智能制造的內涵及其系統(tǒng)架構探究

1、一、智能制造的內涵（一）概念關于智能制造的研究大致經歷了三個階段：起始于20世紀80年代人工智能在制造領域中的應用，智能制造概念正式提出，發(fā)展于20世紀90年代智能制造技術、智能制造系統(tǒng)的提出，成熟于21世紀以來新一代信息技術條件下的“智能制造（SmartManufacturing）”。世紀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域的首本專

2、著《制造智能》（SmartManufacturing），就智能制造的內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的情況下進行小批量生產”。在此基礎上，英國技術大學Williams教授對上述定義作了更為廣泛的補充，認為“集成范圍還應包括貫穿制造組織內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、應環(huán)境和工藝要求的生產技術，最大限度的減少監(jiān)督和操作制造物品的活動?！?0世紀90年代：概念的發(fā)展。20世紀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)達國家的普遍重視，圍繞智能制造技術（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、產品設計、生產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)揮最大生產力的先進生產系統(tǒng)”?！?1世紀以來：概念的深化。21世紀以來，隨著物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術的快速發(fā)展及應用，智能制造被賦予了新的內涵，即新一代信息技術條件下的智能制造（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)的強化應用，使得新產品的迅速制造，產品需求的動態(tài)

5、響應以及對工業(yè)生產和供應鏈網絡的實時優(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涵，即將企業(yè)的機器、存儲系統(tǒng)和生產設施融入到虛擬網絡—實體物理系統(tǒng)（CPS）。在制造系統(tǒng)中，這些虛擬網絡—實體物理系統(tǒng)包括智能機器、存儲系統(tǒng)和生產設施，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、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術與先進自動化技術、傳感技術、控制技術、數(shù)字制造技術結合，實現(xiàn)

6、工廠和企業(yè)內部、企業(yè)之間和產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、標準的方法實（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：一是縮短產品的研制周期。通過智能制造，產品從研發(fā)到上市、從下訂單到配送時間可以得以縮短。通過遠程監(jiān)控和預測性維護為機器和工廠減少高昂

7、的停機時間，生產中斷時間也得以不斷減少。二是提高生產的靈活性。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)模批量定制生產乃至個性化小批量生產的大門。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“以產品為中心”向“以集成服務為中心”轉變，將重心放在解決方案和系統(tǒng)層面上，利用服務在整個產品生命周期中實現(xiàn)新價值。二、國外智能制造系統(tǒng)架構自美國20世紀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、設備與產品的實時連通、相互識別和有效交流，構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，生產由集中向分散轉變，規(guī)模效應不再是工業(yè)生產的關鍵因素；產品由趨同向個性的轉變，未來產品都將完全按照個人意愿進行

9、生產，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變，用戶不僅出現(xiàn)在生產流程的兩端，而且廣泛、實時參與生產和價值創(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：一是價值網絡的橫向集成，即通過應用CPS，加強企業(yè)之間在研究、開發(fā)與應用的協(xié)同推進，以及在可持續(xù)發(fā)展、商業(yè)保密、標準化、員工培訓等方面的合作；二是全價值鏈的縱向集成，即在企業(yè)內部通過采用CPS，實現(xiàn)從產品設計、研發(fā)、計劃、工藝到生產、服務的全價值鏈的

10、數(shù)字化；三是端對端系統(tǒng)工程，即在工廠生產層面，通過應用CPS，根據(jù)個性化需求定制特殊的IT結構模塊，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協(xié)會發(fā)表了《德國“工業(yè)4.0”標準化路線圖》，其目標是制定出一套單一的共同標準，形成一個標準化的、具有開放性特點的標準參考體系，最終達到通過價值網絡實現(xiàn)不同公司間的網絡連接和集成。德國“工業(yè)4.0”提出的標準參考體系是一個通用模