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智能制造工程實施指南篇一
智能制造「‘」(工m:intelligent manufacturing)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展。1.1智能制造系統(tǒng)概述
智能制造系統(tǒng)「2」就是要通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機器人視覺與機器人控制等來對制造技術(shù)的技能與專家知識進行模擬，使智能機器在沒有人工干預情況下進行生產(chǎn)。智能制造系統(tǒng)就是要把人的智力活動變?yōu)橹圃鞕C器的智能活動。智能制造系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)是智能機器，它包括具有各種程序的智能加工機床，工具和材料傳送裝置，檢測和試驗裝置，以及裝配裝置等。1.2智能化制造的特點
川智能化制造技術(shù)以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、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)智能化制造技術(shù)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)智能化制造強調(diào)技術(shù)、人、管理和信息的四維集成，不僅涉及到物質(zhì)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化制造技術(shù)的重要特點:
(4)智能化制造技術(shù)更加重視制造過程組成和管理的合理化以及革新，它是硬件、軟件、智能(人)與組織的系統(tǒng)集成。
2.智能化制造數(shù)控設備的關(guān)鍵技術(shù)
機械制造設備的智能化、網(wǎng)絡化、以及對神經(jīng)元網(wǎng)絡、云計算技術(shù)的研究與應用，使機械制造工)‘智能化技術(shù)得到了跨越式的發(fā)展，可以說這是又一次具有劃時代意義的工業(yè)技術(shù)革命。目前，智能化制造數(shù)控設備的關(guān)鍵技術(shù)，除了機械主體以外，主要是由智能數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)、智能感知技術(shù)、智能自適應技術(shù)、智能神經(jīng)元網(wǎng)絡技術(shù)、智能云計算技術(shù)和智能專家系統(tǒng)等主要技術(shù)構(gòu)成。
(1>智能化數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控設備智能化的發(fā)
展是以數(shù)控系統(tǒng)完善的軟硬件功能及高靈敏度、高精度感知檢測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以適應智能化、信息化、數(shù)字化集成技術(shù)發(fā)展的要求。為追求數(shù)控設備加工效率和加工質(zhì)量，數(shù)控系統(tǒng)不但有自動編程、前饋控制、模糊控制、自學習控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償、運動參數(shù)動態(tài)補償?shù)戎悄芑δ?，并有故障診斷專家系統(tǒng)，使自診斷和故障監(jiān)控功能更趨勢完善。伺服驅(qū)動系統(tǒng)智能化，能自動感知負載變化，自動優(yōu)化調(diào)整參數(shù)。如發(fā)那科推出的hrv控制，通過共振追隨型hrv濾波器，可以避免因頻率變動而造成設備的共振。通過融合旋轉(zhuǎn)伺服電動機，高精度、高響應和高分辨率脈沖編碼器，實現(xiàn)高速和高精度的伺服控制，保證極其平穩(wěn) 的進刀。
(2)智能自適應控制技術(shù)自適應控制分為 工藝自適應和兒何自適應。工藝自適應又分為
最佳自適應控制系統(tǒng)(aco)和約束式自適應(acc)。自適應控制自20世紀60年代已開始研究，但用于生產(chǎn)實踐尚不普遍。目前應用面較廣的還是結(jié)構(gòu)簡單的acc系統(tǒng)，已用于銑、車、鉆、磨、電加工和加工中心等機床上;而aco多用于加工因素相對簡單的磨削和電火花加工(ed m)上。影響加工的因素很多很復雜，不僅建立數(shù)學模
型困難，而且要實時采集和實時調(diào)整參數(shù)也有很大難度，有待深入研究。(3)智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡技術(shù)最智能的莫過于人的大腦，人工神經(jīng)元網(wǎng)絡
(ann)是一種模擬
人的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，即類似人的大腦神經(jīng)突觸連接的結(jié)構(gòu)進行信息處理的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有自學習功能、聯(lián)想記憶功能、非線性映射功能和高速尋找優(yōu)化解的功能等。目前，神經(jīng)元網(wǎng)絡多用于數(shù)控設備可靠性預測和優(yōu)化工藝參數(shù)方面，神經(jīng)元網(wǎng)絡在機床數(shù)控系統(tǒng)方面的研究與應用尚不多見。隨著神經(jīng)元網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)控機床方面的應用可能會有很好的前景，或許會把數(shù)控系統(tǒng)的智能化水平推向高級階段。未來兒年希望能有一個較快的發(fā)展。(4)智能專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一個智能計算i機程序系統(tǒng)，其專家知識庫中含有某個領(lǐng)域大量的l專家知識與經(jīng)驗，就是利用這些專家知識、經(jīng)驗和土解決問題的方法來處理該領(lǐng)域的技術(shù)問題。它能夠f應用人工智能技術(shù)，根據(jù)該專家系統(tǒng)中的知識和經(jīng)驗進行推理和判斷，模擬專家的決策過程，來解決·需要專家處理的復雜問題。目前，數(shù)控設備領(lǐng)域尚l(wèi)缺乏這種專家系統(tǒng)。(5)云計算將把智能化制造推向更高級階右段國外工業(yè)技術(shù)發(fā)達國家的大型工業(yè)企業(yè)、研究機構(gòu)和高等院校對云計算的研究和發(fā)展都極為重視，之認為這是一種具有劃時代意義的技術(shù)。如美國宇航!局和通用汽車公司都在研究和應用云計算技術(shù);我1國北京建有云計算基地，華為技術(shù)有限公司和tcl集團也都特別關(guān)注云計算的發(fā)展、研究和應用。3.智能化工廠
智能化機械工)‘是以“智能化”為核心，以智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化為主要特征的生產(chǎn)、經(jīng)營實體。智能化工)‘將逐步分層次實現(xiàn)。智能工業(yè)機器人在智能自動化制造工)‘中扮演著重要角色。(1>智能工業(yè)機器人在智能化數(shù)控設備中
除了各種數(shù)控設備和相關(guān)數(shù)控配套設備以外，智能工業(yè)機器人在智能制造單元、智能制造系統(tǒng)和智能制造工)‘中具有重要作用。
(2)智能化自動化工)‘在各種智能化自動化數(shù)控設備的基礎(chǔ)上，智能化工)‘將由工廠‘局部智能自動化、逐步分層次地發(fā)展到全工)‘智能自動化和社會化智能制造。
第一層次:單機或單元智能自動化。
單機或單元智能自動化，可以實現(xiàn)長時間無人值守。國內(nèi)外都有用于生產(chǎn) 的實例。
第二個層次:生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動化。
在第三代“智能機器人化單元”的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡控制生產(chǎn)車間全自動化系統(tǒng)。包括毛坯倉儲管理，再制品倉儲管理，成品零件倉儲管理及其搬運、裝卸、裝配作業(yè)和質(zhì)量檢驗等。
第三個層次:智能化數(shù)字化網(wǎng)絡制造系統(tǒng)。
在第二層次生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動化的基礎(chǔ)上，配置網(wǎng)絡綜合管理系統(tǒng)，來實現(xiàn)全工)‘的智能化數(shù)字化網(wǎng)絡制造。智能化工)‘的實現(xiàn)主要是靠信息通信技術(shù)(ict)和智能網(wǎng)絡的可靠運行加以保證。具有實時資料搜集與傳輸功能、高效能計算機與分析預測功能、遠程監(jiān)控與診斷功能及模擬功能等。智能化工)‘最核心的部分是生產(chǎn)過程和全面經(jīng)營運行的智能自動化，包括設計智能化，生產(chǎn)排序自動化，生產(chǎn)線自動化，測試檢驗自動化，倉儲自動化，電力管理智能自動化等等，進一步發(fā)展到自動化無人化工)‘(絕大多數(shù)設備可以無人值守)。
第四個層次:智能化社會化生產(chǎn)。
智能化網(wǎng)絡化社會化制造，將山企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)經(jīng)因特網(wǎng)向企業(yè)外部傳輸。這就是所謂的internet/intranet。網(wǎng)絡可使企業(yè)與企業(yè)之間進行跨地區(qū)協(xié)同設計、協(xié)同制造、信息共享、遠程監(jiān)控、遠程診斷和服務等。網(wǎng)絡能為制造提供完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，可以通過網(wǎng)絡將加工程序傳給遠方的設備進行加工，也可遠程診斷并發(fā)出指令調(diào)整。網(wǎng)絡使各地分散的數(shù)控機床聯(lián)系在一起，互相協(xié)調(diào)，統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)整，使產(chǎn)品加工不局限于一個工)‘內(nèi)而實現(xiàn)社會化生產(chǎn)。智能化社會化制造能夠借助internet網(wǎng)實現(xiàn)跨行業(yè)、跨國際智能化制造，進人internet/intranet時代。云計算借助internet網(wǎng)整合了計算機資源，為智能化制造開了先河。智能化網(wǎng)絡化社會化制造將引領(lǐng)社會和全球資源的整合與優(yōu)化運用，同時將有效地提高人類的生活質(zhì)量，逐步地減少人類的體力勞動而擴大腦力勞動的比重，進入知識社會，智能社會。
智能制造具有高科技高水平的先進制造系統(tǒng)，面臨一些極具挑 戰(zhàn)性的問題。當然也需要我們投入大量的研究去攻克這些技術(shù)難題。產(chǎn)品和制造過程的數(shù)字建模理論及混合約束求解方法，幾何表示與推理在運動規(guī)劃、抓取、夾持、裝配、nc加工、計算機視覺、測量中的應用，制造技能和制造知識的表示、獲取與推理。智能制造單元的agent建模及智能制造系統(tǒng)的多agent建模理論、多agent系統(tǒng)學>-j及重構(gòu)理論、多agent系統(tǒng)動力學分析方法及性能評價標、多agent系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度、控制與協(xié)調(diào)等。制造資源的holon模型holonic系統(tǒng)組成及其分別式協(xié)調(diào)與控制等。由于人類智能問題本身的復雜性，智能制造理論與技術(shù)的研究任重而道遠，上述問題的深入研究，不僅將促進智能制造理論與技術(shù)的發(fā)展與進一步完展具有積極的推動作用。不僅要提高機器設備的智商，更要協(xié)調(diào)好人與機器的關(guān)系，建立一種新型的人機一體化關(guān)系，從而產(chǎn)生高效高性能的生產(chǎn)系統(tǒng)。總之，隨著智能制造技術(shù)的普及以及其帶來的優(yōu)勢愈發(fā)明顯，可以預見在不遠的將來，智能制造將成為下一代重要的生產(chǎn)模式。參考文獻：
1.趙亞波 智能制造(工業(yè)控制計算機}2002年15卷第3期(333001)2.榮烈潤 面向21世紀的智能制造機電一體化2006,12(4)3.熊有倫 孫容磊 李斌 吳波 智能制造：回顧與展望木華中科技大學機械學院武漢430074 c1〕土子龍.中國裝備制造業(yè)系統(tǒng)演化與評價研究[d].中國博 上學位論文全文數(shù)據(jù)庫，2007 c2} l一繼勇.教育結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和就業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系研究[d].中 國優(yōu)秀碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫，2007 參考文獻
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智能制造工程實施指南篇二
一、背景
當前，以智能制造為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)變革迅猛發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化日益成為制造業(yè)的主要趨勢。為加速我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，國務院發(fā)布實施《中國制造2025》，將智能制造作為主攻方向，加速培育我國新的經(jīng)濟增長動力，搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競爭制高點。目前，我國制造業(yè)機械化、電氣化、自動化、信息化并存，不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同企業(yè)發(fā)展不平衡，發(fā)展智能制造面臨關(guān)鍵技術(shù)裝備受制于人、智能制造標準／軟件／網(wǎng)絡／信息安全基礎(chǔ)薄弱、智能制造新模式推廣尚未起步、智能化集成應用緩慢等突出問題。因此，作為一項必須長期堅持的戰(zhàn)略任務，推動我國制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型，環(huán)境更復雜、形勢更嚴峻、任務更艱巨?！吨悄苤圃旃こ虒嵤┲改希?016一2020年）》明確“十三五”期間同步實施數(shù)字化制造普及、智能化制造示范。按照專項行動確定的連續(xù)實施三年，2016年要邊試點示范、邊總結(jié)經(jīng)驗、邊推廣應用的總體安排，繼續(xù)組織開展智能制造試點示范專項行動。實施智能制造試點示范專項行動，是落實《中國制造2025》以及智能制造工程的重要措施，對于實現(xiàn)制造強國目標具有重要意義。
二、總體思路
貫徹落實《中國制造2025》，推進《智能制造工程實施指南（2016一2020年）》年度計劃實施，在總結(jié)2015年專項行動經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，2016年將繼續(xù)堅持“立足國情、統(tǒng)籌規(guī)劃、分類施策、分步實施”的方針，進一步擴大行業(yè)和區(qū)域覆蓋面，全面啟動傳統(tǒng)制造業(yè)智能化改造，開展離散型智能制造、流程型智能制造、網(wǎng)絡協(xié)同制造、大規(guī)模個性化定制、遠程運維服務5種智能制造新模式的試點示范，繼續(xù)注重發(fā)揮企業(yè)積極性、注重智能化持續(xù)增長、注重關(guān)鍵技術(shù)裝備安全可控、注重基礎(chǔ)與環(huán)境培育，逐步探索與實踐有效的經(jīng)驗和模式，不斷豐富成熟后在制造業(yè)各領(lǐng)域全面推廣。
三、主要目標
2016年，在符合兩化融合管理體系標準的企業(yè)中，在有條件、有基礎(chǔ)的重點地區(qū)、行業(yè)，特別是新型工業(yè)化產(chǎn)業(yè)示范基地中，遴選60個以上智能制造試點示范項目。通過試點示范，進一步提升高檔數(shù)控機床與工業(yè)機器人、增材制造裝備、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備五大關(guān)鍵技術(shù)裝備自主化能力，以及智能制造標準、核心軟件和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應用能力，形成關(guān)鍵領(lǐng)域一批智能制造標準，不斷形成并推廣智能制造新模式。智能車間／工廠試點示范項目通過2一3年持續(xù)提升，實現(xiàn)運營成本降低20%，產(chǎn)品研制周期縮短20%，生產(chǎn)效率提高20%，產(chǎn)品不良品率降低10%，能源利用率提高10%。
四、重點行動
（一）離散型智能制造試點示范服裝、醫(yī)療器械、電子信息等離散制造領(lǐng)域，開展智能車間／工廠的集成創(chuàng)新與應用示
范，推進數(shù)字化設計、裝備智能化升級、工藝流程優(yōu)化、精益生產(chǎn)、可視化管理、質(zhì)量控制與追溯、智能物流等試點應用，推動企業(yè)全業(yè)務流程智能化整合。
（二）流程型智能制造試點示范
在石油開采、石化化工、鋼鐵、有色金屬、稀土材料、建材、紡織、民爆、食品、醫(yī)藥、造紙等流程制造領(lǐng)域，開展智能工廠的集成創(chuàng)新與應用示范，提升企業(yè)在資源配置、工藝優(yōu)化、過程控制、產(chǎn)業(yè)鏈管理、質(zhì)量控制與溯源、能源需求側(cè)管理、節(jié)能減排及安全生產(chǎn)等方面的智能化水平。
（三）網(wǎng)絡協(xié)同制造試點示范
在機械、航空、航天、船舶、汽車、軌道交通設備、家用電器、集成電路、信息通信產(chǎn)品等領(lǐng)域，選擇有條件的企業(yè)，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡等技術(shù)，建設網(wǎng)絡化制造資源協(xié)同平臺，集成企業(yè)間研發(fā)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、運營管理系統(tǒng)，推動創(chuàng)新資源、生產(chǎn)能力、市場需求的跨企業(yè)集聚與對接，實現(xiàn)設計、供應、制造和服務等環(huán)節(jié)的并行組織和協(xié)同優(yōu)化。
（四）大規(guī)模個性化定制試點示范
在石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材、汽車、紡織、服裝、家用電器、家居、數(shù)字視聽產(chǎn)品等領(lǐng)域，利用工業(yè)云計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標識解析等技術(shù)，建設用戶個性化需求信息平臺和個性化定制服務平臺，實現(xiàn)研發(fā)設計、計劃排產(chǎn)、柔性制造、物流配送和售 后服務的數(shù)據(jù)采集與分析，提高企業(yè)快速、低成本滿足用戶個性化需求的能力。
（五）遠程運維服務試點示范
在石化化工、鋼鐵、建材、機械、航空、家用電器、家居、醫(yī)療設備、信息通信產(chǎn)品、數(shù)字視聽產(chǎn)品等領(lǐng)域，集成應用工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、智能化軟件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)ipv6地址等技術(shù)，建設產(chǎn)品全生命周期管理平臺，開展智能裝備（產(chǎn)品）遠程操控、健康狀況監(jiān)測、虛擬設備維護方案制定與執(zhí)行、最優(yōu)使用方案推送、創(chuàng)新應用開放等服務試點。
五、重點工作及進度安排
（一）制定2016年智能制造試點示范項目要素條件
2016年2一3月，組織開展試點示范項目要素條件調(diào)研，編制《智能制造試點示范項目要素條件》；4月底前，下發(fā)《關(guān)于開展2016年智能制造試點示范項目推薦的通知》。
（二）遴選2016年度智能制造試點示范項目
5月底前，在各地工業(yè)和信息化主管部門推薦的項目中組織行業(yè)專家遴選；6月底前，確定60個以上智能制造試點示范項目，其中：選擇20個以上離散型智能制造試點示范項目，選擇20個以上流程型智能制造試點示范項目，選擇20個以上網(wǎng)絡協(xié)同制造、大規(guī)模個性化定制、遠程運維服務試點示范項目。
（三）完成智能制造發(fā)展對策研究
2016年6月底前，組織相關(guān)單位完成“智能制造發(fā)展對策研究”重大軟科學課題，進一步完善促進智能制造發(fā)展的相關(guān)政策。
（四）啟動并組織實施重點領(lǐng)域智能化改造工作 2016年2一12月，利用工業(yè)轉(zhuǎn)型升級資金、專項建設基金，在石油化工、化工園區(qū)、鋼鐵、有色金屬、稀土材料、建材、船舶、航空、汽車、電力裝備、機床、紡織、食品、醫(yī)藥、輕工、消費類電子、新型顯示高世代線、太陽能電池及光伏組件、民爆等行業(yè)，持續(xù)開展重點企業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、生產(chǎn)線、車間、工廠的智能化改造，培育一批系統(tǒng)解決方案供應商，形成智能化標準與模式并進行復制推廣。
（五）開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)推進工作
2016年2一12月，組織企業(yè)在工業(yè)以太網(wǎng)、工廠無線應用、標識解析、ipv6應用、工業(yè)云計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域開展創(chuàng)新應用示范，支持相關(guān)單位開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試驗驗證平臺、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵資源管理平臺和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)商用流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)管理平臺建設。
（六）開展智能制造網(wǎng)絡安全保障能力建設
2016年6月底前，完成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)測平臺、工控網(wǎng)絡安全防御平臺、工業(yè)控制系統(tǒng)仿真測試與驗證平臺等項目立項論證；12月底前開展關(guān)鍵技術(shù)預先研究。
（七）開展智能制造標準體系建設
2016年5月，召開中德智能制造／工業(yè)4.0標準化高端論壇；11月底前完成智能制造標準試驗驗證項目的立項工作，下達智能制造標準編制立項，形成10項以上重點標準草案。
（八）開展智能制造經(jīng)驗交流與推廣工作
2016年9月底前，組織召開2016年全國智能制造試點示范經(jīng)驗交流電視電話會議；10一12月，組織開展原材料、裝備、消費品、電子、民爆行業(yè)典型案例經(jīng)驗交流與模式推廣；12月底前，編制完成《智能制造探索與實踐一一2016年試點示范項目匯編》。
（九）組織智能制造試點示范項目集中展示業(yè)博覽會上設專區(qū)，集中展示智能制造試點示范項目取得的成果。
（十）開展專項行動年度評估與總結(jié)
2016年11月，完成專項行動年度檢查與效果評估，完成專項行動工作總結(jié)。
六、保障措施
智能制造工程實施指南篇三
智能制造綜述
馮劍龍 1043115257 摘要
本文評述了智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)，指出了智能制造確系21世紀的制造技術(shù)，分析了智能制造在發(fā)展中的問題，提出我國智能制造的近期研究重點應為其關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。
關(guān)鍵詞智能制造智能制造技術(shù)智能制造系統(tǒng)智能機器 集成化智能化 智能制造系統(tǒng)的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀
近來年，人們對制造過程的自動化程度賦予了極大的研究熱情，這是因為從1870年到1980年間，制造過程的效率提高了20倍，而生產(chǎn)管理效率只提高了1.8～2.2倍，產(chǎn)品設計的效率只提高了1.2倍。這表明體力勞動通過采用自動化技術(shù)得到了極大的解放，而腦力勞動的自動化程度(其實質(zhì)是決策自動化程度)則很低，制造過程中人的因素尚未得到充分的認識，人尚未真正地從復雜的生產(chǎn)過程中解放出來，各種問題求解的最終決策在很大程度上仍依賴于人的智慧。因而，人類群體所面臨的眾多問題(包括社會問題、生理問題等)在制造過程中都有所反映。面對批量小、品種多、質(zhì)量高、更新快的產(chǎn)品市場競爭要求以及各種社會因素的綜臺影響.制造過程的自動化程度的提高面臨眾多問題，譬如；(1)專家人才的短缺和轉(zhuǎn)移致使一些專門技能不能及時或長久地得到提供；(2)現(xiàn)代制造過程中信息量大而繁雜，傳統(tǒng)的信息處理方式已不能滿足要求，大量的信息資源需要開發(fā)與共享；(3)制造環(huán)境柔性要求更大，決策過程更加復雜，決策時問要求更短。各種跡象表明，“我們正處在制造歷史上的一個危險時期” 幸運的是，計算機與計算機科學以及其它高技術(shù)的發(fā)展，通過集成制造技術(shù)、人工智能等而發(fā)展起來的一種新型制造工程—— 智能制造技術(shù)(intelligent manufacturing technology，imt)與智能制造系統(tǒng)(inteliigent manufacturingsystem，ims)使我們有可能走出這個危機，“帶來真正的第二次工業(yè)革命”。這是因為，制造過程所面臨的眾多問題的核心是“制造智能(nlanufacturing iteliigence)”和制造技術(shù)的“智能化(intellecturallzation)。imt是指在制造工業(yè)的各個環(huán)節(jié)以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計算機模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動；并對人類專家的制造智能進行收集、存貯、完善、共享、繼承與發(fā)展。未來工業(yè)生產(chǎn)的基本特征應該是知識密集型.制造自動化的根本是決策自動化。目前，imt~ims的研究正迅速受到眾多國家的政府、工業(yè)界和科學家們的廣泛重視，研究方向從最初的“人工智能在制造領(lǐng)域中的應用”發(fā)展到今天的ims，研究課題涉及的范圍由最初僅一個企業(yè)內(nèi)部的市場分析、產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃、制造加工、過程控制、材料處理、信息管理、設備維護等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動化.發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個制造環(huán)境的集成化與自組織能力+包括制造智能處理技術(shù)、自組織加工單元、自組織機器人、智能生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、多級競爭式控制網(wǎng)絡、全球通訊與操作網(wǎng)等?？傊悄苤圃焓?1世紀的制造技術(shù)，作為其特征的雙i(integration＆ intelligence)將是21世紀制造業(yè)賴以行進的基本軌道。從更深刻的意義上講，智能制造是從信息時代走向智能時代面臨的第一個嚴重任務。存在的問題
總的說來，目前ims的研究仍處在人工智能在制造領(lǐng)域中應用的階段，研究課題涉及到市場分析、產(chǎn)品設計、制造過程控制、材料處理、信息管理、設備維護等眾多方面，取得了豐碩的成果.開發(fā)了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)，甚至智能加工工作站(imw)，形成了一系列“智能化孤島”(islands of intelligence)。這中間包括cims研究中所取得的有關(guān)進展然而，隨著研究與應用工作的深入，人們逐漸地認識到自動化程度的進一步提高依賴制造系統(tǒng)的自組織能力，研究工作還面臨著一系列理論、技術(shù)和社會問題，問題的核心是“智能化”。一般說來，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個有機的整體要受技術(shù)(包括生產(chǎn)系統(tǒng))、人(包括間接影響生產(chǎn)過程的社會群體)和經(jīng)濟(包括市場競爭和社會競爭)-方面因素的制約。從技術(shù)的角度來看，對于一個企業(yè)來說，市場預測、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設計、原料訂購與處理、制造加工、生產(chǎn)管理、原料產(chǎn)品的儲運、產(chǎn)品銷售、研究與發(fā)展等環(huán)節(jié)彼此相互影響，構(gòu)成產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。該過程的自動化程度取決于各環(huán)節(jié)的集成自動化(integrated automatlon)水平，而生產(chǎn)系統(tǒng)的自組織能力取決于各環(huán)節(jié)的集成智能(inte—grated intelligence)水平。目前，尚缺乏這種“集成”制造智能的技術(shù)，這也是目前“并行工程”的研究重點。由日本提出的國際合作研究計劃對ims的解釋可看出，ims的研究包括三個基本方面：智能活動、智能機器和兩者的有機融合技術(shù)，其中智能活動是問題的核心。在ims研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中.制造智能處理技術(shù)(manufacturing in—telligence processing technology)是最為關(guān)鍵和追切需要研究的問題之一，因為它負責各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機器的智能活動。從人的因素方面來看，其一，企業(yè)內(nèi)部負責各個環(huán)節(jié)的專家和技術(shù)人員有著各自不同的知識背景和解決問題的策略，他們應該“坐”在一起，通過相互之間充分的合作、協(xié)商與理解，“并行”地開睫制造過程中各環(huán)節(jié)的工作，把以后可能出現(xiàn)的“隱患”和“反復”降低到最低程度。其二，人們參與制造過程的智能行為和知識存在著多種層次水平、多種類型。因而要采用多種表示方式。其三，參與制造過程的群體，作為社會中的一子集，受社會發(fā)展變更的影響，這種影響都將對制造過程產(chǎn)生既有積極又有消極的作用 最后.人與人之間存在生活、語言、社會背景等方面的差別。總之，人的因素對現(xiàn)代生產(chǎn)的自動化程度有著關(guān)鍵作用。事實證明，人的因素是ims中制造智能的重要來源。從經(jīng)濟因素來看，它包括三個方面：第一，ims系統(tǒng)的主要目標之一是全面提高制造過程的生產(chǎn)與經(jīng)濟效益，它將把制造過程自動化的概念更新和拓寬到“集成化”和“智能化”的高度，從而具有更強的市場競爭能力 但如何設定和評價ims的各項經(jīng)濟性指標和性能則是一個問題。第二，目前，在工業(yè)發(fā)達國家普遍存在著勞動力昂貴，所占生產(chǎn)成本的比例越來越高的問題。從當前的經(jīng)濟利益出發(fā)，大量的制造企業(yè)被轉(zhuǎn)移至發(fā)展中國家，致使生產(chǎn)技術(shù)和勞動者因素等方面受到牽制，存在喪失他們產(chǎn)品市場競爭力的危險這也是智能制造國際合作研究計劃提出的重要原因之一。方向與課題
根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)和國家的需要，以及imt＆ims研究與開發(fā)工作的特點，我們認為近期的研究點應該放在imt＆ims的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)上，它主要包括以下內(nèi)容：
3.1 智能制造系統(tǒng)理論基礎(chǔ)與設計技術(shù)ims的概念正式提出至今僅二三年時間。作為制造工程中的一個全新的概念，ims理論基礎(chǔ)與體系尚未完全形成.它的精確內(nèi)涵和設計技術(shù)亟待進一步研究，具體研究內(nèi)容應包括：
3.1.1 體系結(jié)構(gòu)與發(fā)展戰(zhàn)略 需要建立ims統(tǒng)一的概念體系，研究ims的系統(tǒng)組成和發(fā)展方向以及跟蹤國際上該領(lǐng)域的研究前沿
3.1.2 開發(fā)環(huán)境與設計方法學ims的開發(fā)與設計方法將有別于現(xiàn)有任何制造系統(tǒng)的設計方法，因為ims是面向整個制造過程的系統(tǒng)和各個環(huán)節(jié)的“智能化”的 因此.有必要研究ims的設計策略和開發(fā)環(huán)境(包括開發(fā)語言、操作系統(tǒng)、開發(fā)工具等)必須強調(diào)ims設計過程的標準化、模塊化和通用化。
3.1.3 評價技術(shù)研究制造過程中的設計評價、生產(chǎn)評價、材料評價、管理評價、市場評價、經(jīng)濟評價、報價評價和功能評價等問題。
3.2 制造智能理論及處理技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)作為一個有機整體不僅是指各制造環(huán)節(jié)之間存在的技術(shù)型聯(lián)系，而且還表現(xiàn)在人類專家的制造智能的統(tǒng)一體特性方面。制造智能理論及處理技術(shù)就是要研究整個制造環(huán)境中的各種智能源的開發(fā)、描述、集成、共享與處理，最后生成智能機器的智能活動，具體研究內(nèi)容包括： 3.2.1 制造環(huán)境的描述與建模研究描述制造環(huán)境的一致性概念體系、制造過程建模，影響制造過程的多因素分析與不確定性處理。
3.2.2 制造智能處理技術(shù)重點研究制造智能源的開發(fā)與獲取、制造智能的表示、制造智能的集成與共享
3.2.3 智能活動的生成與融合研究智能活動的生成策略，智能活動的機器化技術(shù)。3.3 智能制造單元技術(shù)的集成近10年來，人工智能在制造領(lǐng)域中的應用研究取得較大進展，建立了一些智能制造單元技術(shù)。為了應用于實際制造過程和面向21世紀制造工業(yè)，這些單元技術(shù)除了需要進一步完善與發(fā)展外，更重要的是研究如何集成這些單元技術(shù)。
3.3.1 并行智能設計并行工程方法學這一概念是1986年由美國國防部定義，并首先應用于美國軍事武器系統(tǒng)開發(fā)計剞dos cals的。.為了制造過程的設計階段能有效地模仿由來自各環(huán)節(jié)制造專家組成的專家組(expeit team)的智能行為，集成和共享各環(huán)節(jié)與各方面的制造智能，并行地開展產(chǎn)品環(huán)節(jié)的設計工作，必須研究并行智能設計的支撐環(huán)境、產(chǎn)品描述的統(tǒng)一模型、設計智能交互和并行智能設計方法學。
3.3.2 生產(chǎn)過程的智能調(diào)度、規(guī)劃、仿真與優(yōu)化現(xiàn)代生產(chǎn)過程要面臨多信息源、多因素、多對象的及時處理問題，生產(chǎn)過程的調(diào)度與規(guī)劃中的智能決策問題的研究是迫在眉睫的。仿真與優(yōu)化是實現(xiàn)設計和過程評估的有效途徑。目前，更強調(diào)對設計、制造、裝配、使用、維修等過程的優(yōu)化與動態(tài)仿真。3.3 產(chǎn)品質(zhì)量信息的智能處理系統(tǒng)研究整個制造過程的“全質(zhì)量(total quality)模型和建立相應的質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，研究質(zhì)量狀態(tài)的智能決策和質(zhì)量過程的智能控制.3.3.4 制造過程與系統(tǒng)的智能監(jiān)視、診斷、補償與控制研究面向在強干擾、多因素條件下監(jiān)視與診斷模型，研究制造過程的動態(tài)辨識與自適應技術(shù)。
3.3.5 生產(chǎn)與經(jīng)營管理的智能決策系統(tǒng)研究多因素、多目標智能決策模型，研究生產(chǎn)過程的實時跟蹤技術(shù)，研究產(chǎn)品市場評估與預測模型。
3.4 知識庫系統(tǒng)與網(wǎng)絡技術(shù)知識庫系統(tǒng)與信息網(wǎng)絡技術(shù)是制造過程的系統(tǒng)與各環(huán)節(jié)“集成智能化”的支撐，在imt＆ims研究中占有重要地位。
3.4.1 分布式異構(gòu)聯(lián)想知識庫系統(tǒng)研究知識庫異構(gòu)、知識庫分布式策略與維修、知識庫聯(lián)想和分布數(shù)據(jù)庫技術(shù)。
3.4.2 信息控制與網(wǎng)絡通訊技術(shù)研究ims中各種信息的交換接el、網(wǎng)絡通訊技術(shù)、系統(tǒng)操作控制策略。
3.5 智能機器的設計智能機器是ims中模仿人類專家智能活動的工具之一，是新一代的制造工具，因而，研究智能機器的設計方法及其相關(guān)技術(shù)將有劃時代的意義。
3.5.1 機器人智能技術(shù)智能機器人將在ims中占有重要的地位，主要體現(xiàn)在機器的視覺和機器^控制兩個方面。有必要研究智能機器眼(視覺)、信息感知與智能傳感器、智能機器手(控制)和智能機器的自適應定位與夾具設計等技術(shù)。
3.5.2 機器自學習與自維護技術(shù)研究智能機器的自適應學習模型，系統(tǒng)誤差的自動恢復與維護技術(shù)。
3.5.3 智能制造單元機的設計與制造研究智能制造單元機的結(jié)構(gòu)組成與設計方法、新型材料的應用技術(shù)。
3.6 制造中人的因素ims的宗旨之一就是減輕人類制造專家的艱苦的腦力勞動負擔，因此.與腦力勞動有密切聯(lián)系的制造中人的因素理應受到充分的重視，研究內(nèi)容包括：
3.6.1 人一系統(tǒng)柔性交互技術(shù)研究人一系統(tǒng)柔性、聯(lián)想、容錯交互模型以及交互環(huán)境。3 6.2 未來制造環(huán)境的設計研究人在未來制造環(huán)境中的地位和作用以及未來舒適、友好的制造環(huán)境的設計。
3.6.3 人才培養(yǎng)與教學系統(tǒng)研究面向imt＆ims的^才培養(yǎng)計劃.研制教學示范系統(tǒng)。
智能制造工程實施指南篇四
智能工廠——以三一重工18號工廠為例
摘要：在理論上解釋了智能工廠的概念，再以三一重工18號工廠作為研究對象，對其運作方式、運作特點進行了較為詳細地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進一步得出了智能工廠的框架，為系統(tǒng)化建設智能工廠打下了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能制造；數(shù)字化工廠 中圖分類號：th161
intelligent factory a case of sany heavy industry no.18th factory
abstract：this paper explains the concept of intelligent factory in theory, then takes 31 heavy industry no.18th factory as the research object, analyzes and discusses its operation mode and operation characteristics in detail, thus obtains the intellectualized gene of the further draws the intelligent factory frame, lays the foundation for the systematized construction intelligent words：networking of things;intelligent manufacturing;digital chemical plant 0 前言
隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應用等新一輪信息技術(shù)的發(fā)展，全球化工業(yè)革命開始提上日程，工業(yè)轉(zhuǎn)型開始進入實質(zhì)階段。在中國，智能制造、中國制造2025等戰(zhàn)略的相繼出臺，表明國家開始積極行動起來，把握新一輪工發(fā)展機遇實現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)型。智能工廠作為工業(yè)智能化發(fā)展的重要實踐模式，已經(jīng)引發(fā)行業(yè)的廣泛關(guān)注。到底什么是智能工廠？智能工廠的核心架構(gòu)是怎樣的？能為企業(yè)的轉(zhuǎn)型提供哪些支撐？這都是企業(yè)比較關(guān)心的話題。
本文以三一重工18號工廠為例,分析智能工廠的主要特點還有其智能化的框架。數(shù)字化工廠、智能工廠和智能制造
1.1 數(shù)字化工廠
對于數(shù)字化工廠，德國工程師協(xié)會的定義是：數(shù)字化工廠（df）是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡，包含仿真和3d/虛擬現(xiàn)實可視化，通過連續(xù)的沒有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過程和工廠模型數(shù)據(jù)庫，通過先進的可視化、仿真和文檔管理，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程所涉及的質(zhì)量和動態(tài)性能：
圖1 在國內(nèi)，對于數(shù)字化工廠接受度最高的定義是：數(shù)字化工廠是在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。是現(xiàn)代數(shù)字制造
技術(shù)與計算機仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，主要作為溝通產(chǎn)品設計和產(chǎn)品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個結(jié)論，數(shù)字化工廠的本質(zhì)是實現(xiàn)信息的集成。1.2
智能工廠
智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強信息管理服務，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預，以及合理計劃排程。同時，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。
圖2
智能工廠已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規(guī)劃；通過整體可視技術(shù)進行推理預測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實境擴增展示設計與制造過程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴充特性。已系統(tǒng)具備了自我學習、自行維護能力。因此，智能工廠實現(xiàn)了人與機器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機交互。1.3
智能制造
智能工廠是在數(shù)字化工廠基礎(chǔ)上的升級版，但是與智能制造還有很大差距。智能制造系統(tǒng)在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作，去擴大、延伸和部分地取代技術(shù)專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化擴展到柔性化、智能化和高度集成化。
智能制造系統(tǒng)不只是“人工智能系統(tǒng)，而是人機一體化智能系統(tǒng)，是混合智能。系統(tǒng)可獨立承擔分析、判斷、決策等任務，突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時在智能機器配合下，更好發(fā)揮人的潛能。機器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本質(zhì)是人機一體化。
國內(nèi)很多企業(yè)都在炒作智能制造，但是絕大多數(shù)企業(yè)還處在部分使用應用軟件的階段，少數(shù)企業(yè)也只是實現(xiàn)了信息集成，也就是可以達到數(shù)字化工廠的水平；極少數(shù)企業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機的有效交互，也就是達到智能工廠的水平[1]。
圖3 2 從大廠房到智能工廠
在全球科技革命的大背景下，工程機械行業(yè)作為多品種、中批量、按訂單生產(chǎn)的離散型技能密集型產(chǎn)業(yè)，要想向高端制造發(fā)展，必須依靠信息化建立先進的制造和管理系統(tǒng)[2]。
三一重工作為重工領(lǐng)域的標桿，其18號廠房成為應用基礎(chǔ)的示范。這間總面積約十萬平方米的車間，成為了行業(yè)內(nèi)亞洲最大最先進的智能化制造車間。在這里，廠房更像是一個大型計算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設備的智慧體。2.1 18號廠房的“智慧”運轉(zhuǎn)
18號廠房是三一重工總裝車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是工程機械領(lǐng)域內(nèi)頗負盛名的智能工廠。
在18號廠房，廠區(qū)旁邊有兩塊電視屏幕，它們是一線工人的“老師”——不熟悉裝配作業(yè)的工人，通過電子屏幕里的數(shù)字仿真和三維作業(yè)指導，可以學習和了解整個裝配工藝[3]。三一重工的三維作業(yè)現(xiàn)場指導模式，成為了著名3d技術(shù)開發(fā)公司達索的全球最佳案例。
廠房更像是一個大型計算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區(qū)、高精機加區(qū)、結(jié)構(gòu)件區(qū)、立庫區(qū)等幾大主要功能區(qū)域都是智能化、數(shù)字化模式的產(chǎn)物[4]。
當有班組需要物料時，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時，agv操作員發(fā)出取貨指令，agv小車自動行駛至液壓臺取貨[5]。取完貨后，采用激光引導的agv小車，將根據(jù)運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝的高反光性反射板的激光定位標志，計算出車輛當前的位置以及運動的方向，從而將物料運送至指定工位。像這樣的agv小車，在三一重工18號廠房有15臺。
從大廠房到智能工廠，實施智慧化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%。2014年，18號廠房同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。此外，高精加工區(qū)也是18號廠房的特色之一。整個機加區(qū)集智能化、柔性化、少人化于一體，可以滿足多品種、小批量生產(chǎn)要求。2.2
智能背后的生產(chǎn)模式進化
2013年8月，三一重工集團啟動新一輪制造變革。在大會上，三一重工董事長梁穩(wěn)根這樣描繪三一重工制造體系的藍圖：“所有結(jié)構(gòu)件和產(chǎn)品都在很精益的空間范圍內(nèi)制造，車間內(nèi)只有機器人和少量作業(yè)員工在忙碌，裝配線實現(xiàn)準時生產(chǎn)，物流成本大幅降低，制造現(xiàn)場基本沒有存貨?！?/p>
制造模式的生產(chǎn)方式分散且獨立，需要大量的人力物力予以配合，才能完成產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，這使得生產(chǎn)效率低下的同時，生產(chǎn)成本還居高不下。因此三一重工開始借助信息化，在生產(chǎn)車間導入自動化制造模式?！安考ぷ髦行膷u”就是這樣一個嘗試。
所謂“部件島”，即單元化生產(chǎn)，將每一類部件從生產(chǎn)到下線所有工藝集中在一個區(qū)域內(nèi)，猶如在一個獨立的“島嶼”內(nèi)完成全部生產(chǎn)，故稱為部件島，將裝配行業(yè)中“島”的概念引入到結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)中，這是三一重工重機制造人員的首創(chuàng)。三一重工:智能工廠實踐
三一重工18號廠房是亞洲最大的智能化制造車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是三一重工總裝車間。2008年開始籌建，2012年全面投產(chǎn)，總面積約十萬平方米。從2012年開始，以三一18號廠房為應用基礎(chǔ)，由三一重工、湖大海捷、華工制造、華中科大等單位聯(lián)合申報的“工程機械產(chǎn)品加工數(shù)字化車間系統(tǒng)的研制與應用示范項目”.經(jīng)過3年精心建設，目前，三一已建成車間智能監(jiān)控網(wǎng)絡和刀具管理系統(tǒng)、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統(tǒng)、計劃、物流、質(zhì)量管控系統(tǒng)、生產(chǎn)控制中心（pcc）中央控制系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，完成了國家批復的項目建設內(nèi)容[6]。
圖4 同時，三一還與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機械手、基于dnc系統(tǒng)的車間設備智能監(jiān)控網(wǎng)絡、智能化立體倉庫與agv運輸軟硬件系統(tǒng)、基于rfid設備及無線傳感網(wǎng)絡的物料和資源跟蹤定位系統(tǒng)、高級計劃排程系統(tǒng)（aps）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（mes）、物流執(zhí)行系統(tǒng)（les）、在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)（spc）、生產(chǎn)控制中心管理決策系統(tǒng)等關(guān)鍵核心智能裝置，實現(xiàn)了對制造資源跟蹤、生產(chǎn)過程監(jiān)控，計劃、物流、質(zhì)量集成化管控下的均衡化混流生產(chǎn)，智能化功能和系統(tǒng)性能指標達到國家批復要求[7]。
3.1 智能加工中心與生產(chǎn)線
3.1.1 智能化加工設備
早在2007年，有“智能化機械手”之稱的焊接機器人現(xiàn)身三一挖機生產(chǎn)線，并在2008年后得到進一步推廣。2012年三一重工在上海臨港產(chǎn)業(yè)園建成全球最大最先進的挖掘機生產(chǎn)基地，焊接機器人大規(guī)模投入使用，大幅提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使得三一挖掘機的使用壽命大約翻了兩番，售后問題下降了四分之三。由于規(guī)范了管理，又進一步提升了整個生產(chǎn)體系的效率。不但如此，機器人的使用減少了工人數(shù)量，管理模式的重心從原來的管人轉(zhuǎn)移
到了管理設備上，相對而言，管理設備要容易很多。3.1.2
智能刀具管理
在實際加工中，有多種因素會對加工刀具產(chǎn)生影響，首先是加工工件本身的因素，如加工工件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式、工件剛度等對刀具使用效果影響較大。其次是加工工裝，定位基準、壓緊方式、結(jié)構(gòu)型式以及工裝剛度等都會影響刀具使用效果。再次加工工藝方案，如加工順序、切削三要素（切深、進給、切削速度）對刀具使用效果影響更大。最后是加工機床，設備的切削功率、設備的剛度、設備的結(jié)構(gòu)型式、切削冷卻介質(zhì)對加工刀具發(fā)揮效率也有很大影響[8]。
三一在實踐中，要充分考慮刀具壽命和加工工件成本的關(guān)系，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的工件選擇不同的刀具，包括刀具材料（分整體硬質(zhì)合金、焊接硬質(zhì)、高速鋼等）、刀具結(jié)構(gòu)（分機夾刀片、焊接刀片和整體材料刀具）以及刀具裝夾方式（熱裝式、強力緊固式、側(cè)固式）等。有的刀具選擇涂層刀片來增加刀具的耐用度，延長刀具壽命。在高速加工時，對刀具動平衡也有要求，我們配備了刀具動平衡儀，并在加工成本允許的前提下選擇耐用度較高的刀具。3.1.3
dnc
dnc是計算機與具有數(shù)控裝置的機床群使用計算機網(wǎng)絡技術(shù)組成的分布在車間中的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對用戶來說就像一個統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)對多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動態(tài)的分配數(shù)控加工任務給任一加工設備，是提高設備利用率，降低生產(chǎn)成本[9]。
圖5
目前，三一重工已經(jīng)完成車間機加設備的研發(fā)采購與安裝調(diào)試，部分完成智能上料機械手、dnc實時監(jiān)控裝置及刀具管理系統(tǒng)的購置和開發(fā)。3.2 智能化立體倉庫和物流運輸系統(tǒng)
3.2.1 智能化立體倉庫
立體倉庫后臺運作的自動化配送系統(tǒng)由華中科大與三一聯(lián)合研制，通過這套系統(tǒng)，三一打造了批量下架、波次分揀，單臺單工位配送模式，實現(xiàn)了從頂層計劃至底層配送執(zhí)行的全業(yè)務貫通，大大提高了配送效率及準確率，準時配送率超95%。
三一智能化立體倉庫總投資6000多萬元, 分南北兩個庫，由地下自動輸送設備連成一個整體，總占地面積9000平方米，倉庫容量大概是16000個貨位。從南邊倉庫可以看到，這個庫區(qū)有幾千種物料，主要是泵車、拖泵、車載泵物料，能支持每月數(shù)千臺產(chǎn)品的生產(chǎn)量。
從大廠房到智能工廠，實施智能化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%，2014年18號廠房預計同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。3.2.2 agv智能小車
智能化立體倉庫的核心是agv智能小車，當有班組需要物料時，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時，agv操作員發(fā)出取貨指令，agv小車自動行駛至液壓臺取貨。取完貨后，由于agv小車采用激光引導，小車上安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器，在運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標志，agv依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內(nèi)置的數(shù)字地圖進行對比來校正方位，從而將物料運送至指定工位。像這樣的agv小車，在三一18號廠房有15臺。在18號廠房南北智能化立體倉庫，不僅有這樣的agv自動小車，其后臺配送也是自動化系統(tǒng)完成的。
圖6
3.2.3 公共資源定位系統(tǒng)
公共資源定位系統(tǒng)是三一重工智能工廠的一個重要支撐。公共資源定位系統(tǒng)能實現(xiàn)包括對設備定位和狀態(tài)檢測、人員定位以及故障實時處理與報警等功能。通過公共資源定位監(jiān)控中心，三一重工的生產(chǎn)管理人員能及時的了解生產(chǎn)車間的人員位置、設備位置和狀態(tài)、加工生產(chǎn)情況，并及時的指導生產(chǎn)和進行故障處理等操作。3.3
智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程控制
3.3.1高級計劃排程
在考慮企業(yè)資源所提供的可行物料需求規(guī)劃與生產(chǎn)排程計劃，讓規(guī)劃者快速結(jié)合生產(chǎn)限制條件與相關(guān)信息(如訂單、途程、存貨、bom與產(chǎn)能限制等)，以做出平衡企業(yè)利益與顧客權(quán)益的最佳規(guī)劃與決策，滿足顧客需求及面對競爭激烈的市場。強化了erp系統(tǒng)中以傳統(tǒng)mrp規(guī)劃邏輯為主的生產(chǎn)規(guī)劃與排程的功能，aps 系統(tǒng)的同步規(guī)劃能力，不但使得規(guī)劃結(jié)果更具備合理性與可執(zhí)行性，亦使企業(yè)能夠真正達到供需平衡的目的[10]。3.3.2
執(zhí)行過程調(diào)度
三一車間內(nèi)一排排的mes終端機，生產(chǎn)線上明亮的led屏幕，整齊劃一的醒目安全燈是系統(tǒng)給我們帶來直觀的印象。sanymes系統(tǒng)是指由三一集團it總部自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，它充分利用信息化技術(shù)，從生產(chǎn)計劃下達、物料配送、生產(chǎn)節(jié)拍、完工確認、標準作業(yè)指導、質(zhì)量管理、關(guān)重件條碼采集等多個維度進行管控，并通過網(wǎng)絡實時將現(xiàn)場信息及時準確地傳達到生產(chǎn)管理者與決策者[11]。該
系統(tǒng)除了通過各種方式如短信、郵件向管理者傳遞生產(chǎn)信息外，其設置在生產(chǎn)現(xiàn)場的mes終端機，給一線工人生產(chǎn)制造帶來了極大的便利。
通過mes終端機，生產(chǎn)線工人不僅可以及時報完工、方便快捷地查詢物料設計圖紙和庫存情況，更重要的是sanymes終端機可以正確地指導工人每個工位如何進行安裝、安裝時候需要哪些零部件，同時給予安全提示。有了mes系統(tǒng)后，再也不用去借圖紙，直接在mes終端就能查到最新的圖紙信息，3.3.數(shù)字化質(zhì)量檢測
目前，三一在質(zhì)檢信息化方面，通過gsp、mes、csm及qis的整合應用，實現(xiàn)涵蓋供應商送貨、零件制造、整機裝配、售后服務等全生命周期的質(zhì)檢電子化，并實現(xiàn)了spc分析、質(zhì)量追溯等功能。
以前質(zhì)檢，是采用紙質(zhì)記錄本記錄檢驗結(jié)果和全觸摸屏操作，簡單方便，而且通過查看標準作業(yè)指導以規(guī)范工人的操作，避免了紙質(zhì)作業(yè)指導書的損壞和更新不及時造成的附加作業(yè)，極大提高了工作效率和作業(yè)質(zhì)量[12]。3.3.3 數(shù)字化物流管控
三一自動化立體倉儲配送系統(tǒng)實現(xiàn)了該公司泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與agv配套實現(xiàn)工位物料自動配送至各個工位。
根據(jù)泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線在車間的位置，北自所設計了兩個庫區(qū)，1#庫負責泵車物料的儲存、揀配功能，2#庫負責拖泵、車載泵物料的儲存、揀配功能，兩個庫區(qū)共用一個設置1#庫區(qū)的入庫組盤區(qū)域，2#庫入庫的物料在入庫組盤區(qū)完成組盤后通過地下輸送通道自動輸送進入2#庫庫區(qū)存儲。
倉儲模式采用自動化立體倉庫存儲（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫存儲（主要儲存小件為主）+平面?zhèn)}庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資）。自動化立體倉庫和垂直升降庫的數(shù)據(jù)采用一套軟件進行統(tǒng)一管理，集中配送。通過垂直升降庫的應用，解決了將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業(yè)壓力，有效地提高了整個系統(tǒng)的作業(yè)能力。
揀配模式采用提4臺套提前一班（8小時）揀配模式，按照工位進行配送。在兩個庫區(qū)分別設置了兩層的配盤區(qū)域，根據(jù)裝配工位數(shù)量及各工位裝配物料情況，對配盤區(qū)域的揀配托盤位置進行分配，揀配過程中采用led顯示屏+rf手持終端模式進行人工作業(yè)。北自所根據(jù)各工位裝配物料情況，配合用戶設計了多種不同的配送容器，采用多層存放，提高容器使用效率，減少線邊容器數(shù)量，最終提高了agv系統(tǒng)的搬運效率。
質(zhì)量問題，現(xiàn)在則是用生產(chǎn)管理系統(tǒng)（mes），每一個檢驗項目都標準化、電子化，以前在本子上的內(nèi)容都作為數(shù)據(jù)錄入pda和平板電腦等終端。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，系統(tǒng)就會第一時間自動啟動不合格處理流程，將情況發(fā)送給相關(guān)責任人。“在不合格品控制流程中的隔離、評審等6個環(huán)節(jié)，保證每道工序的每個產(chǎn)品在下一道工序前合格?！倍鴶?shù)據(jù)的錄入則會為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供可靠依據(jù)。三一的自制件可以具體查到是某臺產(chǎn)品零部件，制作時間、制作地點和工位、制作人、制作條件等信息，供應商提供的零部件則是可以查到批次和反饋。3.4
智能化生產(chǎn)控制中心
3.4.1中央控制室
1.生產(chǎn)計劃及執(zhí)行情況、設備狀態(tài)、生產(chǎn)統(tǒng)
計圖；
2.智能計劃系統(tǒng)操作界面；
3.生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、看板展示及異常報警； 4.各區(qū)域監(jiān)控信息；
5.設計部日常操作（支持10路信號同時切
入）；
6.各區(qū)域監(jiān)控信息；
7.物流部日常操作（支持10路信號同時切
入）；
8.質(zhì)量部日常操作（支持10路信號同時切
入）。3.4.2
現(xiàn)場監(jiān)視裝置
全方位的工廠車間監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)對生產(chǎn)過
程的全面監(jiān)控和記錄，保證生產(chǎn)現(xiàn)場的安全，以及現(xiàn)場事故的追溯和回放。3.4.3 現(xiàn)場andon andon系統(tǒng)能夠為操作員停止生產(chǎn)線提供一套新的、更加有效的途徑。在傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)線上，如果發(fā)生故障，整條生產(chǎn)線立即停止。采用了andon系統(tǒng)之后，一旦發(fā)生問題，操作員可以在工作站拉一下繩索或者按一下按鈕，觸發(fā)相應的聲音和點亮相應的指示燈，提示監(jiān)督人員立即找出發(fā)生故障的地方以及故障的原因。一般來說，不用停止整條生產(chǎn)線就可以解決問題，因而可以減少停工時間同時又提高了生產(chǎn)效率。
andon系統(tǒng)的另一個主要部件是信息顯示屏。每個顯示面板都能夠提供關(guān)于單個生產(chǎn)線的信息，包括生產(chǎn)狀態(tài)、原料狀態(tài)、質(zhì)量狀況以及設備狀況。顯示器同時還可以顯示實時數(shù)據(jù)，如目標輸出、實際輸出、停工時間以及生產(chǎn)效率。根據(jù)顯示器上提供的信息，操作員可以更加有效的開展工作。智能工廠理念
所謂“六維智能理論”，就是在設備聯(lián)網(wǎng)+遠程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠。4.1 行業(yè)背景
“工業(yè)4.0”被認為是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命或是工業(yè)體系革命性的生產(chǎn)方法，而智能工廠將是構(gòu)成未來工業(yè)體系的一個關(guān)鍵特征。在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網(wǎng)絡里自然地相互溝通協(xié)作，生產(chǎn)出來的智能產(chǎn)品能夠理解自己被制造的細節(jié)以及將如何使用，能夠回答“哪組參數(shù)被用來處理我”、“我應該被傳送到哪里”等問題。同時，智能輔助系統(tǒng)將從執(zhí)行例行任務中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)新、增值的活動；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實現(xiàn)更好地結(jié)合，個體顧客的需求將得到滿足。德國工業(yè)4.0、美國ge工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均是“工業(yè)4.0”的典范，但中國有自己特殊的國情，中國制造企業(yè)打造智能工廠，不能完全照搬國外模式，而是既要緊跟國際先進理念，還要符合中國企業(yè)的實際情況[13]。
4.2
概念內(nèi)涵
美國與德國的工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略核心均為cps（cyber-physical system）系統(tǒng)，是典型的二元戰(zhàn)略。美國是c(cyber，包括：數(shù)字、信息、網(wǎng)絡等虛擬世界)+p(physical，包括機器、設備、設施等實體世界)，德國是p+c，兩國均是基于高素質(zhì)勞動者、國家人力匱乏、企業(yè)高協(xié)同化、高法制化的基礎(chǔ)之上而提出的戰(zhàn)略；而中國裝備水平較美國和德國有一定差距，數(shù)據(jù)采集分析決策能力也有局限，但中國具有人力資源優(yōu)勢，所以應該充分挖掘人的作用。因此，中國制造企業(yè)推進工業(yè)發(fā)展不能完全照搬發(fā)達國家的二元戰(zhàn)略，更宜采用cpps（cyber-person-physical system）人機網(wǎng)三元戰(zhàn)略，充分體現(xiàn)人的能動作用。
圖7
所謂“三元戰(zhàn)略”，包括勞動者及其技能、素養(yǎng)、精神、組織、管理等，cpps戰(zhàn)略體現(xiàn)了以人為本，繼續(xù)發(fā)揮與挖掘了中國在人力資源方面的優(yōu)勢，揚長補短，實現(xiàn)人與賽博、物理虛實兩世界的融合和迭代發(fā)展，構(gòu)建以賽博智能為目的的人機網(wǎng)三元戰(zhàn)略方案更符合中國國情[14]。
所謂“六維智能理論”，就是在設備聯(lián)網(wǎng)+遠程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個方面包括：
1.智能計劃排產(chǎn)，是從計劃源頭上集成erp，進行aps高級排產(chǎn)。
2.智能生產(chǎn)協(xié)同，從生產(chǎn)準備過程上，實現(xiàn)
物料、刀具、工裝、工藝的并行協(xié)同準備。3.智能的設備互聯(lián)互通，是cps信息物理系
統(tǒng)的典型體現(xiàn)，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設備的分布式網(wǎng)絡化通訊、程序集中管理、設備狀
態(tài)的實時監(jiān)控等。4.智能資源管理，包括對物料、設備、刀具、量具、夾具等生產(chǎn)資源進行精益化管理、庫存智能預警等。
5.智能質(zhì)量過程管控，是對影響產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)工藝參數(shù)進行實時采集、控制，確保產(chǎn)品質(zhì)量。
6.智能決策支持，是基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，形成管理的閉環(huán)，以實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的高效生產(chǎn)模式。
總之，通過以上6個方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計劃科學化、生產(chǎn)過程協(xié)同化、生產(chǎn)設備與信息化的深度融合，并通過基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對企業(yè)進行透明化、量化的管理，可明顯提升企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，是一種很好的數(shù)字化、網(wǎng)絡化的智能生產(chǎn)模式。
圖8 4.3
應用前景
“六維智能”分別從計劃源頭、過程協(xié)同、設備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等6個方面著手實現(xiàn)智能工廠，這6個方面涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)的6個重要環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)全面的精細化、精準化、自動化、信息化智能化管理與控制，通過底層設備的互聯(lián)互通、基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持、可視化展現(xiàn)等技術(shù)手段，實現(xiàn)生產(chǎn)準備過程中的透明化協(xié)同管理、數(shù)控設備智能化的互聯(lián)互通、智能化的生產(chǎn)資源管理、智能化的決策支持，從而全方位達到智能化的生產(chǎn)過程管理與控制[15]。
從“六維智能”解決方案在青島海爾模具有限公司的實際應用效果來看，較好地達到了智能化生產(chǎn)過程管理與控制的目的。該系統(tǒng)是專門為海爾模
具定制的，是海爾模具生態(tài)圈的主要組成部分，系統(tǒng)以生產(chǎn)設備為核心，從設備底層層面實現(xiàn)了機床、對刀儀等設備的互聯(lián)互通與大數(shù)據(jù)分析，從生產(chǎn)管理層面實現(xiàn)了協(xié)同準備并行作業(yè)，從展現(xiàn)層面實現(xiàn)了生產(chǎn)信息的可視化。實施本系統(tǒng)后，操作工的作業(yè)效率從原來1個人管理3臺設備提升到7～8臺設備，設備利用率提升25%以上，使生產(chǎn)管理更加透明、科學、高效，應用效果比較明顯，在海爾模具的數(shù)字化制造與管理中發(fā)揮了重要的作用。工業(yè)4.0落地戰(zhàn)略
“工業(yè)4.0”不同的人從不同維度來解讀，涉及到國家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略、企業(yè)發(fā)展等不同的層面。就從企業(yè)的層面去研究，看看企業(yè)層面實現(xiàn)工業(yè)4.0該怎么做，怎么走，有沒有路線圖？
近期，隨著“工業(yè)4.0”的在網(wǎng)絡上越炒越熱，我國也推出了“中國制造2025”戰(zhàn)略，在國家戰(zhàn)略需求的驅(qū)動下，中國對于制造大國向制造強國的邁進之路也陡然提速，這將對中國制造轉(zhuǎn)型升級打通主動脈。就企業(yè)層面來說中國版工業(yè)4.0如何落地將成為重點，如何通過信息技術(shù)和制造技術(shù)的深度融合，打通一切、聯(lián)通一切是企業(yè)信息化建設的目標[16]。
工業(yè)4.0是什么？每個人站在不同的角度會有不同的理解，是互聯(lián)、集成(縱向、橫向、端到端)、數(shù)據(jù)、創(chuàng)新、服務、轉(zhuǎn)型或是cps、是智能工廠、是智能制造亦或是國家戰(zhàn)略、企業(yè)目標。工業(yè)4.0核心內(nèi)容就是建一個網(wǎng)絡、三項集成、大數(shù)據(jù)分析、八項計劃和研究兩個主題。
5.1
建一個網(wǎng)絡：信息物理網(wǎng)絡系統(tǒng)（cps）
cps是英文cyberphysical system的縮寫，就是講物理設備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡世界與現(xiàn)實物理世界的融合，將網(wǎng)絡空間的高級計算能力有效的運用于現(xiàn)實世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設計、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。
圖9 5.2
三個集成
工業(yè)4.0中的三項集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設施通過cps形成一個智能網(wǎng)絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯(lián)，從而實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實現(xiàn)工業(yè)4.0的重點也是難點。5.2.1 縱向集成
縱向集成主要解決企業(yè)內(nèi)部的集成，即解決信息孤島的問題，解決信息網(wǎng)絡與物理設備之間的聯(lián)通問題。5.2.2 橫向集成
橫向集成主要實現(xiàn)企業(yè)與企業(yè)之間、企業(yè)與售出產(chǎn)品之間（如車聯(lián)網(wǎng)）的協(xié)同，將企業(yè)內(nèi)部的業(yè)務信息向企業(yè)以外的供應商、經(jīng)銷商、用戶進行延伸，實現(xiàn)人與人、人與系統(tǒng)、人與設備之間的集成，從而形成一個智能的虛擬企業(yè)網(wǎng)絡。制造業(yè)普遍存在的工程變更協(xié)同流程就是這樣一個典型的橫向集成應用場景。5.2.3 端到端的集成
端到端集成就是把所有該連接的端頭（點）都集成互聯(lián)起來，通過價值鏈上不同企業(yè)資源的整合，實現(xiàn)從產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造、物流配送、使用維護的產(chǎn)品全生命周期的管理和服務，它以產(chǎn)品價值鏈創(chuàng)造集成供應商（一級、二級、三級??）、制造商（研發(fā)、設計、加工、配送）、分銷商（一級、二級、三級??）以及客戶信息流、物流和資金流，在為客戶提供更有價值的產(chǎn)品和服務同時，重構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的價值體系。
端到端的集成即可以是內(nèi)部的縱向集成內(nèi)容，也可以是外部的企業(yè)與企業(yè)之間的橫向集成內(nèi)容，關(guān)注點在流程的整合上，比如提供用戶訂單的全程跟蹤協(xié)同流程，將用戶、企業(yè)、第三方物流、售后服務等產(chǎn)品全生命周期服務的端到端集成。
橫向、縱向、端到端三個集成的實現(xiàn)，不論技術(shù)層面還是業(yè)務層面在soa信息集成都能找到相應的解決方案。5.3
大數(shù)據(jù)分析利用
“工業(yè)4.0”時代，制造企業(yè)的數(shù)據(jù)將會呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢。隨著信息物理系統(tǒng)（cps）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產(chǎn)裝備、感知設備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會滲透到企業(yè)運營、價值鏈乃至產(chǎn)品的整個生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。
總體來說，工業(yè)4.0關(guān)注的企業(yè)數(shù)據(jù)分為四類： 5.3.1
產(chǎn)品數(shù)據(jù)
包括設計、建模、工藝、加工、測試、維護、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、零部件配置關(guān)系、變更記錄等數(shù)據(jù)。產(chǎn)品的各種數(shù)據(jù)被記錄、傳輸、處理和加工，使得產(chǎn)品全生命周期管理成為可能，也為滿足個性化的產(chǎn)品需求提供了條件。5.3.2
運營數(shù)據(jù)
運營包括組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務管理、生產(chǎn)設備、市
場營銷、質(zhì)量控制、生產(chǎn)、采購、庫存、目標計劃、電子商務等數(shù)據(jù)。工業(yè)生產(chǎn)過程的無所不在的傳感、連接，帶來了無所不在的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會創(chuàng)新企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、運營、營銷和管理方式。5.3.3
價值鏈數(shù)據(jù)
包括客戶、供應商、合作伙伴等數(shù)據(jù)。企業(yè)在當前全球化的經(jīng)濟環(huán)境中參與競爭，需要全面地了解技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)作業(yè)、采購銷售、服務、內(nèi)外部后勤等環(huán)節(jié)的競爭力要素。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和應用，使得價值鏈上各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和信息能夠被深入分析和挖掘，為企業(yè)管理者和參與者提供看待價值鏈的全新視角，使得企業(yè)有機會把價值鏈上更多的環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為企業(yè)的戰(zhàn)略優(yōu)勢。例如，汽車公司大數(shù)據(jù)提前預測到哪些人會購買特定型號的汽車，從而實現(xiàn)目標客戶的響應率提高了15%至20%，客戶忠誠度提高7%。5.3.4 外部數(shù)據(jù)
包括經(jīng)濟運行、行業(yè)、市場、競爭對手等數(shù)據(jù)。為了應對外部環(huán)境變化所帶來的風險，企業(yè)必須充分掌握外部環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀以增強自身的應變能力。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在宏觀經(jīng)濟分析、行業(yè)市場調(diào)研中得到了越來越廣泛的應用，已經(jīng)成為企業(yè)提升管理決策和市場應變能力的重要手段。
工業(yè)4.0落地中國企業(yè)，工業(yè)大數(shù)據(jù)是一項重要抓手。利用工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，可以找出隱性的問題并預測未知情況的發(fā)生，有助于及時地做好預防，避免故障和偏差。結(jié)論
以三一重工18號工廠作為研究對象.對其運作方式、運作特點進行了較為詳細地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進一步得出了智能工廠的框架，為系統(tǒng)化建設智能工廠打下了基礎(chǔ)。主要的研究結(jié)論如下：
1.在理論上對數(shù)字化工廠、智能工廠和智能制造進行了分析指出，要又好又快地發(fā)展智能工廠就必須先建設好數(shù)字化工廠。
2.對比三一重工18號工廠實現(xiàn)智能化之后生產(chǎn)效率得到提升，直觀地反映了智能化對制造業(yè)帶來的好處。
3.通過對18號工廠的生產(chǎn)線、物流系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制中心進行分析，找到了工廠可實現(xiàn)智能化的內(nèi)在基因。也就是在設備聯(lián)網(wǎng)+遠程數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠(1)。
4.概括了智能工廠的框架，提出了運用大數(shù)據(jù)分析，做好cps和三個集成是實現(xiàn)智能工廠的前提條件，而智能工廠的標志就是生產(chǎn)流程智能化，生產(chǎn)設備動態(tài)適應個性化的產(chǎn)品需求。
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智能制造工程實施指南篇五
現(xiàn)代制造技術(shù)
1142813203 吳文樂
摘要：現(xiàn)代制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上, 不斷吸收和發(fā)展機械、電子、能源、材料、信息及現(xiàn)代管理技術(shù)的成果, 將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢驗、管理服務等產(chǎn)品生命周 期的全過程, 以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔的生產(chǎn)技術(shù)模式,取得理想的技術(shù)經(jīng)濟效果的制造技術(shù)的總稱傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)技術(shù)可以顯著提高生產(chǎn)效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應中小批量生產(chǎn)的要求。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，特別是自動控制技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)等的迅猛發(fā)展，柔性制造技術(shù)(fmi)應運而生。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代制造技術(shù)；自動控制技術(shù)；柔性制造技術(shù)
1.現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展綜述
現(xiàn)代制造技術(shù)在系統(tǒng)論、方法論、信息論和協(xié)同 論等的基礎(chǔ)上形成制造系統(tǒng)工程學，是一種廣義制造的概念，亦稱之為“大制造”的概念，它體現(xiàn)了制造概念的擴展。廣義制造概念的形成過程主要有以下幾方面原因[1]。
1).制造設計一體化。體現(xiàn)制造和設計的密切結(jié)合，形成了設計制造一體化，設計不僅是指產(chǎn)品設計，而且包括工藝設計、生產(chǎn)調(diào)度設計、質(zhì)量控制設計等。
2).材料成形機理的擴展?，F(xiàn)在加工成形機理明確地將加工分為去除加工、結(jié)合加工和變形加工。
3).制造技術(shù)的綜合性。現(xiàn)代制造技術(shù)是一門以 機械為主體，交叉融合光、電、信息、材料等學科的綜合體，并與管理科學、社會科學、文化、藝術(shù)、人機工 程、生物工程和生命科學等相結(jié)合，拓展了新領(lǐng)域?，F(xiàn)代制造技術(shù)應包括硬件和軟件兩大方面，硬／軟件工具、平臺和支撐環(huán)境有了很大的發(fā)展。
4).產(chǎn)品的全生命周期。制造的范疇從過去的設計、加工和裝配發(fā)展為產(chǎn)品的全生命周期，包括市場調(diào)研、設計、制造、銷售、維修和報廢處理等。
5).生產(chǎn)制造模式的發(fā)展。計算機集成制造技術(shù) 是制造技術(shù)與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，集成制造系統(tǒng)強 調(diào)信息集成，其后出現(xiàn)了柔性制造、敏捷制造、虛擬制 造、網(wǎng)絡制造、大規(guī)模定制、綠色制造、智能制造和協(xié) 同制造等多種制造模式，有效地提高了制造技術(shù)的水平，擴展了制造技術(shù)的領(lǐng)域[2]。
現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展主要沿著“廣義制造”或稱 “大制造”的方向發(fā)展，其具體的發(fā)展可以歸納為四個方面和多個大項目[3]，如圖1所示：
圖1：現(xiàn)代制造技術(shù)方向
針對現(xiàn)代制造技術(shù)，本文從柔性制造技術(shù)的角度對現(xiàn)代制造技術(shù)進行學習，對柔性制造在實際中的應用進行深入的研究；
2.柔性制造
2.1 柔性制造簡述
所謂“柔性”，是指制造系統(tǒng)(企業(yè))對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應產(chǎn)品變化的能力。柔性可分為瞬時、短期和長期柔性[4]。瞬時柔性是指設備出現(xiàn)故障后，自動排除故障或?qū)⒘慵D(zhuǎn)移到另一臺設備上繼續(xù)進行加工的能力；短期柔性是指系統(tǒng)在短時期內(nèi)，適應加工對象變化的能力，包括在任意時期混合進行加工2種以上零件的能力；長期柔性則是指系統(tǒng)在長期使用中，能夠加工各種不同零件的能力。迄今為止，柔性還只能定性地加以分析，尚無科學實用的量化指標。因此，凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性制造系統(tǒng)。柔性制造技術(shù)是計算機技術(shù)在生產(chǎn)過程及其裝備上的應用，是將微電子技術(shù)、智能技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合在一起，具有自動化、柔性化、高效率的特點，是目前自動化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)[5]。
柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和[6]。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認為凡是側(cè)重于柔性，適應于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為[7]：
(1)柔性制造系統(tǒng)（fms）：關(guān)于柔住制造系統(tǒng)的定義很多，權(quán)威性的定義有：美國國家標準局把fms定義為：“由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設備，傳輸裝置把工件放征其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設備，使工件加工準確、迅速和自動化。
(2)柔性制造單元（fmc）：m s是fms向廉價化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，它是由l～2臺加工中心、工業(yè)機器人。數(shù)控機床及物料運送存貯設備構(gòu)成，其特點是實現(xiàn)單機柔性化及自動化，具有適應加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已進入普及應用階段。
(3)柔性制造線（fml):它是處于單一或少品種人批量非柔性自動線與中小批量多品種fms之間的生產(chǎn)線。其加工設備可以是通用的加工中心，cnc機床；亦可采用爭用機床或nc專用機床，對物料搬運系統(tǒng)柔性的要求低于fms，但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)(d c s)為代表，其特點是實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化，其技術(shù)已日趨成熟，迄今已進入實用化階段。
(4)柔性制造工廠(fmf):fmf是將多條fms連接起來，配以自動化屯體倉庫，用計算機系統(tǒng)進行聯(lián)系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)貨的完整f m s。它包括了cad／cam，并使計算機集成制造系統(tǒng)(cims)投入實際，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng) 柔性化及自動化，進而實現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運進程的全盤化。fmf是自動化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進的自動化應用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(ims)為代表，其特點是實現(xiàn)工廠柔性化及自動化[8]。
2.2柔性制造所采用的關(guān)鍵技術(shù)
1.計算機輔助設計未來cad技術(shù)發(fā)展將會引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。當前設計技術(shù)最新的一個突破是光敏立體成形技術(shù)，該項新技術(shù)是直接利用cad數(shù)據(jù)，通過計算機控制的激光掃描系統(tǒng)，將二維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖彤對池內(nèi)的光敏樹脂液面進行光學掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動地將分層成形的各斤狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數(shù)據(jù)，數(shù)小時內(nèi)便呵制出精確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。
2.模糊控制技術(shù)模糊數(shù)學的實際應用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊摔制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息井自動地對控制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的自學方法更引起人們極大的關(guān)注。
3.人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基礎(chǔ)規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進行推理，求解各類問題（如解釋、預測，診斷、查找故障、設汁、計劃、監(jiān)視、修復、命 令及控制等）。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實及經(jīng)驗證過的理論與通過經(jīng)驗獲得的知識相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強綜合性。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能（包括專家系統(tǒng)）技術(shù)必將在柔性制造(尤其智能型)中起著非常重要的關(guān)鍵性的作用。目前對未來智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個正在急速發(fā)展的領(lǐng)域是智能傳感器技術(shù)。該項技術(shù)是伴隨計算機應用技術(shù)和人工智能產(chǎn)生的，它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。
4.人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ann)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡對信息進行并處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡不久將并列到專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中的一個組成部分[9]。
3.國內(nèi)現(xiàn)代制造技術(shù)狀況
近年來，世界各國都投入了巨大的財力和物力，強化作為光機電一體化制造業(yè)基礎(chǔ)的先進制造業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略研究。美國、德 國、日 本 等 國 已 經(jīng) 開 發(fā) 出 了 數(shù) 控（nc）、計算機數(shù)控（cnc）、直接數(shù)控（cam）、計算機集成制造系統(tǒng)（cims）、制造資源規(guī)則（mrp）、柔性制造單元（tmc）、柔性制造系統(tǒng)（fms）、機器人、計算機輔助設計／制造（cad／cam）、精益生產(chǎn)（lp）、智能制造系統(tǒng)（ms）、并行工程（ce）和敏捷制造（am）等多項現(xiàn)代制造技術(shù)與制造模式。這些技術(shù)的推廣與應用，不僅使本國企業(yè)的國際競爭力得到鞏固，也使得世界先進制造業(yè)發(fā)展迅猛[10]。我國制造業(yè)市場的巨大潛力，為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展提供了廣闊的市場空間。但是，與制造業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)相比，國內(nèi)的現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)與市場拓展還不均衡。其中，國內(nèi)機械基礎(chǔ)件制造行業(yè)中的數(shù)控化率極低，不足1.6%，先進加工工藝、技術(shù)和裝備的普及程度不足10 % ；cad／cam 系統(tǒng)應用的普及率在國內(nèi)骨干企業(yè)僅有35%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小。另外，在相關(guān)行業(yè)中如印刷業(yè)、電力行業(yè)和醫(yī)療器械行業(yè)等，技術(shù)裝備的低數(shù)控化率也遠不能滿足市場對中高檔先進產(chǎn)品的需求?？v觀國際制造業(yè)的競爭與發(fā)展，面對國際、國內(nèi)兩個制造業(yè)市場的日漸融合，如何立足國內(nèi)制造業(yè)的市場需求，整合分散的科研與企業(yè)資源，盡快形成自己在先進制造產(chǎn)業(yè)競爭中的技術(shù)優(yōu)勢，已經(jīng)是擺在我國制造業(yè)面前的迫在眉睫的課題了[11]。
總之，重視制造業(yè)和現(xiàn)代制造技術(shù)已成為全球化的大趨勢?，F(xiàn)代制造技術(shù)不是一項具體技術(shù)，而是利用系統(tǒng)工程技術(shù)將各種相關(guān)技術(shù)集成的一個有機整體；現(xiàn)代制造技術(shù)是一種動態(tài)技術(shù)，而不是一成不變的，它需要不斷吸收各種高新技術(shù)成果，并將其滲透到產(chǎn)品的所有領(lǐng)域，結(jié)合成一個有機整體，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活的生產(chǎn)[12]；現(xiàn)代制造技術(shù)的目的是提高制造業(yè)的綜合效益，其不摒棄傳統(tǒng)技術(shù)，而是有賴于不斷用科技新手段去研究它和傳承它，并應用科技新成果去改造它和充實它；現(xiàn)代制造技術(shù)在強調(diào)環(huán)境保護的同時，還強調(diào)各專業(yè)學科之間的相互滲透、融合和淡化，并消除其間的界限。我國先進制造技術(shù)的發(fā)展應結(jié)合自身的特點，形成特色，大力發(fā)展一些關(guān)鍵前沿技術(shù)，比如新一代材料成型技術(shù)、微米及納米技術(shù)、快速原型制造以及智能制造等[13]。在不久的將來，現(xiàn)代制造技術(shù)將得到更大的發(fā)展和壯大，發(fā)展和應用先進制造技術(shù)是每個國家為提高企業(yè)的國際競爭力和技術(shù)創(chuàng)新能力的必然選擇。
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