智能制造的內(nèi)涵及其系統(tǒng)架構(gòu)探究

1、一、智能制造的內(nèi)涵（一）概念關(guān)于智能制造的研究大致經(jīng)歷了三個階段：起始于20世紀(jì)80年代人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用，智能制造概念正式提出，發(fā)展于20世紀(jì)90年代智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)的提出，成熟于21世紀(jì)以來新一代信息技術(shù)條件下的“智能制造（SmartManufacturing）”。世紀(jì)80年代：概念的提出。1998年，美國賴特（PaulKenhWright）、伯恩（DavidAlanBourne）正式出版了智能制造研究領(lǐng)域的首本專

2、著《制造智能》（SmartManufacturing），就智能制造的內(nèi)涵與前景進行了系統(tǒng)描述，將智能制造定義為“通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機器人視覺和機器人控制來對制造技工們的技能與專家知識進行建模，以使智能機器能夠在沒有人工干預(yù)的情況下進行小批量生產(chǎn)”。在此基礎(chǔ)上，英國技術(shù)大學(xué)Williams教授對上述定義作了更為廣泛的補充，認(rèn)為“集成范圍還應(yīng)包括貫穿制造組織內(nèi)部的智能決策支持系統(tǒng)”。麥格勞希爾科技詞典將智能制造界定為，采用自適

3、應(yīng)環(huán)境和工藝要求的生產(chǎn)技術(shù)，最大限度的減少監(jiān)督和操作制造物品的活動?！?0世紀(jì)90年代：概念的發(fā)展。20世紀(jì)90年代，在智能制造概念提出不久后，智能制造的研究獲得歐、美、日等工業(yè)化發(fā)達(dá)國家的普遍重視，圍繞智能制造技術(shù)（IMT）與智能制造系統(tǒng)（IMS）開展國際合作研究。1991年，日、美、歐共同發(fā)起實施的“智能制造國際合作研究計劃”中提出：“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

4、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)”?！?1世紀(jì)以來：概念的深化。21世紀(jì)以來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，智能制造被賦予了新的內(nèi)涵，即新一代信息技術(shù)條件下的智能制造（SmartManufacturing）。2010年9月，美國在華盛頓舉辦的“21世紀(jì)智能制造的研討會”指出，智能制造是對先進智能系統(tǒng)的強化應(yīng)用，使得新產(chǎn)品的迅速制造，產(chǎn)品需求的動態(tài)

5、響應(yīng)以及對工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的實時優(yōu)化成為可能。德國正式推出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，雖沒明確提出智能制造概念，但包含了智能制造的內(nèi)涵，即將企業(yè)的機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到虛擬網(wǎng)絡(luò)—實體物理系統(tǒng)（CPS）。在制造系統(tǒng)中，這些虛擬網(wǎng)絡(luò)—實體物理系統(tǒng)包括智能機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，能夠相互獨立地自動交換信息、觸發(fā)動作和控制。綜上所述，智能制造是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)與先進自動化技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)

6、工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間和產(chǎn)品全生命周期的實時管理和優(yōu)化的新型制造系統(tǒng)。（二）特征智能制造的特征在于實時感知、優(yōu)化決策、動態(tài)執(zhí)行等三個方面：一是數(shù)據(jù)的實時感知。智能制造需要大量的數(shù)據(jù)支持，通過利用高效、標(biāo)準(zhǔn)的方法實（四）作用發(fā)展智能制造的核心是提高企業(yè)生產(chǎn)效率，拓展企業(yè)價值增值空間，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是縮短產(chǎn)品的研制周期。通過智能制造，產(chǎn)品從研發(fā)到上市、從下訂單到配送時間可以得以縮短。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測性維護為機器和工廠減少高昂

7、的停機時間，生產(chǎn)中斷時間也得以不斷減少。二是提高生產(chǎn)的靈活性。通過采用數(shù)字化、互聯(lián)和虛擬工藝規(guī)劃，智能制造開啟了大規(guī)模批量定制生產(chǎn)乃至個性化小批量生產(chǎn)的大門。三是創(chuàng)造新價值。通過發(fā)展智能制造，企業(yè)將實現(xiàn)從傳統(tǒng)的“以產(chǎn)品為中心”向“以集成服務(wù)為中心”轉(zhuǎn)變，將重心放在解決方案和系統(tǒng)層面上，利用服務(wù)在整個產(chǎn)品生命周期中實現(xiàn)新價值。二、國外智能制造系統(tǒng)架構(gòu)自美國20世紀(jì)80年代提出智能制造的概念后，一直受到眾多國家的重視和關(guān)注，紛紛將智能制造列

8、為國家級計劃并著力發(fā)展。目前，在全球范圍內(nèi)具有廣泛影響的是德國“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略和美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。（一）德國2013年4月，德國在漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其核心是通過信息物理系統(tǒng)（CPS）實現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實時連通、相互識別和有效交流，構(gòu)建一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的智能制造模式。在這種模式下，生產(chǎn)由集中向分散轉(zhuǎn)變，規(guī)模效應(yīng)不再是工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵因素；產(chǎn)品由趨同向個性的轉(zhuǎn)變，未來產(chǎn)品都將完全按照個人意愿進行

9、生產(chǎn)，極端情況下將成為自動化、個性化的單件制造；用戶由部分參與向全程參與轉(zhuǎn)變，用戶不僅出現(xiàn)在生產(chǎn)流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產(chǎn)和價值創(chuàng)造的全過程。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略提出了三個方面的特征：一是價值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成，即通過應(yīng)用CPS，加強企業(yè)之間在研究、開發(fā)與應(yīng)用的協(xié)同推進，以及在可持續(xù)發(fā)展、商業(yè)保密、標(biāo)準(zhǔn)化、員工培訓(xùn)等方面的合作；二是全價值鏈的縱向集成，即在企業(yè)內(nèi)部通過采用CPS，實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)、計劃、工藝到生產(chǎn)、服務(wù)的全價值鏈的

10、數(shù)字化；三是端對端系統(tǒng)工程，即在工廠生產(chǎn)層面，通過應(yīng)用CPS，根據(jù)個性化需求定制特殊的IT結(jié)構(gòu)模塊，確保傳感器、控制器采集的數(shù)據(jù)與ERP管理系統(tǒng)進行有機集成，打造智能工廠。2013年12月，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)表了《德國“工業(yè)4.0”標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》，其目標(biāo)是制定出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)，形成一個標(biāo)準(zhǔn)化的、具有開放性特點的標(biāo)準(zhǔn)參考體系，最終達(dá)到通過價值網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)不同公司間的網(wǎng)絡(luò)連接和集成。德國“工業(yè)4.0”提出的標(biāo)準(zhǔn)參考體系是一個通用模