智能制造技術(shù)基礎(chǔ) 第一章 智能制造技術(shù)概述

第1章智能制造技術(shù)概述1.智能制造技術(shù)的發(fā)展、內(nèi)涵和特征本

章

要

點(diǎn)智能制造模式和技術(shù)體系智能制造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)智能制造技術(shù)的發(fā)展、內(nèi)涵和特征智能制造技術(shù)的發(fā)展、內(nèi)涵和特征智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展智能制造的概念、內(nèi)涵和特征01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展客戶需求變化、全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求使得制造環(huán)境發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變。制造系統(tǒng)的追求目標(biāo)從20世紀(jì)60年代的大規(guī)模生產(chǎn)、70年代的低成本制造、80年代的產(chǎn)品質(zhì)量、90年代的市場(chǎng)響應(yīng)速度、21世紀(jì)的知識(shí)和服務(wù)，到如今以德國(guó)“工業(yè)

4.0”而興起的泛在感知和深入智能化。信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、管理技術(shù)和其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展有力地推動(dòng)了制造系統(tǒng)追求目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)過(guò)程從手工化、機(jī)械化、剛性化逐步過(guò)渡到柔性化、服務(wù)化、智能化。不同階段制造系統(tǒng)的追求目標(biāo)01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展制造技術(shù)的發(fā)展與四次工業(yè)革命制造業(yè)已從傳統(tǒng)的勞動(dòng)和裝備密集型，逐漸向信息、知識(shí)和服務(wù)密集型轉(zhuǎn)變，新的工業(yè)革命即將到來(lái)。01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展產(chǎn)品制造過(guò)程國(guó)際分工的變化云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等新一代信息技術(shù)開(kāi)始大爆發(fā)，從而開(kāi)啟了全新的智慧時(shí)代；機(jī)器人、數(shù)字化制造、3D打印等技術(shù)的重大突破正在重構(gòu)制造業(yè)技術(shù)體系；云制造、網(wǎng)絡(luò)眾包、異地協(xié)同設(shè)計(jì)、大規(guī)模個(gè)性化定制、精準(zhǔn)供應(yīng)鏈、電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造模式正在重塑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈體系。01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展當(dāng)前，信息技術(shù)、新能源、新材料、生物技術(shù)等重要領(lǐng)域和前沿方向的革命性突破和交叉融合，正在引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)變革。英國(guó)學(xué)者保羅·麥里基在報(bào)告《制造業(yè)和創(chuàng)新：第三次工業(yè)革命》中認(rèn)為，新一輪工業(yè)革命的核心是以機(jī)器人、3D打印機(jī)和新材料等為代表的智能制造業(yè)。這一輪產(chǎn)業(yè)革命本質(zhì)可概括為“一主多翼”：“一主”就是信息技術(shù)和生產(chǎn)服務(wù)領(lǐng)域的深度融合，出現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化生產(chǎn)；所謂“多翼”是包括新能源、生物技術(shù)以及新材料等新的發(fā)展領(lǐng)域。當(dāng)前及今后一段時(shí)間最重要的表現(xiàn)形式還是

“一主”，“多翼”的主要影響則在其后。因此，計(jì)算機(jī)及其衍生的信息通信和智能技術(shù)革命是本輪工業(yè)革命的標(biāo)志或原因。裝備制造業(yè)、研發(fā)部門及其生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)作為新一輪工業(yè)革命主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，凸顯了制造業(yè)“智能化”革命的重要性，這些部門的核心工作就是使整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)智能化，因此智能化將成為新一輪工業(yè)革命的本質(zhì)內(nèi)容之一。01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展世界主要國(guó)家對(duì)智能制造的政策計(jì)劃01智能制造概念的產(chǎn)生、興起和發(fā)展四國(guó)制造業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征1988年，美國(guó)紐約大學(xué)的懷特教授（P．K．Wright）和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的布恩教授（D．A．Bourne）出版了《智能制造》一書(shū)，首次提出了智能制造的概念，并指出智能制造的目的是通過(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)器控制對(duì)制造技工的技能和專家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器人在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)。日本在1989年提出一種人與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的“智能制造系統(tǒng)（intelligentmanufacturingsystem，IMS）”，并且于1994年啟動(dòng)了IMS國(guó)際合作研究項(xiàng)目，率先拉開(kāi)了智能制造的序幕。早期的“智能制造系統(tǒng)”將人工智能（AI）視為核心技術(shù)，以“智能體（Agent）”為智能載體，其目的是試圖用技術(shù)系統(tǒng)突破人的自然智力的局限，達(dá)到對(duì)人腦智力

的部分代替、延伸和加強(qiáng)。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征人工智能歷史上有三個(gè)學(xué)派：符號(hào)主義、聯(lián)結(jié)主義與行為主義。這三派智能理論中，符號(hào)主義關(guān)注人腦的抽象思維的特性；聯(lián)結(jié)主義只模仿人的形象思維；行為主義則著眼于人類或人造系統(tǒng)智能行為特性及進(jìn)化過(guò)程，它們都從不同的角度致力于推動(dòng)機(jī)器智能接近人的智能水平。行為主義在工業(yè)界的影響是更大的。由于人的智能是多功能、多層次、多側(cè)面、全方位的，而三派AI的模型原理本身存在門戶之別，并未走向統(tǒng)一和融合。此外AI在學(xué)習(xí)算法、穩(wěn)定性分析、商業(yè)化應(yīng)用等方面屢屢遭遇技術(shù)的“瓶頸”，始終制約著系統(tǒng)“智能化”水平與智能制造技術(shù)的提升，也導(dǎo)致一度興旺的IMS在其發(fā)源國(guó)日本被政府和工業(yè)界放棄。近年來(lái)，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)尤其是深度學(xué)習(xí)技術(shù)的突破，AI熱潮再度興起。最為經(jīng)典的案例是谷歌公司的“阿爾法狗”，僅僅通過(guò)一年多的學(xué)習(xí)進(jìn)化，就在最復(fù)雜的博弈游戲——圍棋中迅速戰(zhàn)勝了中日韓頂尖高手。AI的最新進(jìn)展再度讓智能制造燃起新的希望。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征人工智能是由機(jī)器和智能控制系統(tǒng)組成的工作系統(tǒng)，所以也稱叫機(jī)器智能，它是由計(jì)算機(jī)科學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造學(xué)、信息傳感收集與處理科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域互相交叉發(fā)展形成的一門綜合的科學(xué)。人工智能是以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)各種信息收集、信息處理、執(zhí)行命令，以達(dá)到模擬人類的判斷和活動(dòng)是人類的智能和工作能力得以延伸的科學(xué)。廣義而論，智能制造是一個(gè)大概念，是先進(jìn)制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)的深度融合，貫穿于產(chǎn)品、制造、服務(wù)全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，以及制造系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，智能化不斷提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，效益服務(wù)水平，推動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)、綠色、協(xié)調(diào)、開(kāi)放、共享發(fā)展。美國(guó)能源部對(duì)智能制造的定義：是先進(jìn)傳感、儀器、監(jiān)測(cè)、控制和過(guò)程優(yōu)化的技術(shù)和實(shí)際的組合，它們將信息和通信技術(shù)與制造環(huán)境融合在一起，實(shí)習(xí)工廠和企業(yè)中能量、生產(chǎn)率和成本的實(shí)時(shí)管理。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征當(dāng)今，智能制造一般指綜合集成信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和智能自動(dòng)化技術(shù)，在制造企業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)（如經(jīng)營(yíng)決策、采購(gòu)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造、裝配、質(zhì)量保證、市場(chǎng)銷售和售后服務(wù)等）融合應(yīng)

用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)研發(fā)、制造、服務(wù)、管理全過(guò)程的精

確感知、自動(dòng)控制、自主分析和綜合決策，具有高

度感知化、物聯(lián)化和智能化特征的一種新型制造模

式。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造（Intelligent

Manufacturing，IM）是以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，配合新能源、新材料、新工藝，貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過(guò)程、系統(tǒng)與模式的總稱。智能制造技術(shù)是制造技術(shù)與數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)及新一代信息技術(shù)的融合，是面向產(chǎn)品全生命周期的具有信息感知、優(yōu)化決策、執(zhí)行控制功能的制造系統(tǒng)，旨在高效、優(yōu)質(zhì)、柔性、清潔、安全、敏捷地制造產(chǎn)品和服務(wù)用戶。虛擬網(wǎng)絡(luò)和實(shí)體生產(chǎn)的相互滲透是智能制造的本質(zhì)：一方面，信息網(wǎng)絡(luò)將徹底改變制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式，大大提高制造效率；另一方面，生產(chǎn)制造將作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸和重要結(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的范圍和效應(yīng)。以網(wǎng)絡(luò)互連為支撐，以智能工廠為載體，構(gòu)成了制造業(yè)的最新形態(tài)，即智能制造。這種模式可以有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。從軟硬結(jié)合的角度看，智能制造即是一個(gè)“虛擬網(wǎng)絡(luò)+實(shí)體物理”的制造系統(tǒng)。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造的特征是將智能活動(dòng)融合到生產(chǎn)制造全過(guò)程，通過(guò)人與機(jī)器協(xié)同工作，逐漸增大、拓展和部分替代人類在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)，已由最初的制造自動(dòng)化擴(kuò)展到生產(chǎn)的柔性化、智能化和高度集成化。智能制造不僅采用新型制造技術(shù)和設(shè)備，而且將由新一代信息技術(shù)構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)貫穿整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，在制造業(yè)領(lǐng)域構(gòu)建的信息物理系統(tǒng)，將徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式，它不是簡(jiǎn)單地用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而是信息技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展和集成創(chuàng)新的新型業(yè)態(tài)。智能制造要求實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間、人與設(shè)備之間、企業(yè)之間、企業(yè)與客戶之間的無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)鏈接，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)行資源的智能優(yōu)化配置。它以智能技術(shù)和系統(tǒng)為支撐點(diǎn)，以智能工廠為載體，以智能產(chǎn)品和服務(wù)為落腳點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大幅度提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)

能力。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造包括智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)兩大關(guān)鍵組成要素和智能設(shè)計(jì)、智能生產(chǎn)、智能產(chǎn)品、智能管理與服務(wù)4大環(huán)節(jié)。其中智能制造技術(shù)是指在制造業(yè)的各個(gè)流程環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)、人工智能、3D打印、物聯(lián)網(wǎng)、仿真等新型技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合。它具有學(xué)習(xí)、組織、自我思考等功能，能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行自我分析、自我推理、自我處理，同時(shí)對(duì)智能化制造運(yùn)行中產(chǎn)生的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)自身知識(shí)庫(kù)不斷積累、完善、共享和發(fā)展。智能制造系統(tǒng)就是要通過(guò)集成知識(shí)工程、智能軟件系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)和智能控制等來(lái)對(duì)制造技術(shù)與專家知識(shí)進(jìn)行模擬，最終實(shí)現(xiàn)物理世界和虛擬世界的銜接與融合，使得智能機(jī)器在沒(méi)有人干預(yù)的情況下進(jìn)行生產(chǎn)。智能制造系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)系統(tǒng)更具智能化的自治能力、容錯(cuò)功能、感知能力、系統(tǒng)集成能力。智能制造的內(nèi)容包括：制造裝備的智能化、設(shè)計(jì)過(guò)程的智能化、加工工藝的優(yōu)化、管理的信息化和服務(wù)的敏捷化/遠(yuǎn)程化。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征在2010年前，中文的“智能制造”主要是指?jìng)鹘y(tǒng)智能制造。IM是20世紀(jì)80年代末隨著計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer

Integrated

Manufacturing

Systems，CIMS）的研究開(kāi)始興起的，核心是借助IM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的自測(cè)量、自適應(yīng)、自診斷、自學(xué)習(xí)，達(dá)到制造柔性化、無(wú)人化。制造智能主要表現(xiàn)在智能調(diào)度、智能設(shè)計(jì)、智能加工、智能操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能測(cè)量和診斷等多方面。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征在2010年后，中文的“智能制造”是指IM或Smart

Manufacturing（SM）或兩者。SM又被譯為智慧制造。2008年，IBM提出“智慧地球”的概念，從而

拉開(kāi)了新一代信息技術(shù)應(yīng)用的大幕，先是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，接著是移動(dòng)寬帶、云計(jì)算技術(shù)、信息物理系統(tǒng)，然后是大數(shù)據(jù)。這些新一代信息技術(shù)具有諸多有別于傳統(tǒng)IT技術(shù)的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于制造系統(tǒng)將從根本上改變當(dāng)前的制造模式發(fā)展格局，從諸多方面改變制造業(yè)信息化建設(shè)的路徑，使得智能制造范疇有了較大擴(kuò)展。新一代信息技術(shù)極大地推動(dòng)了新興制造模式的發(fā)展，其中具有代表性的先進(jìn)制造模式有：以社會(huì)化媒體／Web2.0為支撐平臺(tái)的社會(huì)化企業(yè)、以云計(jì)算為使能技術(shù)的云制造、以物聯(lián)網(wǎng)（Internetof

Things）為支撐的制造物聯(lián)、以泛在計(jì)算（Ubiquitous

Computing）為基礎(chǔ)的泛在制造、以信息物理系統(tǒng)（Cyber

Physical

Systems，CPS）為核心的工業(yè)4.0下的智能制造，以大數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)力的預(yù)測(cè)制造乃至主動(dòng)制造等。02智能制造的概念、內(nèi)涵和特征智能制造的特點(diǎn)：第一，生產(chǎn)過(guò)程高度智能。智能制造在生產(chǎn)過(guò)程中能夠自我感知周圍環(huán)境，實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控生產(chǎn)信息。第二，資源的智能優(yōu)化配置。信息網(wǎng)絡(luò)具有開(kāi)放性、信息共享性，由信息技術(shù)與制造技術(shù)融合產(chǎn)生的智能化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)制造可跨地區(qū)、跨地域進(jìn)行資源配置，突破了原有的本地化生產(chǎn)邊界。第三，產(chǎn)品高度智能化、個(gè)性化。智能制造產(chǎn)品通過(guò)內(nèi)置傳感器、控制器、存儲(chǔ)器等技術(shù)具有自我監(jiān)測(cè)、記錄、反饋和遠(yuǎn)程控制功能。智能制造模式和技術(shù)體系智能制造模式和技術(shù)體系智能制造模式智能制造技術(shù)體系智能制造關(guān)鍵技術(shù)01智能制造模式1、社會(huì)化企業(yè)社會(huì)化企業(yè)是將Web2.0應(yīng)用于企業(yè)而引伸出來(lái)的概念，并將其定義為“企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與企業(yè)之間，以及企業(yè)與其合作伙伴/用戶間對(duì)社會(huì)軟件的運(yùn)用”。企業(yè)借助Web2.0等社會(huì)化媒體工具，使用戶能夠參與到產(chǎn)品和服務(wù)活動(dòng)中，通過(guò)用戶的充分參與來(lái)提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力，形成新的服務(wù)理念與模式。Web2.0通過(guò)社會(huì)性軟件拓展和延伸了社會(huì)世界，使人們的相互溝通交流、知識(shí)共享和協(xié)作等產(chǎn)生了革命性變化。社會(huì)化企業(yè)背景下產(chǎn)生了眾包生產(chǎn)、產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)等制造模式。01智能制造模式社會(huì)化企業(yè)具有以下特點(diǎn)：開(kāi)放協(xié)作：社會(huì)化企業(yè)破除了傳統(tǒng)企業(yè)和外部的邊界，面向更廣泛的群體、面向整個(gè)社會(huì)，充分利用外部?jī)?yōu)質(zhì)資源，以此博采眾長(zhǎng)和資源共享，在全社會(huì)范圍內(nèi)對(duì)產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)銷和服務(wù)等階段進(jìn)行大規(guī)模協(xié)同，整合產(chǎn)生效益，實(shí)現(xiàn)企業(yè)從有邊界到無(wú)邊界的突破、從“企業(yè)生產(chǎn)”到“社會(huì)生產(chǎn)”的轉(zhuǎn)變；平等共享：平等就是去中心化、去等級(jí)化，傳統(tǒng)的集中經(jīng)營(yíng)活動(dòng)將被社會(huì)化企業(yè)分散經(jīng)營(yíng)方式取代，層級(jí)化的管理結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨?jié)點(diǎn)組織的扁平化結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品采取模塊化研發(fā)生產(chǎn)方式，以適應(yīng)顧客的個(gè)性化需求；社會(huì)化創(chuàng)新：產(chǎn)品創(chuàng)新的思想往往來(lái)自用戶，社會(huì)化企業(yè)注重客戶參與的互動(dòng)性、知識(shí)運(yùn)用、隱性知識(shí)的集成，通過(guò)社會(huì)性網(wǎng)絡(luò)能夠充分利用群體智慧的認(rèn)知與創(chuàng)新能力，提供任務(wù)解決方案、發(fā)現(xiàn)創(chuàng)意或解決技術(shù)問(wèn)題，幫助進(jìn)行產(chǎn)品/服務(wù)創(chuàng)新。01智能制造模式2、云制造云制造是以云計(jì)算技術(shù)為支撐的網(wǎng)絡(luò)化制造新形態(tài)，云制造通過(guò)采用物聯(lián)網(wǎng)、虛擬化和云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)化制造與服務(wù)技術(shù)對(duì)制造資源和制造能力進(jìn)行虛擬化

和服務(wù)化的感知接入，并進(jìn)行集中高效管理和運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)制造資源和制造能

力的大規(guī)模流通，促進(jìn)各類分散制造資源的高效共享和協(xié)同，從而動(dòng)態(tài)、靈

活地為用戶提供按需使用的產(chǎn)品全生命周期制造服務(wù)。目前云制造的相關(guān)研究?jī)?nèi)容包括總體框架和模式、制造資源的虛擬化和服務(wù)化、云制造服務(wù)平臺(tái)的綜合管理、制造云資源組合優(yōu)選、云環(huán)境下的普適人機(jī)交互以及其他相關(guān)應(yīng)用等。01智能制造模式云制造具有以下特點(diǎn)：云制造以云計(jì)算技術(shù)為核心，將“軟件即服務(wù)”的理念拓展至“制造即服務(wù)”，實(shí)質(zhì)上就是一種面向服務(wù)的制造新模式；云制造以用戶為中心，以知識(shí)為支撐，借助虛擬化和服務(wù)化技術(shù)，形成一個(gè)統(tǒng)一的制造云服務(wù)池，對(duì)制造云服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一、集中的智能化管理和經(jīng)營(yíng)，并按需分配制造資源／能力；云制造提供了一個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、服務(wù)等全生命周期的協(xié)同制造、管理與創(chuàng)新新平臺(tái)，引發(fā)了制造模式變革，進(jìn)而轉(zhuǎn)變了產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式。01智能制造模式3、工業(yè)4.0下的智能制造———信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)工業(yè)化經(jīng)歷了機(jī)械化的工業(yè)1.0、電氣化的工業(yè)2.0、自動(dòng)化的工業(yè)3.0之后，將跨入基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的工業(yè)4.0

階段。工業(yè)4.0是德國(guó)政府提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，旨在提升制造業(yè)的

智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智慧工廠。為應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0的挑戰(zhàn)，中國(guó)政府推出了《中國(guó)制造2025》計(jì)劃，并確定以智能制造為主攻方向。在工業(yè)4.0戰(zhàn)略內(nèi)涵中，包括機(jī)器人、3D打印和物聯(lián)網(wǎng)等基于現(xiàn)代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)興起的產(chǎn)業(yè)，其核心就是通過(guò)信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（CPS）網(wǎng)絡(luò)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，從而構(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。01智能制造模式信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystems，CPS）實(shí)質(zhì)上是通過(guò)智能感知、分析、優(yōu)化和協(xié)同等手段，使計(jì)算、通信和控制實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合和深度協(xié)同，實(shí)現(xiàn)實(shí)體空間和網(wǎng)絡(luò)空間的相互指導(dǎo)和映射。CPS的典型應(yīng)用包括智能交通領(lǐng)域的自主導(dǎo)航汽車，生物醫(yī)療領(lǐng)域的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)手術(shù)系統(tǒng)、植入式生命設(shè)備以及智能電網(wǎng)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、智能建筑等，是構(gòu)建未來(lái)智慧城市的基礎(chǔ)。在制造領(lǐng)域，CPS是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要一環(huán)，但其應(yīng)用仍處于初級(jí)階段，目前研究集中在抽象建模、概念特征及使用規(guī)劃等方面。01智能制造模式工業(yè)4.0理念下的智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期的、泛在感知條件下的制造，通過(guò)信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的深度融合，將傳感器、感應(yīng)器等嵌入制造物理環(huán)境中，通過(guò)狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、人機(jī)交互/自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行和反饋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和企業(yè)管理及服務(wù)的智能化。工業(yè)4.0下的智慧工廠01智能制造模式4、泛在制造泛在計(jì)算又稱普適計(jì)算、環(huán)境智能等，強(qiáng)調(diào)計(jì)算資源普存于環(huán)境中，并與環(huán)境融為一體，人和物理世界更依賴“自然”的交互方式。與桌面計(jì)算相反，基于環(huán)境感知、內(nèi)容感知能力，泛在計(jì)算不只依賴命令行、圖形界面進(jìn)行人機(jī)交互，它可以采用新型交互技術(shù)（如觸覺(jué)顯示、有機(jī)發(fā)光顯示等），使用任何設(shè)備、在任何位置并以任何形式進(jìn)行感知和交流，因此，從根本上改變了人去適應(yīng)機(jī)器計(jì)算的被動(dòng)式服務(wù)思想，使得用戶能在不被打擾的情形下主動(dòng)地、動(dòng)態(tài)地接受信息服務(wù)。泛在計(jì)算被應(yīng)用到各種領(lǐng)域，如U－城市、U－家庭、U－辦公、U－校園、U－政府、U－醫(yī)療等，無(wú)疑也會(huì)影響制造業(yè)。01智能制造模式泛在制造在制造全生命周期應(yīng)用，包括市場(chǎng)分析、概念形成、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原材料制備、毛坯生產(chǎn)／零件加工、裝配調(diào)試、產(chǎn)品使用及維護(hù)和產(chǎn)品回收處理等階段。基于泛在計(jì)算交互設(shè)備，如無(wú)線射頻識(shí)別（Radio

Frequency

IDentification，RFID）設(shè)備、可穿戴設(shè)備、語(yǔ)音／手勢(shì)交互終端、

掌上電腦（Personal

DigitalAssistant，

PDA）、各種無(wú)線（或有線）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，制造企業(yè)可以自動(dòng)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)、隨時(shí)隨地、透明地獲取企業(yè)物理環(huán)境信息。泛在制造-泛在計(jì)算的制造全生命周期應(yīng)用01智能制造模式5、制造物聯(lián)發(fā)展和采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實(shí)施智能制造的重要一環(huán)，我國(guó)“十二五”制造業(yè)信息化科技工程規(guī)劃明確提出大力發(fā)展制造物聯(lián)技術(shù)，以嵌入式系統(tǒng)、RFID和傳感網(wǎng)等構(gòu)建現(xiàn)代IoMT（InternetofManufacturingThings，IoMT），增強(qiáng)制造與服務(wù)過(guò)程的管控能力，催生新的制造模式。IoMT采用更加開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)以支持更廣范圍的數(shù)據(jù)共享，并從系統(tǒng)整體的角度考慮進(jìn)行全局優(yōu)化，支持制造全生命周期的感知、互聯(lián)和智能化。體系架構(gòu)方面，IoMT采用可伸縮的、面向服務(wù)的分布式體系結(jié)構(gòu)，制造資源和相關(guān)功能模塊經(jīng)過(guò)虛擬化并抽象為服務(wù)，通過(guò)企業(yè)服務(wù)總線提供制造全生命周期的業(yè)務(wù)流程應(yīng)用。IoMT各子系統(tǒng)之間具有松耦合、模塊化、互操作性和自主性等特征，能夠動(dòng)態(tài)感知物理環(huán)境信息，采取智能行動(dòng)和反應(yīng)來(lái)快速響應(yīng)用戶需求。01智能制造模式（a）傳統(tǒng)企業(yè)集成模型

（b）制造物聯(lián)傳統(tǒng)企業(yè)信息系統(tǒng)集成與制造物聯(lián)的對(duì)比采用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)的制造方式進(jìn)行改造，可以加強(qiáng)產(chǎn)品和服務(wù)信息的管理，實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)感知生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)（包括物料、機(jī)器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和產(chǎn)品）相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行智能處理與優(yōu)化控制，以更好地協(xié)調(diào)生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性，減少人工干預(yù)。此外，通過(guò)情景感知和信息融合，還可以實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的快速制造、市場(chǎng)需求

的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及生產(chǎn)供應(yīng)鏈的實(shí)時(shí)優(yōu)化，提高產(chǎn)品的定制能力和服務(wù)創(chuàng)新能力，借此獲得經(jīng)濟(jì)、效率和競(jìng)爭(zhēng)力等多重效益。01智能制造模式01智能制造模式5、基于大數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)制造/主動(dòng)制造“大數(shù)據(jù)”一詞于2011年5月最早出現(xiàn)在麥肯錫發(fā)布的研究報(bào)告——《大數(shù)據(jù)：創(chuàng)新、競(jìng)爭(zhēng)和生產(chǎn)力的下一個(gè)新領(lǐng)域》之后，其潛在價(jià)值被越來(lái)越多的國(guó)家所認(rèn)識(shí)，并將其置于國(guó)家戰(zhàn)略高度。美國(guó)發(fā)布了“大數(shù)據(jù)研究與發(fā)展計(jì)劃”，韓國(guó)積極推進(jìn)“大數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)略”，中國(guó)制定了《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》。在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，隨著數(shù)字工廠、泛在感知智能物件、物聯(lián)網(wǎng)的深入應(yīng)用，生產(chǎn)管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、自動(dòng)化設(shè)備以及傳統(tǒng)的企業(yè)資源規(guī)劃和制造執(zhí)行系統(tǒng)等將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。從高頻率、大容量、種類繁多的海量工業(yè)數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息，提升業(yè)務(wù)洞察力，指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)決策，改進(jìn)生產(chǎn)流程，降低產(chǎn)品／服務(wù)成本，已經(jīng)成為未來(lái)企業(yè)提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要策略。01智能制造模式與傳統(tǒng)的制造或?qū)崟r(shí)制造（泛在制造、IoMT等）相比，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)預(yù)測(cè)制造/主動(dòng)制造可較好地利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，傳統(tǒng)制造（反應(yīng)型制造）主要搜索過(guò)去的歷史數(shù)據(jù)，只是利用了數(shù)據(jù)的淺層價(jià)值，而且涉及的數(shù)據(jù)量和種類以及范圍也相對(duì)較小。雖然實(shí)時(shí)制造可感知并利用生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（信息），但仍與傳統(tǒng)制造模式類似，大多采用事后的被動(dòng)策略。主動(dòng)制造是一種基于數(shù)據(jù)全面感知、收集、分析、共享的人機(jī)物協(xié)同制造模式，它

利用無(wú)所不在的感知收集各類相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)所收集的（大）數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，挖掘出有價(jià)值的信息、知識(shí)或事件，自主地反饋給業(yè)務(wù)決策者（包括企業(yè)人員、客

戶和合作企業(yè)等），并根據(jù)系統(tǒng)健康狀態(tài)、當(dāng)前和過(guò)去信息以及情境感知，預(yù)測(cè)用

戶需求，主動(dòng)配置和優(yōu)化制造資源，從而實(shí)現(xiàn)感知、分析、定向、決策、調(diào)整、控

制于一體的人機(jī)物協(xié)同的主動(dòng)生產(chǎn)，進(jìn)而為用戶提供客戶化/個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)。通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘來(lái)主動(dòng)、實(shí)時(shí)地將社會(huì)需求與企業(yè)制造能力有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而

更好地滿足客戶的個(gè)性化需求，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。01智能制造模式總體來(lái)看，上述新興的新一代智能制造模式概念還比較割裂，但實(shí)質(zhì)上，無(wú)論是IoMT、云制造還是基于大數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)制造／主動(dòng)制造，都是未來(lái)智能制造的一部分，它們各自起到不同的作用。基于新一代信息技術(shù)的制造模式對(duì)比02智能制造技術(shù)體系智能制造體系主要有三個(gè)特征：通過(guò)價(jià)值鏈及網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間橫向的集成；貫穿整個(gè)價(jià)值鏈端到端工程數(shù)字化集成；企業(yè)內(nèi)部靈活可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化制造體系的縱向集成。完整的智能制造系統(tǒng)主要包括5個(gè)層級(jí)：設(shè)備層控制層車間層企業(yè)層協(xié)同層智能制造系統(tǒng)層級(jí)02智能制造技術(shù)體系近年來(lái)，智能制造技術(shù)出現(xiàn)了各種新模式、新手段和新形式：新模式：基于互聯(lián)網(wǎng)，面向服務(wù)，協(xié)作的、可定制的、靈活的和社會(huì)化的智能化制造系統(tǒng)生產(chǎn)和為用戶提供服務(wù)。新的手段：人機(jī)一體化智能數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)事物，虛擬化，服務(wù)，協(xié)作，定制、靈活性和智能。新形式：智能制造生態(tài)具有普適互聯(lián)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，跨境集成，自主智力和大眾創(chuàng)新。上述這些模型、手段和形式的深度整合最終將形成一個(gè)智能制造生態(tài)系統(tǒng)智能制造新模式、新方法和新形式02智能制造技術(shù)體系智能制造系統(tǒng)框圖資源/能力層泛在網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)平臺(tái)層智能云服務(wù)應(yīng)用層安全管理和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范02智能制造技術(shù)體系最底層是支撐智能制造、亟待解決的通用標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)。第二個(gè)層次是智能制造關(guān)鍵技術(shù)裝備。這一層的重點(diǎn)不在于裝備本體，而更應(yīng)強(qiáng)調(diào)裝備的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式與接口。第三個(gè)層次是智能工廠/車間。按照自動(dòng)化與IT技術(shù)作用范圍，劃分為工業(yè)控制和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理兩部分。工業(yè)控制包括DCS、PLC、FCS和SCADA等工控系統(tǒng)，在各種工業(yè)通信協(xié)議、設(shè)備行規(guī)和應(yīng)用行規(guī)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備及系統(tǒng)的兼容與集成。生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理在MES和ERP基礎(chǔ)上，將各種數(shù)據(jù)和資源融入全生命周期管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能與工藝優(yōu)化。第四個(gè)層次實(shí)現(xiàn)制造新模式，通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和電子商務(wù)等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)離散型智能制造、流程型智能制造、個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)調(diào)制造與遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)等制造新模式。第五個(gè)層次是上述層次技術(shù)內(nèi)容在典型離散制造業(yè)和流程工業(yè)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用。02智能制造技術(shù)體系智能制造技術(shù)涉及的主要技術(shù)：智能制造技術(shù)主要由一般技術(shù)、基礎(chǔ)平臺(tái)技術(shù)、智能制造平、臺(tái)泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、產(chǎn)品生命周期智能制造技術(shù)及支撐技術(shù)組成。智能制造系統(tǒng)的主要技術(shù)群03智能制造關(guān)鍵技術(shù)1、智能制造裝備及其檢測(cè)技術(shù)在具體的實(shí)施過(guò)程中，智能生產(chǎn)、智能工廠、智能物流和智能服務(wù)是智能制造的四大主題。在智能工廠的建設(shè)方案中，智能裝備是其技術(shù)基礎(chǔ)，隨著制造工藝與生產(chǎn)模式的不斷變革，必然對(duì)智能裝備中測(cè)試儀器、儀表等檢測(cè)設(shè)備的數(shù)字化、智能化提出新的需求，促進(jìn)檢測(cè)方式的根本變化。檢測(cè)數(shù)據(jù)將是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、設(shè)備、人和服務(wù)之間互聯(lián)互通的核心基礎(chǔ)之一，如機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)控制技術(shù)具有智能化程度高和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在多種智能制造裝備中得到了廣泛的應(yīng)用。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)2、工業(yè)大數(shù)據(jù)工業(yè)大數(shù)據(jù)是智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，主要作用是打通物理世界和信息世界，推動(dòng)生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型。制造業(yè)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，總是努力降低生產(chǎn)過(guò)程的消耗，同時(shí)努力提

高制造業(yè)環(huán)保水平，保證安全生產(chǎn)。生產(chǎn)的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上也是不斷自我調(diào)整、自我更新的過(guò)程，同時(shí)還是實(shí)現(xiàn)全面服務(wù)個(gè)性化需求的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)實(shí)時(shí)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。依托大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，采集現(xiàn)有工廠設(shè)計(jì)、工藝、制造、

管理、監(jiān)測(cè)、物流等環(huán)節(jié)的信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速、高效及精準(zhǔn)分析決策。

這些數(shù)據(jù)綜合起來(lái)，能夠幫助發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，查找原因，預(yù)測(cè)類似問(wèn)題重復(fù)發(fā)生

的幾率，幫助完成安全生產(chǎn)，提升服務(wù)水平，改進(jìn)生產(chǎn)水平，提高產(chǎn)品附加

值。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)3、數(shù)字制造技術(shù)及柔性制造、虛擬仿真技術(shù)數(shù)字化就是制造要有模型，要能夠仿真，這包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品管理、企業(yè)協(xié)同技術(shù)等等。數(shù)字化是智能制造的基礎(chǔ)，離開(kāi)了數(shù)字化就根部談不上智能化。柔性制造技術(shù)(Flexible

Manufacturing

Technology，F(xiàn)MT)是建立在數(shù)控設(shè)備應(yīng)用基礎(chǔ)上并正在隨著制造企業(yè)技術(shù)進(jìn)步而不斷發(fā)展的新興技術(shù)，它和虛擬仿真技術(shù)，在智能制造的實(shí)現(xiàn)中，扮演著重要的角色。虛擬仿真技術(shù)包括面向產(chǎn)品制造工藝和裝備的仿真過(guò)程、面向產(chǎn)品本身的仿真和面向生產(chǎn)管理層面的仿真，從這三方面進(jìn)行數(shù)字化制造，才能實(shí)現(xiàn)制造產(chǎn)業(yè)的徹底智能化。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented

Reality，AR），它是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無(wú)縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息（視覺(jué)、聲音、味道、觸覺(jué)等信息）通過(guò)電腦等科學(xué)技術(shù)，模

擬仿真后再疊加，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到

超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)4、傳感器技術(shù)智能制造與傳感器緊密相關(guān)?，F(xiàn)在各式各樣的傳感器在企業(yè)里用得很多，有嵌入的、絕對(duì)的、相對(duì)的、靜止的和動(dòng)的，這些傳感器是支持人們獲

得信息的重要手段。傳感器用得越多，人們可以掌握的信息越多。傳感

器很小，可以靈活配置，改變起來(lái)也非常方便，例如智能制造里有傳感

器九條龍，諸如軌道交通傳感器一條龍，新能源汽車傳感器一條龍等。

傳感器屬于基礎(chǔ)零部件的一部分，它是工業(yè)的基石、性能的關(guān)鍵和發(fā)展

的瓶頸。傳感器的智能化、無(wú)線化、微型化和集成化是未來(lái)智能制造技

術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)5、人工智能技術(shù)人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)、神經(jīng)科學(xué)等。到2020年，人類社會(huì)全面進(jìn)入“弱”人工智能時(shí)代。在這一時(shí)期，智能技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，包括深度學(xué)習(xí)在內(nèi)的特征表現(xiàn)學(xué)習(xí)不斷發(fā)展，催生新型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出同時(shí)具備語(yǔ)音識(shí)別、圖像處理、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器翻譯等能力的通用性人工智能技術(shù)。硬件設(shè)施縮小甚至隱形，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大；實(shí)現(xiàn)通過(guò)手勢(shì)、表情及自然語(yǔ)言的雙向人機(jī)互動(dòng)，智能系統(tǒng)初步具有人的特性，可定制智能助理將會(huì)出現(xiàn)；視覺(jué)處理、無(wú)人駕駛會(huì)有爆發(fā)式發(fā)展，無(wú)人駕駛汽車上路；概念性類腦智能機(jī)器人投入應(yīng)用。到2030年，神經(jīng)科學(xué)和類腦人工智能將迎來(lái)第一輪重大突破，革新原有人工智能的算法基礎(chǔ)，人類社會(huì)初步進(jìn)入“強(qiáng)”人工智能時(shí)代專家預(yù)測(cè)，到2030年，神經(jīng)科學(xué)將迎來(lái)第一輪重大突破，在神經(jīng)感知和神經(jīng)認(rèn)知理解方面出現(xiàn)顛覆性成果，從而反哺、革新人工智能的原有算法基礎(chǔ)，人類進(jìn)入實(shí)質(zhì)性類腦人工智能階段。到2050年，神經(jīng)科學(xué)和類腦人工智能將迎來(lái)第二輪重大突破、類腦人工智能進(jìn)入升級(jí)版，人類社會(huì)將全面進(jìn)入強(qiáng)人工智能時(shí)代。專家預(yù)測(cè)，到2050年，神經(jīng)科學(xué)將迎來(lái)第二輪重大突破，在情感、意識(shí)理解方面出現(xiàn)顛覆性成果，類腦人工智能進(jìn)入升級(jí)版，并將推動(dòng)人類腦的超生物進(jìn)化，神經(jīng)科學(xué)和類腦人工智能融為一體。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)6、射頻識(shí)別和實(shí)時(shí)定位技術(shù)射頻識(shí)別是無(wú)線通信技術(shù)中的一種，通過(guò)識(shí)別特定目標(biāo)應(yīng)用的無(wú)線電信號(hào)，讀寫出相關(guān)數(shù)據(jù)，而不需要機(jī)械接觸或光學(xué)接觸識(shí)別系統(tǒng)和目標(biāo)。無(wú)線射頻可分為低頻、高頻和超高頻三種，而RFID讀寫器可分為移動(dòng)式和固定式兩種。射頻識(shí)別貼附于物件表面，可自動(dòng)遠(yuǎn)距離讀取、識(shí)別無(wú)線電信號(hào)，可作快速、準(zhǔn)確記錄和收集用具使用。其中，RFID技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了業(yè)務(wù)流程，增強(qiáng)了企業(yè)的綜合實(shí)力。在生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)，企業(yè)要對(duì)各類別材料、零件和設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤管理，監(jiān)控生產(chǎn)中制品、材料的位置、行蹤，包括相關(guān)零件和工具的存放等，這就需要建立實(shí)時(shí)定位管理體系。通常做法是將有源RFID標(biāo)簽貼在跟蹤目標(biāo)上，然后在室內(nèi)放置3個(gè)以上的閱讀器天線，這樣就可以方便地對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行定位查詢。廣播信號(hào)系統(tǒng)

將信號(hào)發(fā)送至所有閱讀器天線中，軟件系統(tǒng)所發(fā)出的信號(hào)傳遞出去后，可通過(guò)目

標(biāo)定位對(duì)其進(jìn)行計(jì)算測(cè)量。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)7、信息物理融合網(wǎng)絡(luò)賽博物理系統(tǒng)（Cyber-Physical

Systems，CPS）是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過(guò)3C（Computing、Communication、

Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)，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。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)服務(wù)，并將生產(chǎn)工廠轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能環(huán)境。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)8、網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)數(shù)字化對(duì)制造業(yè)的促進(jìn)作用得益于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，但同時(shí)也給工廠網(wǎng)

絡(luò)埋下了安全隱患。隨著人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)依賴度的提高，自動(dòng)化機(jī)器和傳感

器隨處可見(jiàn)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理部件和組件成為了技術(shù)人員的主要工作內(nèi)容。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)整個(gè)過(guò)程都用數(shù)字化技術(shù)資料呈現(xiàn)出來(lái)，整個(gè)供應(yīng)鏈所

產(chǎn)生的信息又可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)成為共享信息，這就需要對(duì)其進(jìn)行信息安全保護(hù)。

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安生產(chǎn)系統(tǒng)，可采用IT保障技術(shù)和相關(guān)的安全措施，例如設(shè)置防火墻、預(yù)防被入侵、掃描病毒儀、控制訪問(wèn)、設(shè)立黑白名單、加密信息等。03智能制造關(guān)鍵技術(shù)9、物聯(lián)網(wǎng)及應(yīng)用技術(shù)智能制造系統(tǒng)的運(yùn)行，需要物聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)籌細(xì)化，通過(guò)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、

RFID、傳感器的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，與生產(chǎn)有關(guān)的各種數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸給控制中心，上傳給大數(shù)據(jù)系統(tǒng)并進(jìn)行云計(jì)算。為了能有效管理一個(gè)跨學(xué)科、多企協(xié)同的智能制造系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)是必需的。德國(guó)工業(yè)4.0計(jì)劃就推出了“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”的概念，從而實(shí)現(xiàn)制造流程的智能化升級(jí)，其他國(guó)家也都紛紛建立本國(guó)工業(yè)化制造標(biāo)準(zhǔn)。10、系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)需要大型制造工程項(xiàng)目復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)技術(shù)、安裝調(diào)試技術(shù)、統(tǒng)一操作界面和工程工具的設(shè)計(jì)技術(shù)、統(tǒng)一事件序列和報(bào)警處理技術(shù)、一體化資產(chǎn)管理技術(shù)等相互協(xié)同來(lái)完成。智能制造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)*智能制造技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)智能制造技術(shù)的應(yīng)用智能制造技術(shù)的研究熱點(diǎn)和今后的發(fā)展趨勢(shì)01智能制造技術(shù)的應(yīng)用1、智能產(chǎn)品（Smart

Product）、智能產(chǎn)品通常包括機(jī)械、電氣和嵌入式軟件，具有記憶、感知計(jì)算和傳輸功能。典型的智能產(chǎn)品包括智能手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備、無(wú)人機(jī)、智能汽車、智能家電、智能售貨機(jī)等，包括很多智能硬件產(chǎn)品。智能裝備也是一種智能產(chǎn)品。（a）調(diào)酒機(jī)器人（b）服務(wù)機(jī)器人（c）下棋機(jī)器人（d）垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人01智能制造技術(shù)的應(yīng)用2、智能服務(wù)（Smart

Service）基于傳感器和物聯(lián)網(wǎng)（IoT），可以感知產(chǎn)品的狀態(tài)，從而進(jìn)行預(yù)防性維修維護(hù)，及時(shí)幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過(guò)了解產(chǎn)品運(yùn)行的狀態(tài)，幫助客戶帶來(lái)商業(yè)機(jī)會(huì)。還可以采集產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)的大數(shù)據(jù)，輔助企業(yè)進(jìn)行市場(chǎng)營(yíng)銷的決策。此外，企業(yè)通過(guò)開(kāi)發(fā)面向客戶服務(wù)的APP，也是一種智能服務(wù)的手段，可以針對(duì)企業(yè)購(gòu)買的產(chǎn)品提供有針對(duì)性的服務(wù)，從而鎖定用戶，開(kāi)展服務(wù)營(yíng)銷。3、智能裝備（Smart

Equipment）典型的智能裝備如工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、3D打印裝備、智能控制系統(tǒng)等。制造裝備經(jīng)歷了機(jī)械裝備到數(shù)控裝備，目前正在逐步發(fā)展為智能裝備。智能裝備具有檢測(cè)功能，可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)檢測(cè)，從而補(bǔ)償加工誤差，提高加工精度，還可以對(duì)熱變形進(jìn)行補(bǔ)償。智能裝備的特點(diǎn)是：可將專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)融入感知、決策、執(zhí)行等制造活動(dòng)中，可賦予產(chǎn)品制造在線學(xué)習(xí)和知識(shí)進(jìn)化能力。01智能制造技術(shù)的應(yīng)用4、智能產(chǎn)線（Smart

Product

on

line）典型的智能產(chǎn)線具有如下性能：在生產(chǎn)和裝配過(guò)程中，能夠通過(guò)傳感器或RFID自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)電子看板顯示實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀態(tài)；能夠通過(guò)機(jī)器視覺(jué)和多種傳感器金相質(zhì)量檢測(cè)，自動(dòng)剔除不合格品，并對(duì)采集的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC分析，找出質(zhì)量問(wèn)題的成因；支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式；具有柔性，如果生產(chǎn)線上有設(shè)備出現(xiàn)故障，能夠調(diào)整到其它設(shè)備生產(chǎn)；針對(duì)人工操作的工位，能夠給予智能的提示。01智能制造技術(shù)的應(yīng)用5、智能車間（Smart

workshop）要實(shí)現(xiàn)車間的智能化，需要對(duì)生產(chǎn)狀況、設(shè)備狀態(tài)、能源消耗、生產(chǎn)質(zhì)量、物料消耗等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析，進(jìn)行高效排產(chǎn)和合理排班，顯著提高設(shè)備利用率（OEE）。因此，無(wú)論什么制造行業(yè)，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）成為企業(yè)的必然選擇。6、智能工廠（Smart

Factory）作為智能工廠，不僅生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、透明化、可視化、精益化，同時(shí)，產(chǎn)品檢測(cè)、質(zhì)量檢驗(yàn)和分析、生產(chǎn)物流也應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)集成。一個(gè)

工廠的多個(gè)車間之間要實(shí)現(xiàn)信息共享、準(zhǔn)時(shí)配送、協(xié)同作業(yè)。一些離散制造企

業(yè)也建立了類似流程制造企業(yè)那樣的生產(chǎn)指揮中心，對(duì)整個(gè)工廠進(jìn)行指揮和調(diào)

度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決突發(fā)問(wèn)題，這也是智能工廠的重要標(biāo)志。智能工廠必須依

賴無(wú)縫集成的信息系統(tǒng)支撐，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統(tǒng)。01智能制造技術(shù)的應(yīng)用7、智能研發(fā)（Smart

R&D）離散制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)方面，已經(jīng)應(yīng)用了CAD/CAM/CAE/CAPP/EDA等工具軟件和PDM/PLM系統(tǒng)，但是e-works在為制造企業(yè)提供咨詢服務(wù)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，很多企業(yè)應(yīng)用這些軟件的水平并不高。企業(yè)要開(kāi)發(fā)智能產(chǎn)品，需要機(jī)電軟多學(xué)科的協(xié)同配合；要縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，需要深入應(yīng)用仿真技術(shù)，建立虛擬數(shù)字化樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科仿真，通過(guò)仿真減少實(shí)物試驗(yàn)；需要貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產(chǎn)品個(gè)性化定制；需要將仿真技術(shù)與試驗(yàn)管理結(jié)合起來(lái)，以提高仿真結(jié)果的置信度。流程制造企業(yè)已開(kāi)始應(yīng)用PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝管理和配方管理，LIMS（實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)）系統(tǒng)比較廣泛。01智能制造技術(shù)的應(yīng)用8、智能管理（Smart

Management）制造企業(yè)核心的運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)還包括人力資產(chǎn)管理系統(tǒng)（HCM）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、供應(yīng)商關(guān)系管理系統(tǒng)（SRM）、企業(yè)門戶（EP）、業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)（BPM）等，國(guó)內(nèi)企業(yè)也把辦公自動(dòng)化（OA）作為一個(gè)核心信息系統(tǒng)。為了統(tǒng)一管理企業(yè)的核心主數(shù)據(jù)，近年來(lái)主數(shù)據(jù)管理（MDM）也在大型企業(yè)開(kāi)始部署應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)智能管理和智能決策，最重要的條件是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和主要信息系統(tǒng)無(wú)縫集成。智能管理主要體現(xiàn)在不移動(dòng)應(yīng)用、云計(jì)算和電子商務(wù)結(jié)合。9、智能物流與供應(yīng)鏈（Smart

logistics

and

SCM）制造企業(yè)內(nèi)部的采購(gòu)、生產(chǎn)、銷售流程都伴隨著物料的流動(dòng)，因此，越來(lái)越多的制造企業(yè)在重視生產(chǎn)自動(dòng)化的同時(shí)，也越來(lái)越重視物流自動(dòng)化，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、無(wú)人引導(dǎo)小車（AGV）、智能吊掛系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用；而在制造企業(yè)和物流企業(yè)的物流中心，智能分揀系統(tǒng)、堆垛機(jī)器人、自動(dòng)輥道系統(tǒng)的應(yīng)用日趨普及。WMS（Warehouse

Management

System，倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)）和TMS（TransportManagement

System，運(yùn)輸管理系統(tǒng)）也受到制造企業(yè)和物流企業(yè)的普遍關(guān)注。10、智能決策（Smart

Decision

Making）企業(yè)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。一方面是來(lái)自各個(gè)業(yè)務(wù)部門和業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，比如與