shí)施智慧化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺(tái)套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%。2014年，18號廠房同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺(tái)以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。此外，高精加工區(qū)也是18號廠房的特色之一。整個(gè)機(jī)加區(qū)集智能化、柔性化、少人化于一體，可以滿足多品種、小批量生產(chǎn)要求。2.2
智能背后的生產(chǎn)模式進(jìn)化
2013年8月，三一重工集團(tuán)啟動(dòng)新一輪制造變革。在大會(huì)上，三一重工董事長梁穩(wěn)根這樣描繪三一重工制造體系的藍(lán)圖：“所有結(jié)構(gòu)件和產(chǎn)品都在很精益的空間范圍內(nèi)制造，車間內(nèi)只有機(jī)器人和少量作業(yè)員工在忙碌，裝配線實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)，物流成本大幅降低，制造現(xiàn)場基本沒有存貨。”
制造模式的生產(chǎn)方式分散且獨(dú)立，需要大量的人力物力予以配合，才能完成產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，這使得生產(chǎn)效率低下的同時(shí)，生產(chǎn)成本還居高不下。因此三一重工開始借助信息化，在生產(chǎn)車間導(dǎo)入自動(dòng)化制造模式?！安考ぷ髦行膷u”就是這樣一個(gè)嘗試。
所謂“部件島”，即單元化生產(chǎn)，將每一類部件從生產(chǎn)到下線所有工藝集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，猶如在一個(gè)獨(dú)立的“島嶼”內(nèi)完成全部生產(chǎn)，故稱為部件島，將裝配行業(yè)中“島”的概念引入到結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中，這是三一重工重機(jī)制造人員的首創(chuàng)。三一重工:智能工廠實(shí)踐
三一重工18號廠房是亞洲最大的智能化制造車間，有混凝土機(jī)械、路面機(jī)械、港口機(jī)械等多條裝配線，是三一重工總裝車間。2008年開始籌建，2012年全面投產(chǎn)，總面積約十萬平方米。從2012年開始，以三一18號廠房為應(yīng)用基礎(chǔ)，由三一重工、湖大海捷、華工制造、華中科大等單位聯(lián)合申報(bào)的“工程機(jī)械產(chǎn)品加工數(shù)字化車間系統(tǒng)的研制與應(yīng)用示范項(xiàng)目”.經(jīng)過3年精心建設(shè)，目前，三一已建成車間智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和刀具管理系統(tǒng)、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統(tǒng)、計(jì)劃、物流、質(zhì)量管控系統(tǒng)、生產(chǎn)控制中心（pcc）中央控制系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，完成了國家批復(fù)的項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容[6]。
圖4 同時(shí)，三一還與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機(jī)械手、基于dnc系統(tǒng)的車間設(shè)備智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智能化立體倉庫與agv運(yùn)輸軟硬件系統(tǒng)、基于rfid設(shè)備及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的物料和資源跟蹤定位系統(tǒng)、高級計(jì)劃排程系統(tǒng)（aps）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（mes）、物流執(zhí)行系統(tǒng)（les）、在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)（spc）、生產(chǎn)控制中心管理決策系統(tǒng)等關(guān)鍵核心智能裝置，實(shí)現(xiàn)了對制造資源跟蹤、生產(chǎn)過程監(jiān)控，計(jì)劃、物流、質(zhì)量集成化管控下的均衡化混流生產(chǎn)，智能化功能和系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)到國家批復(fù)要求[7]。
3.1 智能加工中心與生產(chǎn)線
3.1.1 智能化加工設(shè)備
早在2007年，有“智能化機(jī)械手”之稱的焊接機(jī)器人現(xiàn)身三一挖機(jī)生產(chǎn)線，并在2008年后得到進(jìn)一步推廣。2012年三一重工在上海臨港產(chǎn)業(yè)園建成全球最大最先進(jìn)的挖掘機(jī)生產(chǎn)基地，焊接機(jī)器人大規(guī)模投入使用，大幅提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使得三一挖掘機(jī)的使用壽命大約翻了兩番，售后問題下降了四分之三。由于規(guī)范了管理，又進(jìn)一步提升了整個(gè)生產(chǎn)體系的效率。不但如此，機(jī)器人的使用減少了工人數(shù)量，管理模式的重心從原來的管人轉(zhuǎn)移
到了管理設(shè)備上，相對而言，管理設(shè)備要容易很多。3.1.2
智能刀具管理
在實(shí)際加工中，有多種因素會(huì)對加工刀具產(chǎn)生影響，首先是加工工件本身的因素，如加工工件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式、工件剛度等對刀具使用效果影響較大。其次是加工工裝，定位基準(zhǔn)、壓緊方式、結(jié)構(gòu)型式以及工裝剛度等都會(huì)影響刀具使用效果。再次加工工藝方案，如加工順序、切削三要素（切深、進(jìn)給、切削速度）對刀具使用效果影響更大。最后是加工機(jī)床，設(shè)備的切削功率、設(shè)備的剛度、設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式、切削冷卻介質(zhì)對加工刀具發(fā)揮效率也有很大影響[8]。
三一在實(shí)踐中，要充分考慮刀具壽命和加工工件成本的關(guān)系，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的工件選擇不同的刀具，包括刀具材料（分整體硬質(zhì)合金、焊接硬質(zhì)、高速鋼等）、刀具結(jié)構(gòu)（分機(jī)夾刀片、焊接刀片和整體材料刀具）以及刀具裝夾方式（熱裝式、強(qiáng)力緊固式、側(cè)固式）等。有的刀具選擇涂層刀片來增加刀具的耐用度，延長刀具壽命。在高速加工時(shí)，對刀具動(dòng)平衡也有要求，我們配備了刀具動(dòng)平衡儀，并在加工成本允許的前提下選擇耐用度較高的刀具。3.1.3
dnc
dnc是計(jì)算機(jī)與具有數(shù)控裝置的機(jī)床群使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的分布在車間中的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對用戶來說就像一個(gè)統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)對多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動(dòng)態(tài)的分配數(shù)控加工任務(wù)給任一加工設(shè)備，是提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本[9]。
圖5
目前，三一重工已經(jīng)完成車間機(jī)加設(shè)備的研發(fā)采購與安裝調(diào)試，部分完成智能上料機(jī)械手、dnc實(shí)時(shí)監(jiān)控裝置及刀具管理系統(tǒng)的購置和開發(fā)。3.2 智能化立體倉庫和物流運(yùn)輸系統(tǒng)
3.2.1 智能化立體倉庫
立體倉庫后臺(tái)運(yùn)作的自動(dòng)化配送系統(tǒng)由華中科大與三一聯(lián)合研制，通過這套系統(tǒng)，三一打造了批量下架、波次分揀，單臺(tái)單工位配送模式，實(shí)現(xiàn)了從頂層計(jì)劃至底層配送執(zhí)行的全業(yè)務(wù)貫通，大大提高了配送效率及準(zhǔn)確率，準(zhǔn)時(shí)配送率超95%。
三一智能化立體倉庫總投資6000多萬元, 分南北兩個(gè)庫，由地下自動(dòng)輸送設(shè)備連成一個(gè)整體，總占地面積9000平方米，倉庫容量大概是16000個(gè)貨位。從南邊倉庫可以看到，這個(gè)庫區(qū)有幾千種物料，主要是泵車、拖泵、車載泵物料，能支持每月數(shù)千臺(tái)產(chǎn)品的生產(chǎn)量。
從大廠房到智能工廠，實(shí)施智能化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺(tái)套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%，2014年18號廠房預(yù)計(jì)同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺(tái)以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。3.2.2 agv智能小車
智能化立體倉庫的核心是agv智能小車，當(dāng)有班組需要物料時(shí)，裝配線上的物料員就會(huì)報(bào)單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會(huì)根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機(jī)，將容器自動(dòng)輸送到立體庫出庫端液壓臺(tái)上。此時(shí)，agv操作員發(fā)出取貨指令，agv小車自動(dòng)行駛至液壓臺(tái)取貨。取完貨后，由于agv小車采用激光引導(dǎo)，小車上安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器，在運(yùn)行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標(biāo)志，agv依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計(jì)算機(jī)計(jì)算出車輛當(dāng)前的位置以及運(yùn)動(dòng)的方向，通過和內(nèi)置的數(shù)字地圖進(jìn)行對比來校正方位，從而將物料運(yùn)送至指定工位。像這樣的agv小車，在三一18號廠房有15臺(tái)。在18號廠房南北智能化立體倉庫，不僅有這樣的agv自動(dòng)小車，其后臺(tái)配送也是自動(dòng)化系統(tǒng)完成的。
圖6
3.2.3 公共資源定位系統(tǒng)
公共資源定位系統(tǒng)是三一重工智能工廠的一個(gè)重要支撐。公共資源定位系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)包括對設(shè)備定位和狀態(tài)檢測、人員定位以及故障實(shí)時(shí)處理與報(bào)警等功能。通過公共資源定位監(jiān)控中心，三一重工的生產(chǎn)管理人員能及時(shí)的了解生產(chǎn)車間的人員位置、設(shè)備位置和狀態(tài)、加工生產(chǎn)情況，并及時(shí)的指導(dǎo)生產(chǎn)和進(jìn)行故障處理等操作。3.3
智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程控制
3.3.1高級計(jì)劃排程
在考慮企業(yè)資源所提供的可行物料需求規(guī)劃與生產(chǎn)排程計(jì)劃，讓規(guī)劃者快速結(jié)合生產(chǎn)限制條件與相關(guān)信息(如訂單、途程、存貨、bom與產(chǎn)能限制等)，以做出平衡企業(yè)利益與顧客權(quán)益的最佳規(guī)劃與決策，滿足顧客需求及面對競爭激烈的市場。強(qiáng)化了erp系統(tǒng)中以傳統(tǒng)mrp規(guī)劃邏輯為主的生產(chǎn)規(guī)劃與排程的功能，aps 系統(tǒng)的同步規(guī)劃能力，不但使得規(guī)劃結(jié)果更具備合理性與可執(zhí)行性，亦使企業(yè)能夠真正達(dá)到供需平衡的目的[10]。3.3.2
執(zhí)行過程調(diào)度
三一車間內(nèi)一排排的mes終端機(jī)，生產(chǎn)線上明亮的led屏幕，整齊劃一的醒目安全燈是系統(tǒng)給我們帶來直觀的印象。sanymes系統(tǒng)是指由三一集團(tuán)it總部自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，它充分利用信息化技術(shù)，從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、物料配送、生產(chǎn)節(jié)拍、完工確認(rèn)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)、質(zhì)量管理、關(guān)重件條碼采集等多個(gè)維度進(jìn)行管控，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場信息及時(shí)準(zhǔn)確地傳達(dá)到生產(chǎn)管理者與決策者[11]。該
系統(tǒng)除了通過各種方式如短信、郵件向管理者傳遞生產(chǎn)信息外，其設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場的mes終端機(jī)，給一線工人生產(chǎn)制造帶來了極大的便利。
通過mes終端機(jī)，生產(chǎn)線工人不僅可以及時(shí)報(bào)完工、方便快捷地查詢物料設(shè)計(jì)圖紙和庫存情況，更重要的是sanymes終端機(jī)可以正確地指導(dǎo)工人每個(gè)工位如何進(jìn)行安裝、安裝時(shí)候需要哪些零部件，同時(shí)給予安全提示。有了mes系統(tǒng)后，再也不用去借圖紙，直接在mes終端就能查到最新的圖紙信息，3.3.數(shù)字化質(zhì)量檢測
目前，三一在質(zhì)檢信息化方面，通過gsp、mes、csm及qis的整合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)涵蓋供應(yīng)商送貨、零件制造、整機(jī)裝配、售后服務(wù)等全生命周期的質(zhì)檢電子化，并實(shí)現(xiàn)了spc分析、質(zhì)量追溯等功能。
以前質(zhì)檢，是采用紙質(zhì)記錄本記錄檢驗(yàn)結(jié)果和全觸摸屏操作，簡單方便，而且通過查看標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)以規(guī)范工人的操作，避免了紙質(zhì)作業(yè)指導(dǎo)書的損壞和更新不及時(shí)造成的附加作業(yè)，極大提高了工作效率和作業(yè)質(zhì)量[12]。3.3.3 數(shù)字化物流管控
三一自動(dòng)化立體倉儲(chǔ)配送系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了該公司泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與agv配套實(shí)現(xiàn)工位物料自動(dòng)配送至各個(gè)工位。
根據(jù)泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線在車間的位置，北自所設(shè)計(jì)了兩個(gè)庫區(qū)，1#庫負(fù)責(zé)泵車物料的儲(chǔ)存、揀配功能，2#庫負(fù)責(zé)拖泵、車載泵物料的儲(chǔ)存、揀配功能，兩個(gè)庫區(qū)共用一個(gè)設(shè)置1#庫區(qū)的入庫組盤區(qū)域，2#庫入庫的物料在入庫組盤區(qū)完成組盤后通過地下輸送通道自動(dòng)輸送進(jìn)入2#庫庫區(qū)存儲(chǔ)。
倉儲(chǔ)模式采用自動(dòng)化立體倉庫存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存中小件為主）+垂直升降庫存儲(chǔ)（主要儲(chǔ)存小件為主）+平面?zhèn)}庫儲(chǔ)存（主要儲(chǔ)存大件等其他特殊物資）。自動(dòng)化立體倉庫和垂直升降庫的數(shù)據(jù)采用一套軟件進(jìn)行統(tǒng)一管理，集中配送。通過垂直升降庫的應(yīng)用，解決了將近總量30%的物料種類的儲(chǔ)存和出入庫作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動(dòng)化立體倉庫的出入庫作業(yè)壓力，有效地提高了整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)能力。
揀配模式采用提4臺(tái)套提前一班（8小時(shí)）揀配模式，按照工位進(jìn)行配送。在兩個(gè)庫區(qū)分別設(shè)置了兩層的配盤區(qū)域，根據(jù)裝配工位數(shù)量及各工位裝配物料情況，對配盤區(qū)域的揀配托盤位置進(jìn)行分配，揀配過程中采用led顯示屏+rf手持終端模式進(jìn)行人工作業(yè)。北自所根據(jù)各工位裝配物料情況，配合用戶設(shè)計(jì)了多種不同的配送容器，采用多層存放，提高容器使用效率，減少線邊容器數(shù)量，最終提高了agv系統(tǒng)的搬運(yùn)效率。
質(zhì)量問題，現(xiàn)在則是用生產(chǎn)管理系統(tǒng)（mes），每一個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目都標(biāo)準(zhǔn)化、電子化，以前在本子上的內(nèi)容都作為數(shù)據(jù)錄入pda和平板電腦等終端。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，系統(tǒng)就會(huì)第一時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)不合格處理流程，將情況發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人?！霸诓缓细衿房刂屏鞒讨械母綦x、評審等6個(gè)環(huán)節(jié)，保證每道工序的每個(gè)產(chǎn)品在下一道工序前合格?！倍鴶?shù)據(jù)的錄入則會(huì)為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供可靠依據(jù)。三一的自制件可以具體查到是某臺(tái)產(chǎn)品零部件，制作時(shí)間、制作地點(diǎn)和工位、制作人、制作條件等信息，供應(yīng)商提供的零部件則是可以查到批次和反饋。3.4
智能化生產(chǎn)控制中心
3.4.1中央控制室
1.生產(chǎn)計(jì)劃及執(zhí)行情況、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)統(tǒng)
計(jì)圖；
2.智能計(jì)劃系統(tǒng)操作界面；
3.生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、看板展示及異常報(bào)警； 4.各區(qū)域監(jiān)控信息；
5.設(shè)計(jì)部日常操作（支持10路信號同時(shí)切
入）；
6.各區(qū)域監(jiān)控信息；
7.物流部日常操作（支持10路信號同時(shí)切
入）；
8.質(zhì)量部日常操作（支持10路信號同時(shí)切
入）。3.4.2
現(xiàn)場監(jiān)視裝置
全方位的工廠車間監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過
程的全面監(jiān)控和記錄，保證生產(chǎn)現(xiàn)場的安全，以及現(xiàn)場事故的追溯和回放。3.4.3 現(xiàn)場andon andon系統(tǒng)能夠?yàn)椴僮鲉T停止生產(chǎn)線提供一套新的、更加有效的途徑。在傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)線上，如果發(fā)生故障，整條生產(chǎn)線立即停止。采用了andon系統(tǒng)之后，一旦發(fā)生問題，操作員可以在工作站拉一下繩索或者按一下按鈕，觸發(fā)相應(yīng)的聲音和點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，提示監(jiān)督人員立即找出發(fā)生故障的地方以及故障的原因。一般來說，不用停止整條生產(chǎn)線就可以解決問題，因而可以減少停工時(shí)間同時(shí)又提高了生產(chǎn)效率。
andon系統(tǒng)的另一個(gè)主要部件是信息顯示屏。每個(gè)顯示面板都能夠提供關(guān)于單個(gè)生產(chǎn)線的信息，包括生產(chǎn)狀態(tài)、原料狀態(tài)、質(zhì)量狀況以及設(shè)備狀況。顯示器同時(shí)還可以顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如目標(biāo)輸出、實(shí)際輸出、停工時(shí)間以及生產(chǎn)效率。根據(jù)顯示器上提供的信息，操作員可以更加有效的開展工作。智能工廠理念
所謂“六維智能理論”，就是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國國情的智能工廠。4.1 行業(yè)背景
“工業(yè)4.0”被認(rèn)為是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命或是工業(yè)體系革命性的生產(chǎn)方法，而智能工廠將是構(gòu)成未來工業(yè)體系的一個(gè)關(guān)鍵特征。在智能工廠里，人、機(jī)器和資源如同在一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)里自然地相互溝通協(xié)作，生產(chǎn)出來的智能產(chǎn)品能夠理解自己被制造的細(xì)節(jié)以及將如何使用，能夠回答“哪組參數(shù)被用來處理我”、“我應(yīng)該被傳送到哪里”等問題。同時(shí)，智能輔助系統(tǒng)將從執(zhí)行例行任務(wù)中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動(dòng)；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實(shí)現(xiàn)更好地結(jié)合，個(gè)體顧客的需求將得到滿足。德國工業(yè)4.0、美國ge工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均是“工業(yè)4.0”的典范，但中國有自己特殊的國情，中國制造企業(yè)打造智能工廠，不能完全照搬國外模式，而是既要緊跟國際先進(jìn)理念，還要符合中國企業(yè)的實(shí)際情況[13]。
4.2
概念內(nèi)涵
美國與德國的工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略核心均為cps（cyber-physical system）系統(tǒng)，是典型的二元戰(zhàn)略。美國是c(cyber，包括：數(shù)字、信息、網(wǎng)絡(luò)等虛擬世界)+p(physical，包括機(jī)器、設(shè)備、設(shè)施等實(shí)體世界)，德國是p+c，兩國均是基于高素質(zhì)勞動(dòng)者、國家人力匱乏、企業(yè)高協(xié)同化、高法制化的基礎(chǔ)之上而提出的戰(zhàn)略；而中國裝備水平較美國和德國有一定差距，數(shù)據(jù)采集分析決策能力也有局限，但中國具有人力資源優(yōu)勢，所以應(yīng)該充分挖掘人的作用。因此，中國制造企業(yè)推進(jìn)工業(yè)發(fā)展不能完全照搬發(fā)達(dá)國家的二元戰(zhàn)略，更宜采用cpps（cyber-person-physical system）人機(jī)網(wǎng)三元戰(zhàn)略，充分體現(xiàn)人的能動(dòng)作用。
圖7
所謂“三元戰(zhàn)略”，包括勞動(dòng)者及其技能、素養(yǎng)、精神、組織、管理等，cpps戰(zhàn)略體現(xiàn)了以人為本，繼續(xù)發(fā)揮與挖掘了中國在人力資源方面的優(yōu)勢，揚(yáng)長補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)人與賽博、物理虛實(shí)兩世界的融合和迭代發(fā)展，構(gòu)建以賽博智能為目的的人機(jī)網(wǎng)三元戰(zhàn)略方案更符合中國國情[14]。
所謂“六維智能理論”，就是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個(gè)方面包括：
1.智能計(jì)劃排產(chǎn)，是從計(jì)劃源頭上集成erp，進(jìn)行aps高級排產(chǎn)。
2.智能生產(chǎn)協(xié)同，從生產(chǎn)準(zhǔn)備過程上，實(shí)現(xiàn)
物料、刀具、工裝、工藝的并行協(xié)同準(zhǔn)備。3.智能的設(shè)備互聯(lián)互通，是cps信息物理系
統(tǒng)的典型體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)化通訊、程序集中管理、設(shè)備狀
態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等。4.智能資源管理，包括對物料、設(shè)備、刀具、量具、夾具等生產(chǎn)資源進(jìn)行精益化管理、庫存智能預(yù)警等。
5.智能質(zhì)量過程管控，是對影響產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
6.智能決策支持，是基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，形成管理的閉環(huán)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高效生產(chǎn)模式。
總之，通過以上6個(gè)方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計(jì)劃科學(xué)化、生產(chǎn)過程協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備與信息化的深度融合，并通過基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對企業(yè)進(jìn)行透明化、量化的管理，可明顯提升企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，是一種很好的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能生產(chǎn)模式。
圖8 4.3
應(yīng)用前景
“六維智能”分別從計(jì)劃源頭、過程協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等6個(gè)方面著手實(shí)現(xiàn)智能工廠，這6個(gè)方面涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)的6個(gè)重要環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)全面的精細(xì)化、精準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化智能化管理與控制，通過底層設(shè)備的互聯(lián)互通、基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持、可視化展現(xiàn)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中的透明化協(xié)同管理、數(shù)控設(shè)備智能化的互聯(lián)互通、智能化的生產(chǎn)資源管理、智能化的決策支持，從而全方位達(dá)到智能化的生產(chǎn)過程管理與控制[15]。
從“六維智能”解決方案在青島海爾模具有限公司的實(shí)際應(yīng)用效果來看，較好地達(dá)到了智能化生產(chǎn)過程管理與控制的目的。該系統(tǒng)是專門為海爾模
具定制的，是海爾模具生態(tài)圈的主要組成部分，系統(tǒng)以生產(chǎn)設(shè)備為核心，從設(shè)備底層層面實(shí)現(xiàn)了機(jī)床、對刀儀等設(shè)備的互聯(lián)互通與大數(shù)據(jù)分析，從生產(chǎn)管理層面實(shí)現(xiàn)了協(xié)同準(zhǔn)備并行作業(yè)，從展現(xiàn)層面實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息的可視化。實(shí)施本系統(tǒng)后，操作工的作業(yè)效率從原來1個(gè)人管理3臺(tái)設(shè)備提升到7～8臺(tái)設(shè)備，設(shè)備利用率提升25%以上，使生產(chǎn)管理更加透明、科學(xué)、高效，應(yīng)用效果比較明顯，在海爾模具的數(shù)字化制造與管理中發(fā)揮了重要的作用。工業(yè)4.0落地戰(zhàn)略
“工業(yè)4.0”不同的人從不同維度來解讀，涉及到國家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略、企業(yè)發(fā)展等不同的層面。就從企業(yè)的層面去研究，看看企業(yè)層面實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0該怎么做，怎么走，有沒有路線圖？
近期，隨著“工業(yè)4.0”的在網(wǎng)絡(luò)上越炒越熱，我國也推出了“中國制造2025”戰(zhàn)略，在國家戰(zhàn)略需求的驅(qū)動(dòng)下，中國對于制造大國向制造強(qiáng)國的邁進(jìn)之路也陡然提速，這將對中國制造轉(zhuǎn)型升級打通主動(dòng)脈。就企業(yè)層面來說中國版工業(yè)4.0如何落地將成為重點(diǎn)，如何通過信息技術(shù)和制造技術(shù)的深度融合，打通一切、聯(lián)通一切是企業(yè)信息化建設(shè)的目標(biāo)[16]。
工業(yè)4.0是什么？每個(gè)人站在不同的角度會(huì)有不同的理解，是互聯(lián)、集成(縱向、橫向、端到端)、數(shù)據(jù)、創(chuàng)新、服務(wù)、轉(zhuǎn)型或是cps、是智能工廠、是智能制造亦或是國家戰(zhàn)略、企業(yè)目標(biāo)。工業(yè)4.0核心內(nèi)容就是建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、三項(xiàng)集成、大數(shù)據(jù)分析、八項(xiàng)計(jì)劃和研究兩個(gè)主題。
5.1
建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)：信息物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（cps）
cps是英文cyberphysical system的縮寫，就是講物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計(jì)算能力有效的運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。
圖9 5.2
三個(gè)集成
工業(yè)4.0中的三項(xiàng)集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過cps形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。5.2.1 縱向集成
縱向集成主要解決企業(yè)內(nèi)部的集成，即解決信息孤島的問題，解決信息網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備之間的聯(lián)通問題。5.2.2 橫向集成
橫向集成主要實(shí)現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與售出產(chǎn)品之間（如車聯(lián)網(wǎng)）的協(xié)同，將企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務(wù)信息向企業(yè)以外的供應(yīng)商、經(jīng)銷商、用戶進(jìn)行延伸，實(shí)現(xiàn)人與人、人與系統(tǒng)、人與設(shè)備之間的集成，從而形成一個(gè)智能的虛擬企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。制造業(yè)普遍存在的工程變更協(xié)同流程就是這樣一個(gè)典型的橫向集成應(yīng)用場景。5.2.3 端到端的集成
端到端集成就是把所有該連接的端頭（點(diǎn)）都集成互聯(lián)起來，通過價(jià)值鏈上不同企業(yè)資源的整合，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、物流配送、使用維護(hù)的產(chǎn)品全生命周期的管理和服務(wù)，它以產(chǎn)品價(jià)值鏈創(chuàng)造集成供應(yīng)商（一級、二級、三級??）、制造商（研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工、配送）、分銷商（一級、二級、三級??）以及客戶信息流、物流和資金流，在為客戶提供更有價(jià)值的產(chǎn)品和服務(wù)同時(shí)，重構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的價(jià)值體系。
端到端的集成即可以是內(nèi)部的縱向集成內(nèi)容，也可以是外部的企業(yè)與企業(yè)之間的橫向集成內(nèi)容，關(guān)注點(diǎn)在流程的整合上，比如提供用戶訂單的全程跟蹤協(xié)同流程，將用戶、企業(yè)、第三方物流、售后服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期服務(wù)的端到端集成。
橫向、縱向、端到端三個(gè)集成的實(shí)現(xiàn)，不論技術(shù)層面還是業(yè)務(wù)層面在soa信息集成都能找到相應(yīng)的解決方案。5.3
大數(shù)據(jù)分析利用
“工業(yè)4.0”時(shí)代，制造企業(yè)的數(shù)據(jù)將會(huì)呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢。隨著信息物理系統(tǒng)（cps）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會(huì)帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產(chǎn)裝備、感知設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會(huì)滲透到企業(yè)運(yùn)營、價(jià)值鏈乃至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。
總體來說，工業(yè)4.0關(guān)注的企業(yè)數(shù)據(jù)分為四類： 5.3.1
產(chǎn)品數(shù)據(jù)
包括設(shè)計(jì)、建模、工藝、加工、測試、維護(hù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件配置關(guān)系、變更記錄等數(shù)據(jù)。產(chǎn)品的各種數(shù)據(jù)被記錄、傳輸、處理和加工，使得產(chǎn)品全生命周期管理成為可能，也為滿足個(gè)性化的產(chǎn)品需求提供了條件。5.3.2
運(yùn)營數(shù)據(jù)
運(yùn)營包括組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)管理、生產(chǎn)設(shè)備、市
場營銷、質(zhì)量控制、生產(chǎn)、采購、庫存、目標(biāo)計(jì)劃、電子商務(wù)等數(shù)據(jù)。工業(yè)生產(chǎn)過程的無所不在的傳感、連接，帶來了無所不在的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)創(chuàng)新企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營、營銷和管理方式。5.3.3
價(jià)值鏈數(shù)據(jù)
包括客戶、供應(yīng)商、合作伙伴等數(shù)據(jù)。企業(yè)在當(dāng)前全球化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境中參與競爭，需要全面地了解技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)作業(yè)、采購銷售、服務(wù)、內(nèi)外部后勤等環(huán)節(jié)的競爭力要素。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得價(jià)值鏈上各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和信息能夠被深入分析和挖掘，為企業(yè)管理者和參與者提供看待價(jià)值鏈的全新視角，使得企業(yè)有機(jī)會(huì)把價(jià)值鏈上更多的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為企業(yè)的戰(zhàn)略優(yōu)勢。例如，汽車公司大數(shù)據(jù)提前預(yù)測到哪些人會(huì)購買特定型號的汽車，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)客戶的響應(yīng)率提高了15%至20%，客戶忠誠度提高7%。5.3.4 外部數(shù)據(jù)
包括經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、行業(yè)、市場、競爭對手等數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對外部環(huán)境變化所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)必須充分掌握外部環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀以增強(qiáng)自身的應(yīng)變能力。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在宏觀經(jīng)濟(jì)分析、行業(yè)市場調(diào)研中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為企業(yè)提升管理決策和市場應(yīng)變能力的重要手段。
工業(yè)4.0落地中國企業(yè)，工業(yè)大數(shù)據(jù)是一項(xiàng)重要抓手。利用工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，可以找出隱性的問題并預(yù)測未知情況的發(fā)生，有助于及時(shí)地做好預(yù)防，避免故障和偏差。結(jié)論
以三一重工18號工廠作為研究對象.對其運(yùn)作方式、運(yùn)作特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進(jìn)一步得出了智能工廠的框架，為系統(tǒng)化建設(shè)智能工廠打下了基礎(chǔ)。主要的研究結(jié)論如下：
1.在理論上對數(shù)字化工廠、智能工廠和智能制造進(jìn)行了分析指出，要又好又快地發(fā)展智能工廠就必須先建設(shè)好數(shù)字化工廠。
2.對比三一重工18號工廠實(shí)現(xiàn)智能化之后生產(chǎn)效率得到提升，直觀地反映了智能化對制造業(yè)帶來的好處。
3.通過對18號工廠的生產(chǎn)線、物流系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制中心進(jìn)行分析，找到了工廠可實(shí)現(xiàn)智能化的內(nèi)在基因。也就是在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)+遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個(gè)方面打造適合中國國情的智能工廠(1)。
4.概括了智能工廠的框架，提出了運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，做好cps和三個(gè)集成是實(shí)現(xiàn)智能工廠的前提條件，而智能工廠的標(biāo)志就是生產(chǎn)流程智能化，生產(chǎn)設(shè)備動(dòng)態(tài)適應(yīng)個(gè)性化的產(chǎn)品需求。
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智能制造考研篇五
船舶智能制造
摘要：當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇艱難曲折、全球航運(yùn)市場持續(xù)低迷、造船產(chǎn)能面臨著嚴(yán)重過剩，市場競爭激烈。在這種形勢下，振興制造業(yè)，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整、全面轉(zhuǎn)型升級、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)快速邁向高端，已成為全行業(yè)的共識。當(dāng)前，我國船舶制造行業(yè)處于一個(gè)變革的時(shí)代。新一輪的工業(yè)變革已經(jīng)開始，而其中，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化作為革命的核心力量。這場“智”造革命所帶來的風(fēng)暴，將深刻影響著我國造船業(yè)的未來。
關(guān)鍵詞：船舶；智能制造；數(shù)字化；自動(dòng)化 1.引言
西方發(fā)達(dá)國家振興制造業(yè)走的是一條新路子，主要是依靠科技創(chuàng)新，搶占國際產(chǎn)業(yè)競爭制高點(diǎn)、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心競爭力，謀求未來發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。以智能化為核心的裝備制造業(yè)變革正牽引著傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展革命性的演變，正推動(dòng)著全球新一輪科技創(chuàng)新高峰的形成。
德、英、日等國家相繼推出一系列重振制造業(yè)的重大舉措，力圖在知識技術(shù)密集的高端制造業(yè)重塑競爭優(yōu)勢。如“工業(yè) 4.0”是德國政府推出的《高技術(shù)戰(zhàn)略 2020》十大未來項(xiàng)目之一。作為一個(gè)風(fēng)靡全球的概念，“工業(yè) 4.0”提供了工業(yè)制造的新思維，被稱為是繼蒸汽機(jī)應(yīng)用、規(guī)?；a(chǎn)和電氣、電子信息技術(shù)等三次工業(yè)革命后的第四次工業(yè)革命，其特征是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以預(yù)測技術(shù)為核心的智能制造使用，目的是大幅度提高產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)行的質(zhì)量和效率，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型。此外，美國提出了“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”，日本提出組建科技工 業(yè)聯(lián)盟，英國提出了“工業(yè) 2050”。最近，中國也公布了中國版的“工業(yè) 4.0”，即“中國制造 2025”規(guī)劃，并提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃。
專家表示，我國要著力改變造船業(yè)“大而不強(qiáng)”的局面，就要依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，推動(dòng)中國造船業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)智能化。而“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃和“中國制造 2025”戰(zhàn)略的提出，為我國造船業(yè)實(shí)現(xiàn)從“量”到“質(zhì)”的轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了機(jī)遇，同時(shí)也帶來重大挑戰(zhàn)。
2.智能制造介紹
“工業(yè)4.0”是繼蒸汽機(jī)應(yīng)用（機(jī)械時(shí)代）、電子信息技術(shù)（電氣時(shí)代）和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（信息時(shí)代）之后的第四次工業(yè)革命，最早在2013年4月的德國漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式提出，與美國通過程序提升“先進(jìn)制造業(yè)”、推進(jìn)“柔性制造系統(tǒng)”有異曲同工之妙。“工業(yè)4.0”為中國經(jīng)濟(jì)特別是制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級、結(jié)構(gòu)調(diào)整指明了發(fā)展方向?！肮I(yè)4.0”其特征是基于信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)服務(wù)，通過大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算，以預(yù)測技術(shù)為核心來指導(dǎo)高效高品質(zhì)生產(chǎn)的智能制造和應(yīng)用，目的是大幅度地提高產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)行的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能生產(chǎn)和流通消費(fèi)相融合的革命性方法，將徹底推動(dòng)傳統(tǒng)制造工業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型升級。
智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及人工智能的基礎(chǔ)上，通過感知、人機(jī)交互、決策、執(zhí)行和反饋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程、制造過程和企業(yè)管理及服務(wù)的智能化，是信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合與集成。
智能化和自動(dòng)化的最大區(qū)別在于知識的含量。智能制造是基于科學(xué)而非僅憑經(jīng)驗(yàn)的制造，科學(xué)知識是智能化的基礎(chǔ)。因此，智能制造包含物質(zhì)的和非物質(zhì)的處理過程，不僅具有完善和快捷響應(yīng)的物料供應(yīng)鏈，還需要有穩(wěn)定且強(qiáng)有力的知識供應(yīng)鏈和產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，源源不斷地提供高素質(zhì)人才和工業(yè)需要的創(chuàng)新成果，發(fā)展高附加值的新產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)不斷轉(zhuǎn)型升級。
智能制造是可持續(xù)發(fā)展的制造模式，它借助計(jì)算機(jī)建模仿真和信息通信技術(shù)的巨大潛力，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程，大幅度減少物質(zhì)資源和能源的消耗以及各種廢棄物的產(chǎn)生，同時(shí)實(shí)現(xiàn)循環(huán)再用，減少排放，保護(hù)環(huán)境。3.船舶智能制造
“船舶工業(yè)4.0”，需要在現(xiàn)有信息化、自動(dòng)化條件下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)—實(shí)體融合架構(gòu)，通過適應(yīng)于各類用戶需求的評估、分析、預(yù)測和優(yōu)化體系，以“多源數(shù)據(jù)條件下的多維評估與預(yù)測、實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期的中國船舶工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈，從而使得中國船舶工業(yè)未來能夠更好地以市場為導(dǎo)向，以智能船舶為紐帶，走向定制規(guī)?；⒐芾砭?xì)化、服務(wù)高效化，以更好地創(chuàng)造和實(shí)現(xiàn)新價(jià)值。“船舶工業(yè)4.0”將促使造船廠借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能取代封閉性的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，成為未來船舶工業(yè)的根基，徹底使我國由造船大國向造船強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。雖然“船舶工業(yè)4.0”還在探索，但新的變革浪潮必然會(huì)席卷而來，企業(yè)只有占得先機(jī)才能成為行業(yè)的引領(lǐng)者。
智能制造是自動(dòng)化制造未來發(fā)展的方向，是信息化和自動(dòng)化的高度集成，具有智能化、柔性化和高度集成化。船舶智能制造是指實(shí)現(xiàn)船舶制造工業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的最優(yōu)化、智能化和自動(dòng)化。涉及到的智能技術(shù)主要包括：新型的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、先進(jìn)的控制和優(yōu)化技術(shù)、基于虛擬現(xiàn)實(shí)的故障診斷與維護(hù)技術(shù)、基于 rfid 芯片的識別技術(shù)、特殊工藝和精密制造技術(shù)以及安全技術(shù)等。3.1智能船舶系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
智能船舶不是單指船舶實(shí)體本身，而是一套完整的系統(tǒng)，其核心技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)和智能船舶融合、岸海一體的智能信息服務(wù)體系。智能船舶系統(tǒng)是通過設(shè)計(jì)企業(yè)、制造企業(yè)、運(yùn)營企業(yè)和服務(wù)企業(yè)之間的信息共享，構(gòu)建一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、智能化和服務(wù)化”的網(wǎng)絡(luò)和智能船舶的融合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營到服務(wù)的全流程體系的協(xié)同，建立船舶全生命周期的產(chǎn)業(yè)鏈，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的分析挖掘，為企業(yè)創(chuàng)造新的價(jià)值。智能船舶系統(tǒng)主要包括：智能設(shè)計(jì)、智能制造、智能船舶、智能操作、智能運(yùn)營、智能服務(wù)以及云計(jì)算平臺(tái)七大模塊，如圖1 所示。
圖1 智能船舶系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
智能船舶系統(tǒng)構(gòu)建在云計(jì)算平臺(tái)之上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云存儲(chǔ)以及大數(shù)據(jù)的分析與挖掘，系統(tǒng)以智能船舶實(shí)體為核心，涉及智能船舶的設(shè)計(jì)、制造、操縱、運(yùn)營以及服務(wù)各功能模塊，涵蓋了智能船舶從設(shè)計(jì)制造到報(bào)廢淘汰的整個(gè)生命周期數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用。智能船舶系統(tǒng)的生命周期如圖2 所示。
圖2 智能船舶系統(tǒng)生命周期
智能船舶系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
1）系統(tǒng)性。智能船舶系統(tǒng)不再單指船舶實(shí)體本身，它是由多個(gè)子系統(tǒng)集成的船舶與岸基一體化智能信息服務(wù)體系，主要包括船舶設(shè)計(jì)、制造、操作、運(yùn)營、服務(wù)等系統(tǒng)。
2）網(wǎng)絡(luò)性。系統(tǒng)的基礎(chǔ)是基于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，借鑒傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與船舶、船舶與岸基、岸基與云中心等的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)信息共享、遠(yuǎn)程控制與通信交流等。
3）智能性。智能船舶系統(tǒng)是一個(gè)多智能體系統(tǒng)，通過云計(jì)算平臺(tái)對船舶相關(guān)大數(shù)據(jù)的分析、預(yù)測、評估、推理等，實(shí)現(xiàn)正確的決策，通過傳感技術(shù)、虛擬技術(shù)、識別技術(shù)等理論方法，實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)、制造、操縱、運(yùn)營、服務(wù)過程的智能化。
4）協(xié)同性。智能船舶系統(tǒng)涵蓋了船舶設(shè)計(jì)企業(yè)、制造企業(yè)、運(yùn)營企業(yè)以及服務(wù)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)信息共享，企業(yè)之間可以相互提出請求和提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)作與競爭，共同發(fā)展。5）柔韌性。系統(tǒng)能夠適應(yīng)快速變化的船舶設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營和服務(wù)需求，通過大數(shù)據(jù)分析和溝通交流，能夠?qū)ψ兓氖袌鲂枨笞龀黾皶r(shí)的反應(yīng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
6）追溯性。系統(tǒng)對船舶從設(shè)計(jì)、制造、使用、淘汰的全過程進(jìn)行跟蹤，對船舶出現(xiàn)的問題能夠及時(shí)的追溯和處理。
7）服務(wù)性。智能船舶系統(tǒng)是船舶與岸基一體化的智能信息服務(wù)體系，能夠及時(shí)提供各種增值服務(wù)，從設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)、維修、物流等全方位提供不同的服務(wù)需求。3.2數(shù)字化造船
3.2.1數(shù)據(jù)集成平臺(tái)技術(shù)
船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)，它規(guī)范了信息交換和系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)及接口定義等，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供良好的系統(tǒng)接口、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境和嚴(yán)格的管理界面。船舶信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中處理機(jī)、智能傳感器和帶有數(shù)字化接口的設(shè)備物理地分布于船上的各個(gè)部位，各自獨(dú)立運(yùn)行，它們通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，構(gòu)成一個(gè)分布式系統(tǒng)。該系統(tǒng)又是通過集成支撐環(huán)境將各個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)連通集成進(jìn)行信息交換和消息傳遞，形成一個(gè)有機(jī)的整體。船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)負(fù)責(zé)除指控系統(tǒng)外其他所有信息的共享與交換。資源管理中心、控制中心、信息管理中心和操控臺(tái)之間的信息傳輸和消息傳遞統(tǒng)一通過船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)控制完成。
圖3船舶信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)的核心是任務(wù)管理調(diào)度子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)訪問中間件兩大部分，平臺(tái)本身也是作為中間件以通用組件的形式對應(yīng)用要求的功能提供支持，包括流程調(diào)度與控制、權(quán)限控制和數(shù)據(jù)訪問等支持。系統(tǒng)的最底層是各類分布的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。船舶平臺(tái)信息集成系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，任務(wù)管理調(diào)度子系統(tǒng)通過傳遞消息控制應(yīng)用系統(tǒng)中模塊的運(yùn)行演程、數(shù)據(jù)訪問中間件通過發(fā)送和接收數(shù)據(jù)控制應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程。權(quán)限控制子系統(tǒng)、任務(wù)與信息監(jiān)控子系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)流和控制流的監(jiān)控和控制完成自身的功能。3.2.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早由美國vpl research inc．公司提出的，涉及計(jì)算機(jī)、微電子、仿真與傳感測量等眾多高新技術(shù)，它是利用計(jì)算機(jī)在電腦上構(gòu)造出一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界相同或相似的環(huán)境，人們通過虛擬設(shè)備就可以與虛擬環(huán)境進(jìn)行交流互動(dòng)，就像在現(xiàn)實(shí)世界中一樣。人們不僅能從視覺上感知虛擬世界，同時(shí)也可以從嗅覺、聽覺甚至觸覺等方面來感知虛擬世界。在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造的虛擬世界是一個(gè)開放的環(huán)境，不僅能夠?qū)θ藗兺ㄟ^虛擬設(shè)備傳遞給它的信息做出反饋，還能夠讓人們“真實(shí)”地感知虛擬環(huán)境下的虛擬實(shí)物。
虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要由五方面組成：虛擬引擎、輸入/輸出設(shè)備、軟件和數(shù)據(jù)庫、用戶以及任務(wù)，其中虛擬引擎和i/o設(shè)備是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的核心，他們之間是通過以下組成關(guān)系來完成虛擬任務(wù)的，如圖3所示：
圖3 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)組成部分
vr引擎是虛擬仿真系統(tǒng)的核心部位，通過讀取輸入設(shè)備中的數(shù)據(jù)信息，訪問與任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，完成相應(yīng)工作任務(wù)，最后通過輸出設(shè)備反饋任務(wù)結(jié)果。
i/o設(shè)備是實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境交互性的基礎(chǔ)。人們通過專門的數(shù)據(jù)接口給計(jì)算機(jī)發(fā)送命令，同時(shí)計(jì)算機(jī)也會(huì)將實(shí)時(shí)的模擬信息反饋給用戶。比較常見的i/o設(shè)備有三維位置跟蹤器，即傳感衣、三維聲音發(fā)生器、數(shù)據(jù)傳感手套等。
軟件和數(shù)據(jù)庫，根據(jù)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)不同，目前虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的vr仿真軟件
有很多種，軟件和數(shù)據(jù)庫的主要功能有兩部分：
1)建立虛擬對象的幾個(gè)模型，根據(jù)需要也可以加入物理屬性和行為特性，同時(shí)構(gòu)造虛擬對象層次結(jié)構(gòu)，建立i/o設(shè)備到虛擬場景的映射。
2)創(chuàng)建虛擬環(huán)境，創(chuàng)建連通應(yīng)用程序與虛擬世界的數(shù)據(jù)接口，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。任務(wù)指的是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)需要完成的命令和工作。傳統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要運(yùn)用在教育、娛樂、醫(yī)療和軍事，新型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要運(yùn)用在機(jī)器人、制造業(yè)和信息可視化等領(lǐng)域。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)主要通過四個(gè)方面來表現(xiàn)，他們之間的關(guān)系如圖4所示：
圖4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)
多感知性：所謂多感知性就是除了一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺感知之外，還擁有其他方面的感知，比如聽覺感知、觸覺感知、嗅覺感知、味覺感知、甚至運(yùn)動(dòng)感知等。沉浸感：沉浸感是指計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境讓人有一種真實(shí)的存在感，猶如身臨其境，所有感知就像在真實(shí)世界一樣。要有沉浸感，除了逼真的三維模型，還必須有人機(jī)交互作用才能夠?qū)崿F(xiàn)。
想象性：在進(jìn)入虛擬環(huán)境時(shí)，不僅僅是依靠外設(shè)的一些虛擬設(shè)備，像數(shù)據(jù)手套之類的來提供沉浸感，同時(shí)也要通過想象把虛擬的環(huán)境構(gòu)造出來，想象性從一方面也表達(dá)了作者的設(shè)計(jì)思路。
交互性：虛擬環(huán)境是一個(gè)開放的環(huán)境，它能通過人們輸入的信息感知人們的意愿，并做出相應(yīng)的反饋，交互性的優(yōu)劣主要由實(shí)時(shí)性和自然性來體現(xiàn)。
在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，國際市場競爭非常激烈，尤其是工程制造領(lǐng)域。新技術(shù)、新產(chǎn)品日新月異，這對新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)和制造提出了更高的要求，企業(yè)要在這樣嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)下生存發(fā)展，就必須有全新的、強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是工程制造領(lǐng)域未來發(fā)展的技術(shù)力量。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)最早是由國外提出的，經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)在航空航天、汽車制造、醫(yī)療康復(fù)、教育娛樂以及軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而我國在上世紀(jì)九十年代，工程界和科學(xué)界才開始關(guān)注虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和開發(fā)，雖然起步較晚，但是信息技術(shù)的快速發(fā)展和信息共享，目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國的各個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)國內(nèi)的科研院所和高校也在不斷的對其進(jìn)行深入地研究。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程制造業(yè)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品裝配工藝過程的優(yōu)化確定。產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)又分為三個(gè)方面：以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造技術(shù)、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造技術(shù)和以控制為中心的虛擬制造技術(shù)。4.船廠項(xiàng)目案例
4.1南通中遠(yuǎn)川崎船舶智能制造項(xiàng)目案例
南通中遠(yuǎn)川崎的船舶制造智能車間建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了各加工系列的智能制造，達(dá)到工裝自動(dòng)化、工藝流水化、控制智能化、管理精益化，保障了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，縮短了加工周期，極大地提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量和建造效率達(dá)到世界先進(jìn)水平。
南通中遠(yuǎn)川崎在船舶智能化制造方面，率開國內(nèi)先河，高度自動(dòng)化的流水作業(yè)生產(chǎn)線加上柔性化的船舶生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)了船舶制造的自動(dòng)化操作和流水式作業(yè)。
1．型鋼生產(chǎn)線
型鋼是船體常川部材之一，原先的生產(chǎn)方式．從畫線、寫字到切割、分料．完全采用手工作業(yè)，效率低。周期長．勞動(dòng)強(qiáng)度大，且難免出現(xiàn)誤操作。型鋼自動(dòng)化生產(chǎn)線建成后．實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)料一切割一自動(dòng)分揀一成材分類疊放全過程的智能制造．包括物料信息傳輸和物料切割智能化以及物料分類感知智能化．配員由原來的20人減少為7人．有效減少了人工成本，縮短了生產(chǎn)周期．降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，為后續(xù)擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。
2．條材機(jī)器人生產(chǎn)線
條材是分段制造的主要部材之一，它的特點(diǎn)是數(shù)量多，大部分部材比較短小原來的生產(chǎn)方式．包括畫線、寫字、開條、端部切割、打磨、分料等全是手工作業(yè)．效率低．生產(chǎn)周期長，容易出錯(cuò)。條材機(jī)器人生產(chǎn)線的投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了信息傳輸和物料傳輸感知智能化以及加工智能化．配員南原來的22人減少為8人，提高了生產(chǎn)效率．縮短了生產(chǎn)周期，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度． 3．先行小組立機(jī)器人生產(chǎn)線
盡管造船中厚板電弧焊接實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)困難很多，但南通巾遠(yuǎn)川崎還是從最簡單的先行小組材開始，推進(jìn)機(jī)器人焊接。傳統(tǒng)的制造方式是，鋼板在定盤上全面鋪開。一塊一塊地裝配、焊接、翻身、背燒，占用面積大，制造周期長．效率低。先行小組立機(jī)器人生產(chǎn)線投產(chǎn)后．實(shí)現(xiàn)了工件傳輸和焊接智能化，以及自動(dòng)背燒、自動(dòng)工件出料．整條生產(chǎn)線僅配一名員員操作，配員減少一半以上。流水線生產(chǎn)方式是工業(yè)化大生產(chǎn)的必然要求．對造船業(yè)而言．車間內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)的流水線化將是今后實(shí)施船舶智能制造的一個(gè)重要發(fā)展方向。目前南通中遠(yuǎn)川崎已實(shí)施了大艙肋骨生產(chǎn)線、y龍筋生產(chǎn)線、焊接裝置等數(shù)個(gè)半自動(dòng)化生產(chǎn)線技改項(xiàng)目，取得了良好的效果。
4．智能物流系統(tǒng)
采用“橫向到邊、縱向到底”的設(shè)計(jì)原則，建立了功能完善的智能物流系統(tǒng)，并與設(shè)計(jì)系統(tǒng)高度集成，從而將企業(yè)的人力、資金、信息、物料、設(shè)備、時(shí)間、方法等各方面資源充分調(diào)配和平衡，為企業(yè)加強(qiáng)財(cái)務(wù)管理、提高資金運(yùn)營水平、減少庫存、提高生產(chǎn)效率、降低成本等提供強(qiáng)有力的支持。
4.2金海重工打造智能船廠之路
船舶制造是一項(xiàng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，近年來，金海重工股份有限公司對其進(jìn)行數(shù)字化和智能制造的改造，以期把企業(yè)打造成先進(jìn)的智能船廠。目前，這項(xiàng)工作取得了一定進(jìn)展和成效。
攻堅(jiān)重點(diǎn)
金海重工在開始打造智能化船廠時(shí)，非常重視數(shù)字化基礎(chǔ)工作的落地。目前，金海重工主要圍繞以下3個(gè)核心開展工作：一是生產(chǎn)計(jì)劃管理與實(shí)施核心；二是物流核心；三是設(shè)計(jì)核心。
3個(gè)核心中有一個(gè)靈魂，就是生產(chǎn)計(jì)劃管理與實(shí)施。這項(xiàng)計(jì)劃管理工作不是一個(gè)數(shù)據(jù)管理，而是一個(gè)行為管理。它的里面包括了計(jì)劃的制訂和計(jì)劃實(shí)施的監(jiān)控，以及可控化的計(jì)劃的落實(shí)。此項(xiàng)工作是金海重工眾多數(shù)字化項(xiàng)目中比較通順的。船廠的物流情況通常十分復(fù)雜，不僅廠外供應(yīng)商物流復(fù)雜，而是廠內(nèi)各種配料、送料等情況也十分繁瑣。為此，金海重工搭建了一套完整的供應(yīng)鏈系統(tǒng)。這套供應(yīng)鏈系統(tǒng)從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)開始，包括設(shè)計(jì)、預(yù)算/規(guī)劃、供應(yīng)商、詢價(jià)/合同、送貨/質(zhì)檢、廠區(qū)物流、領(lǐng)導(dǎo)生產(chǎn)、托盤集配、倉諸管理等子項(xiàng)目。
金海重工十分重視設(shè)計(jì)工作，無圖紙化設(shè)計(jì)是其目前大力推廣的一項(xiàng)內(nèi)容。與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種工作，都離不開數(shù)據(jù)的支撐。為此，金海重工重點(diǎn)實(shí)施了把行為變成數(shù)據(jù)、讓數(shù)據(jù)變成可控狀態(tài)的一項(xiàng)工作。這項(xiàng)工作緊要，卻十分艱巨，僅其中一項(xiàng)編碼工作，就花了6個(gè)月的時(shí)間。注重工作協(xié)同船廠工作千端萬緒，若要做好工作，必須加強(qiáng)協(xié)同。
計(jì)劃生產(chǎn)
計(jì)劃生產(chǎn)這項(xiàng)工作，既涉及到銷售環(huán)節(jié)，又涉及到供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)，而且它最后要落實(shí)到工人的崗位——金海重工采用的是給每個(gè)工人發(fā)派工作包的形式。這個(gè)工作包就是每名工人在作業(yè)開始的時(shí)候就必須要明確的落實(shí)的工作內(nèi)容，包括工作對象、工作量、工作場地和工作中需要注意之處。
供應(yīng)鏈
金海重工的供應(yīng)鏈很長，包括從供應(yīng)商開始，經(jīng)計(jì)劃調(diào)度、項(xiàng)目管理到進(jìn)庫，及進(jìn)庫后的模塊化出庫。出庫兩個(gè)含義，一是外來產(chǎn)品組裝件的組合，另一個(gè)是廠內(nèi)產(chǎn)品和外來產(chǎn)品的組合——船舶行業(yè)稱之為“托盤管理”。托盤管理需要在物流環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)等供應(yīng)鏈中間充分地組合好?！巴斜P管理”中可能要涉及到上千個(gè)零部件，所以，這項(xiàng)工作的內(nèi)容也是數(shù)字化集成和邏輯關(guān)系的一種表現(xiàn)。
生產(chǎn)過程智能化
智能船廠的生產(chǎn)過程必須用自動(dòng)化和數(shù)據(jù)化來完成，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的成本降低、質(zhì)量提升和安全生產(chǎn)。目前，金海重工對此領(lǐng)域進(jìn)行積極而成功的探索。
鋼板自動(dòng)標(biāo)記
這項(xiàng)工作遠(yuǎn)非一般人認(rèn)為的買一塊鋼板然后在其上貼二維碼那么簡單。船廠在生產(chǎn)過程中會(huì)遇到一個(gè)很大的困難，鋼板進(jìn)廠后，必須進(jìn)行高溫高壓條件下的預(yù)處理。如果事先把二維碼貼在上面，那么鋼板預(yù)處理結(jié)束后，二維碼肯定消失了。所以，這就要求廠方加強(qiáng)鋼板預(yù)處理前的一個(gè)編碼控制。金海重工經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，解決了這個(gè)難題。鋼板在預(yù)處理之后，編碼也會(huì)留在上面，而且經(jīng)過多少道工序，都會(huì)被找到，甚至它與其他原配料結(jié)合一起成為一個(gè)零件，都會(huì)留有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
數(shù)控聯(lián)合集成
數(shù)控設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，傳統(tǒng)方式下都是單機(jī)操作，金海重工把它們改造成流水線作業(yè)組合的操作模式。目前在切割環(huán)節(jié)中進(jìn)行了成功的應(yīng)用。汽車行業(yè)是用機(jī)器人進(jìn)行切割，而金海重工根據(jù)自身生產(chǎn)的特點(diǎn)和需求，用了焊接組合的方式來進(jìn)行代替，取得了不錯(cuò)的效果。這種通過對現(xiàn)有設(shè)備以適應(yīng)智能制造要求的模式，在以后還有很大的發(fā)展空間。
柔性模具
船體的形狀多變，不同的船型，所以要根據(jù)實(shí)際情況運(yùn)用冷加工和熱加工。所以，船廠就要設(shè)計(jì)一個(gè)柔性模態(tài)。用同一個(gè)模態(tài)應(yīng)對所有船舶曲線、平面的加工。這其中數(shù)據(jù)的采集點(diǎn)和數(shù)據(jù)量，包括有線源的控制，金海重工投入很大精力才完成。
自動(dòng)涂裝系統(tǒng)
涂裝工序是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)工作，企業(yè)面臨招不到工人從事此項(xiàng)工作的困境。涂裝的機(jī)器人作為一種理想的解決方案，在船廠向智能化推進(jìn)過程還面臨著一些問題，金海重工目前正存積極研究，博采眾長，準(zhǔn)備攻克這個(gè)難題。5.結(jié)語
船舶智能制造，需要在現(xiàn)有信息化、自動(dòng)化條件下構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)—實(shí)體融合架構(gòu)，通過適應(yīng)于各類用戶需求的評估、分析、預(yù)測和優(yōu)化體系，以“多源數(shù)據(jù)條件下的多維評估與預(yù)測、實(shí)現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期的中國船舶工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈，從而使得中國船舶工業(yè)未來能夠更好地以市場為導(dǎo)向，以智能船舶為紐帶，走向定制規(guī)模化、管理精細(xì)化、服務(wù)高效化，以更好地創(chuàng)造和實(shí)現(xiàn)新價(jià)值。船舶智能制造將促使造船廠借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能取代封閉性的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，成為未來船舶工業(yè)的根基，徹底使我國由造船大國向造船強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。雖然船舶智能制造還在探索，但新的變革浪潮必然會(huì)席卷而來，企業(yè)只有占得先機(jī)才能成為行業(yè)的引領(lǐng)者。
目前國內(nèi)船舶業(yè)尤其是海工裝備產(chǎn)品以型多量少、船東個(gè)性化要求高、船型復(fù)雜技術(shù)含量高著稱，但市場的低迷、傳統(tǒng)生產(chǎn)的瓶頸、高端技術(shù)的缺乏等越來越影響到船舶業(yè)的發(fā)展，以智能化為核心的裝備制造業(yè)變革正牽引著傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展革命性的演變，為船舶業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的智能化指明了方向：建立智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)和車間，使智能化設(shè)備機(jī)器代替人工操作的機(jī)器，搭建設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、采購一體化智能生產(chǎn)流程設(shè)施，通過云技術(shù)把所有生產(chǎn)資源都連接起來，使目前的半自動(dòng)化生產(chǎn)向智能化生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，促使船舶及海工產(chǎn)品向定制化、規(guī)?；?、管理精細(xì)化、以最小代價(jià)獲取最大利益的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)定制化與規(guī)?；€(gè)性化與普適化、虛擬與實(shí)體、微觀與宏觀、當(dāng)前與未來的結(jié)合。參考文獻(xiàn)
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