《智能制造概論》課件 第3章 人工智能與智能制造及系統(tǒng)

智能制造概論12第3章人工智能與智能制造及系統(tǒng)3.1人工智能33.1.1人工智能的概念

在“百度百科”中，智能指人的智慧和行動(dòng)能力，從感覺到記憶到思維這一過程，稱為“智慧”，智慧的結(jié)果就產(chǎn)生了行為和語言，將行為和語言的表達(dá)過程稱為“能力”，兩者合稱“智能”，將感覺、去記、回憶、思維、語言、行為的整個(gè)過程稱為智能過程，它是智力和能力的表現(xiàn)。3.1人工智能43.1.1人工智能的概念

從擬人思維的角度出發(fā)，“人工智能是一種使計(jì)算機(jī)能夠思維，使機(jī)器具有智力的激動(dòng)人心的新嘗試?！保℉augeland，1985）；“人工智能是那些與人的思維、決策、問題求解和學(xué)習(xí)等有關(guān)活動(dòng)的自動(dòng)化?！保˙ellman，1978）。

從擬人理性思維的角度出發(fā)，“人工智能是用計(jì)算模型研究智力行為。”（Charniak和McDermott，1985）；“人工智能是研究那些使理解、推理和行為成為可能的計(jì)算?！保╓inston，1992）。

從擬人行為的角度出發(fā)，“人工智能是一種能夠執(zhí)行需要人的智能的創(chuàng)造性機(jī)器的技術(shù)。”（Kurzwell，1990）。

從擬人理性行為的角度出發(fā)，“人工智能是一門通過計(jì)算過程力圖理解和模仿智能行為的學(xué)科?！保⊿chalkoff，1990）。

作為學(xué)科，人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。通俗地講，人工智能就是要研究如何使機(jī)器具有能聽、會(huì)說、能看、會(huì)寫、能思維、會(huì)學(xué)習(xí)、能適應(yīng)環(huán)境變化、能解決各種實(shí)際問題的一門學(xué)科。3.1人工智能53.1.1人工智能的概念

人工智能不是人的智能，但能像人那樣思考、也可能超過人的智能；人工智能不是搞出一個(gè)比人類還聰明的怪物來奴役人類，而是運(yùn)用人工智能去解決問題，造福人類，就像100多年前的電氣化一樣，將人類現(xiàn)在絕大多數(shù)的職業(yè)為智能設(shè)備所取代。3.1人工智能63.1.2人工智能的發(fā)展孕育階段（20世紀(jì)50年代前）1形成階段（20世紀(jì)50年代—60年代）2發(fā)展階段（20世紀(jì)70年代以后）33.1人工智能73.1.3人工智能應(yīng)用領(lǐng)域6712345自動(dòng)程序設(shè)計(jì)模式識別符號計(jì)算機(jī)器人學(xué)專家系統(tǒng)人工智能應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)器學(xué)習(xí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3.2智能制造83.2.1智能制造概念■在“百度百科”中智能制造一詞采用路甬祥院士報(bào)告的定義：“一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人和智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新、擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。”■2011年，美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟發(fā)表了《實(shí)施21世紀(jì)智能制造》報(bào)告。定義智能制造是先進(jìn)智能系統(tǒng)強(qiáng)化應(yīng)用、新產(chǎn)品快速制造、產(chǎn)品需求動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以及工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)優(yōu)化的制造。智能制造的核心技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)化傳感器、數(shù)據(jù)互操作性、多尺度動(dòng)態(tài)建模與仿真、智能自動(dòng)化，以及可擴(kuò)展的多層次的網(wǎng)絡(luò)安全。■在中國《2015年智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》中，智能制造定義為：基于新一代信息技術(shù)、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)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。具有以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。■中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)分別于2011年和1016年出版的《中國機(jī)械工程技術(shù)路線圖》及其第二版中指出，智能制造是研究制造活動(dòng)中的信息感知與分析、知識表達(dá)與學(xué)習(xí)、自主決策與優(yōu)化、自律執(zhí)行與控制的一門綜合交叉技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)知識屬性和功能的必然手段。3.2智能制造93.2.1智能制造概念

智能制造是面向產(chǎn)品的全生命周期，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造裝備、制造單元、制造車間、制造企業(yè)和企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)等不同層次的制造系統(tǒng)為載體，在其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有一定自主性感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制、執(zhí)行能力，能動(dòng)態(tài)地制造環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)縮短產(chǎn)品研制周期、降低運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗等目標(biāo)。3.2智能制造103.2.1智能制造概念智能制造的三個(gè)層面智能制造的三大核心3.2智能制造113.2.2智能制造主要特點(diǎn)人機(jī)一體化虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）自組織與超柔性整個(gè)制造環(huán)境的智能集成自學(xué)習(xí)與自維護(hù)能力自律能力智能制造特點(diǎn)3.2智能制造123.2.3智能制造目標(biāo)1.滿足客戶個(gè)性化定制需求2.實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件高品質(zhì)制造3.保證高效的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)制造4.提升產(chǎn)品價(jià)值，拓展價(jià)值鏈3.2智能制造133.2.4智能制造發(fā)展趨勢智能制造技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用貫穿制造業(yè)全過程123增材制造技術(shù)與作用發(fā)展迅速世界范圍內(nèi)智能制造國家戰(zhàn)略空前高漲3.3智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架143.3智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架153.3.1生命周期維度

產(chǎn)品生命周期是指產(chǎn)品從進(jìn)入市場開始，直到最終退出市場為止所經(jīng)歷的市場生命循環(huán)過程，并將產(chǎn)品生命周期分為介紹期（引入期）、成長期、成熟期、衰退期四個(gè)階段，是產(chǎn)品的市場壽命周期。而PLM（產(chǎn)品生命周期管理）是從制造企業(yè)角度理解一個(gè)具體產(chǎn)品的壽命，此時(shí)，產(chǎn)品生命周期是指一個(gè)產(chǎn)品從客戶需求、概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、制造到使用和報(bào)廢的時(shí)間過程。3.3智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架163.3.2系統(tǒng)層級維度企業(yè)層車間層系統(tǒng)層級維度協(xié)同層設(shè)備層控制層3.3智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架173.3.3智能功能維度信息融合互聯(lián)互通功能維度新興業(yè)態(tài)資源要素系統(tǒng)集成3.4基于CPS的智能制造系統(tǒng)183.4.1CPS綜述CPS（信息物理融合系統(tǒng)）通過將先進(jìn)的控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)進(jìn)行深度的融合與有機(jī)的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)物理世界與虛擬世界的互聯(lián)，它是具有自主感知、自主判斷和自主調(diào)節(jié)治理能力的下一代智能系統(tǒng)。CPS通過通信網(wǎng)絡(luò)對局部物理世界發(fā)生的感知和操縱進(jìn)行可靠、實(shí)時(shí)、高效的觀察與控制，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模實(shí)體控制和全局優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)資源的協(xié)調(diào)分配與動(dòng)態(tài)組織，實(shí)現(xiàn)信息世界與物理世界的高度集成及多對多動(dòng)態(tài)鏈接，實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算和信息處理。1．CPS的基本概念3.4基于CPS的智能制造系統(tǒng)193.4.1CPS綜述2．CPS的基本功能邏輯單元3.4基于CPS的智能制造系統(tǒng)203.4.1CPS綜述3．CPS的特征和功能91013468高可信賴性事件驅(qū)動(dòng)性全局虛擬、局部物理性領(lǐng)域相關(guān)性以數(shù)據(jù)為中心CPS的功能安全關(guān)鍵性高度自主性7異構(gòu)性5時(shí)間關(guān)鍵性2深度嵌入性3.4基于CPS的智能制造系統(tǒng)213.4.2基于CPS智能制造系統(tǒng)參考架構(gòu)基于CPS的智能制造系統(tǒng)層級3.4基于CPS的智能制造系統(tǒng)223.4.2基于CPS智能制造系統(tǒng)參考架構(gòu)基于CPS離散型智能制造系統(tǒng)架構(gòu)3.5其它智能制造模式簡介233.5.1社會(huì)化企業(yè)

社會(huì)化企業(yè)是MAfeec于2006年將Web2.0應(yīng)用于企業(yè)而引伸出來的概念，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，通過用戶的充分參與來提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力，形成新的服務(wù)理念與模式。具體到制造領(lǐng)域，企業(yè)可以利用大眾力量進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)、品牌推廣等，產(chǎn)品研發(fā)圍繞用戶需求，極大地增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)；用戶也通過價(jià)值共享獲得回報(bào)，從而達(dá)到企業(yè)與用戶的雙贏。就企業(yè)和用戶的關(guān)系而言，用戶由產(chǎn)品購買者轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品制造者和產(chǎn)品創(chuàng)意者。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。3.5其它智能制造模式簡介243.5.2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)，最早由李伯虎院士等

于2009年提出。云制造通過采用物聯(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，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)。3.5其它智能制造模式簡介253.5.3泛在制造

泛在制造是以泛在計(jì)算為基礎(chǔ)的，在制造全生命周期應(yīng)用，包括市場分析概念形成、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。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，泛在計(jì)算從根本上改