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(gè)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(lái)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(guó)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(jìn)行了系統(tǒng)描述，將智能制造定義為“通過(guò)集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺(jué)和機(jī)器人控制來(lái)對(duì)制造技工們的技能與專家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)技術(shù)大學(xué)Williams教授對(duì)上述定義作了更為廣泛的補(bǔ)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(dòng)?！?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(guó)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(kāi)展國(guó)際合作研究。1991年，日、美、歐共同發(fā)起實(shí)施的“智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃”中提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過(guò)程中貫穿智能活動(dòng)，并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合將整個(gè)制造過(guò)程

4、從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來(lái)的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)”。——21世紀(jì)以來(lái)：概念的深化。21世紀(jì)以來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)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(guó)在華盛頓舉辦的“21世紀(jì)智能制造的研討會(huì)”指出，智能制造是對(duì)先進(jìn)智能系統(tǒng)的強(qiáng)化應(yīng)用，使得新產(chǎn)品的迅速制造，產(chǎn)品需求的動(dòng)態(tài)

5、響應(yīng)以及對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)優(yōu)化成為可能。德國(guó)正式推出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，雖沒(méi)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(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到虛擬網(wǎng)絡(luò)—實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）。在制造系統(tǒng)中，這些虛擬網(wǎng)絡(luò)—實(shí)體物理系統(tǒng)包括智能機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，能夠相互獨(dú)立地自動(dòng)交換信息、觸發(fā)動(dòng)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(jì)算等新一代信息技術(shù)與先進(jìn)自動(dòng)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)感知、優(yōu)化決策、動(dòng)態(tài)執(zhí)行等三個(gè)方面：一是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知。智能制造需要大量的數(shù)據(jù)支持，通過(guò)利用高效、標(biāo)準(zhǔn)的方法實(shí)（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(jià)值增值空間，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是縮短產(chǎn)品的研制周期。通過(guò)智能制造，產(chǎn)品從研發(fā)到上市、從下訂單到配送時(shí)間可以得以縮短。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)為機(jī)器和工廠減少高昂

7、的停機(jī)時(shí)間，生產(chǎn)中斷時(shí)間也得以不斷減少。二是提高生產(chǎn)的靈活性。通過(guò)采用數(shù)字化、互聯(lián)和虛擬工藝規(guī)劃，智能制造開(kāi)啟了大規(guī)模批量定制生產(chǎn)乃至個(gè)性化小批量生產(chǎn)的大門(mén)。三是創(chuàng)造新價(jià)值。通過(guò)發(fā)展智能制造，企業(yè)將實(shí)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(gè)產(chǎn)品生命周期中實(shí)現(xiàn)新價(jià)值。二、國(guó)外智能制造系統(tǒng)架構(gòu)自美國(guó)20世紀(jì)80年代提出智能制造的概念后，一直受到眾多國(guó)家的重視和關(guān)注，紛紛將智能制造列

8、為國(guó)家級(jí)計(jì)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(guó)“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略和美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。（一）德國(guó)2013年4月，德國(guó)在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其核心是通過(guò)信息物理系統(tǒng)（CPS）實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的實(shí)時(shí)連通、相互識(shí)別和有效交流，構(gòu)建一個(gè)高度靈活的個(gè)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(gè)性的轉(zhuǎn)變，未來(lái)產(chǎn)品都將完全按照個(gè)人意愿進(jìn)行

9、生產(chǎn)，極端情況下將成為自動(dòng)化、個(gè)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(shí)時(shí)參與生產(chǎn)和價(jià)值創(chuàng)造的全過(guò)程。德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略提出了三個(gè)方面的特征：一是價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成，即通過(guò)應(yīng)用CPS，加強(qiáng)企業(yè)之間在研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的協(xié)同推進(jìn)，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(jià)值鏈的縱向集成，即在企業(yè)內(nèi)部通過(guò)采用CPS，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、計(jì)劃、工藝到生產(chǎn)、服務(wù)的全價(jià)值鏈的

10、數(shù)字化；三是端對(duì)端系統(tǒng)工程，即在工廠生產(chǎn)層面，通過(guò)應(yīng)用CPS，根據(jù)個(gè)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(jìn)行有機(jī)集成，打造智能工廠。2013年12月，德國(guó)電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)表了《德國(guó)“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(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的、具有開(kāi)放性特點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)參考體系，最終達(dá)到通過(guò)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)不同公司間的網(wǎng)絡(luò)連接和集成。德國(guó)“工業(yè)4.0”提出的標(biāo)準(zhǔn)參考體系是一個(gè)通用模