智能制造概論與技術

1、智能制造概念與技術,,目錄,智能制造概述,1、智能制造含義 智能制造是研究制造活動中的信息感知與分析、知識表達與學習、智能決策與執(zhí)行的一門綜合交叉技術，是實現(xiàn)知識屬性和功能的必然手段。 智能制造是人類的智慧向制造裝備轉移的過程。,智能制造概述,2、智能制造技術的特點 (1)智能制造技術以實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高產(chǎn)品對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭力為目標。 &

2、#160;   (2)智能制造技術不局限于制造工藝，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，以及回收再生的全過程。     (3)智能制造強調技術、人、管理和信息的四維集成，不僅涉及到物質流和能量流，還涉及到信息流和知識流，即四維集成和四流交匯是智能制造技術的重要特點。 (4)智能制造技術更加重視制造過程組成和管理的合理化以及革新，

3、它是硬件、軟件、智能(人)與組織的系統(tǒng)集成。,智能制造概述,3、智能制造發(fā)展的歷史背景及發(fā)展狀況 3.1 智能制造發(fā)展的歷史背景 20世紀60年代后，由于市場經(jīng)濟的沖擊和信息革命的推動，世界范圍內的制造業(yè)正經(jīng)歷了一場重大的變革。 企業(yè)面臨的是一個多變得市場和越來越激烈的競爭環(huán)境，社會對產(chǎn)品的需求正從大批量產(chǎn)品專向多品種、小批量甚至單件產(chǎn)品上。企業(yè)必須對自身不斷進行改造以適應變化了的市場。因此，

4、智能制造技術正是為了適應以上市場變化的新型制造系統(tǒng)。,智能制造概述,3.2 國外智能制造發(fā)展狀況 美國政府將智能制造視為21世紀占領世界制造技術領先地位的基石。 1991~1992和1992~1993年度，美國國家科學基金（NSF）著重資助了有關智能制造的諸項研究。 卡內基梅隆大學（CMU）先后開發(fā)了車間調度系統(tǒng)（ISIS）、項目管理系統(tǒng)（CALLISTO）等項目。 1989年，D.A

5、.Boume組織完成了首臺智能加工工作站（IMW）的樣機。 日本東京大學Furkawa教授等人正式提出了智能制造系統(tǒng)（IMS）國際合作計劃，并于1990年被日本立案為國際共同研究開發(fā)項目。 2011，美國啟動“先進制造伙伴關系”（AMP）計劃。旨在打造關鍵國家安全工業(yè)的國內制造能力；縮短研制先進材料（用于制造產(chǎn)品）所需的時間；確立美國在下一代機器人技術領域的領導地位。,智能制造概述,2013年，德國政府提出

6、“工業(yè)4.0”的概念，旨在旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人因工程學的智慧工廠，在商業(yè)流程及價值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。,智能制造概述,3.2 國內智能制造發(fā)展狀況 我國在智能制造的研究方面起步較晚，但在這個領域的研究發(fā)展還是比較快的。目前絕大多數(shù)的研究集中在人工智能在制造業(yè)的各個領域的應用方面，如智能CAD、CAPP專家系統(tǒng)、機電設備的智能控制等等。 1989年在華中理科大學召開“

7、機械制造走向2000年——回顧、展望與對策”大會。 1990年，華中理科大學首次組建了IM學科組，積極跟蹤國際IMS的最新研究動態(tài)和從事IMS關鍵技術的預研工作。 2002年，國務院批準ARJ21-700飛機項目立項，已全面采用了三維數(shù)字化設計技術和并行工程方法，最終實現(xiàn)了大部段對接一次成功，飛機上天一次成功。 2012年4月，科技部發(fā)布《智能制造科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》，布局了基礎理論

8、與技術研究、智能化裝備、制造過程智能化成套技術與裝備、智能制造基礎技術與部件、系統(tǒng)與集 成 與重 大 示 范 應 用 等 五 項 重 點 任務。,智能制造概述,2015年，中國推出“中國制造2025”戰(zhàn)略，并將其定位于國家戰(zhàn)略。,智能制造技術,4、智能制造的關鍵技術 4.1 智能制造裝備的關鍵技術 4.1.1裝備運行狀態(tài)和環(huán)境的感知與識別技術 內容：這個技術主要對金屬切削機

9、床的加工精度、溫度、切削力、熱變形、應力應變、圖像信息等進行感知和識別。 目的：該技術目的在于研制具有高靈敏、高可靠、高精度的檢測環(huán)境信息的新型傳感器。,智能制造技術,4.1.2 性能預測和智能維護技術 內容：該技術主要對機床的刀具磨損情況、機床故障狀態(tài)、振動狀態(tài)、精度退化狀態(tài)進行智能預測和維護。 目的：該技術的目的是建立狀態(tài)表征體系與裝備性能表征指標間的映射關系，并實現(xiàn)

10、對故障的自診斷和自修復，同時也能實現(xiàn)重大技術裝備的壽命測試和預測，從而達到對裝備可靠性和壽命精確評估的目的。,智能制造技術,4.1.3 智能工藝規(guī)劃和智能編程技術 內容：該技術主要通過計算機模擬專家處理綜合考慮機床工裝和零件材料特性的工藝規(guī)劃。 目的：建立工藝系統(tǒng)和作業(yè)環(huán)境的集成數(shù)學模型和標定方法。 建立面向典型行業(yè)的工藝數(shù)據(jù)庫和工藝知識庫以實現(xiàn)目標工藝優(yōu)化。

11、 建立規(guī)劃與編程的智能推理和決策方法。,智能制造技術,4.1.4 智能數(shù)控系統(tǒng)與智能數(shù)控驅動技術 內容：主要對數(shù)控機床的數(shù)控能力進行提高。 目的：完善伺服控制技術，實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)自動識別、控制參數(shù)自動配 置、多軸參數(shù)的自動優(yōu)化、振動主動控制。 完善基于視覺感知的伺服控制，實現(xiàn)防碰撞技術，實現(xiàn)自律運動、無人駕駛和靈巧操作。

12、 運用虛擬現(xiàn)實和人工智能技術，實現(xiàn)語音控制和基于虛擬現(xiàn)實環(huán)境的操作，發(fā)展智能化人機交互技術。,智能制造技術,4.2 智能CAD/CAM技術 內容：該技術主要以人為主體，借助計算機硬件、軟件工具，輔助完成產(chǎn)品設計與制造。 優(yōu)點： 1、系統(tǒng)各模塊之間資源共享，提高了系統(tǒng)的運行效率，系 統(tǒng)成本降低。

13、 2、避免了應用系統(tǒng)之間信息傳遞的人為誤差，提高了產(chǎn)品 的質量。 3、有利于實現(xiàn)并行作業(yè)， 縮短產(chǎn)品上市周期、提高產(chǎn)品 質量和企業(yè)的市場競爭力。,智能制造技術,4.2.1 CAD/CAM的組成,,CAD/CAM系統(tǒng),,,,,,,,硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng),計算機,外圍設備,系統(tǒng)軟件,支撐軟

14、件,應用軟件,智能制造技術,4.2.2 CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢 計算機技術的發(fā)展為CAD/CAM技術的發(fā)展提供了有利的條件,使其向著集成化、智能化和標準化的方向發(fā)展。,智能制造技術,4.3 智能計算機輔助工藝規(guī)劃技術（ICAPP） CAPP是通過向計算機輸入被加工零件的原始數(shù)據(jù)，加工條件和加工要求，由計算機自動地進行編碼，編程直至最后輸出經(jīng)過優(yōu)化的工藝規(guī)程

15、卡片的過程。計算機輔助工藝規(guī)劃常是聯(lián)結計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）的橋梁。,智能制造技術,CAPP智能化？ 將人工智能運用到CAPP系統(tǒng)的研究與開發(fā)中，使得CAPP系統(tǒng)在知識推理、知識獲取等方面能夠模擬人的智能活動與思維方式，實現(xiàn)復雜工藝設計問題的解決，使得CAPP能夠具有人類的智能特性，也就是智能化CAPP。,智能制造技術,CAPP系統(tǒng)的組成:,智能制造技術,5、智能制造系統(tǒng) 智

16、能制造系統(tǒng)由智能機器組成。整個系統(tǒng)包含制造過程的智能控制、作業(yè)的智能調度與控制、制造質量信息的智能處理系統(tǒng)、智能檢測與診斷系統(tǒng)。,智能制造技術,5.1 MES系統(tǒng) MES系統(tǒng)即制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)，是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。MES 可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、

17、項目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺。,智能制造技術,5.2 MES系統(tǒng)的功能 現(xiàn)場管理細度：由按天變?yōu)榘捶昼?秒 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集：由人手錄入變?yōu)閽呙?、快速準確采集 電子看板管理：由人工統(tǒng)計發(fā)布變?yōu)樽詣硬杉⒆詣影l(fā)布 倉庫物料存放：模糊、雜散變?yōu)橥该?、?guī)

18、整 生產(chǎn)任務分配：人工變?yōu)樽詣臃峙?、產(chǎn)能平衡 倉庫管理：人工、數(shù)據(jù)滯后變?yōu)橄到y(tǒng)指導、及時、準確 責任追溯：困難、模糊變?yōu)榍逦⒄_ 績效統(tǒng)計評估：靠殘缺數(shù)據(jù)估計變?yōu)閼{準確數(shù)據(jù)分析 統(tǒng)計分析：按不同時間/機種/生產(chǎn)線等多角度分析對比,智能制造技術,5.2 MES應用存在的主要問題 1、MES體系還不完整 2、通用性和可配置性較

19、差 3、實時性不強 4、智能化程度不高,智能制造技術,6、智能制造系統(tǒng)建模的數(shù)學方法 6.1專家系統(tǒng) 專家系統(tǒng)通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取等6個部分構成。 優(yōu)點：解決一些比較簡單的確定性問題 缺點：有延遲，不易滿足實時性要求,智能制造技術,工作過程

20、 專家、知識工程師 用戶,,人機交互界面,,,,,,知識獲取,推理機,解釋器,,,知識庫,綜合數(shù)據(jù)庫,,,專業(yè)知識,why,how的信息,智能制造技術,6.2 模糊推理 從不精確的前提集合中得出可能的不精確結論的推理過程。 優(yōu)點：可以解決不確定現(xiàn)象和模糊現(xiàn)象 缺點：需要

21、大量經(jīng)驗和感知為前提,智能制造技術,6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡 神經(jīng)網(wǎng)絡的研究內容相當廣泛，反映了多學科交叉技術領域的特點。主要的研究工作集中在以下幾個方面： （1）生物原型研究 （2）建立理論模型 （3）網(wǎng)絡模型與算法研究 （4）人工神經(jīng)網(wǎng)絡應用系統(tǒng) 優(yōu)點：可以實時處理動態(tài)多變得復雜問題