智能制造系统论文.docx

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1、智能制造系统论文摘要：介绍了智能制造提出的背景、要紧研究内容与目标，人工智能与IMT、IMS的关系，IMS与C1MS,智能制造的物质基础及理论基础，智能制造系统的特征及框架结构，并简要介绍了智能加工中心IMC智能制造技木的进展趋势，与智能制造系统研究成果及存在问题。关键词：智能制造，IMS,IMC,IMT。Abstract：Inte11igentManufacturingintroducedthebackground,maincontentsandobjectivesrArtificia1Inte11igenceandIMTzIMSre1ations,IMSandC工MS,inte11igen

2、tmanufacturingandthemateria1basisofthetheoretica1basisofthecharacteristicsofinte11igentmanufacturingsystemandtheframeworkstructureandgaveabriefingoninte11igenceMachiningCenterIMCzinte11igentmanufacturingtechno1ogydeve1opmenttrendofwood,aswe11astheInte11igentManufacturingSystemsresearchresu1tsandprob

3、1ematic.Keywords:Inte11igentManufacturing,IMS,IMC,IMTo一.智能制造提出的背景制造业是国民经济的基础工业部门，是决定国家进展水平的最基本因素之一。从机械制造业进展的历程来看，经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化与集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言，大体上每十年上一个台阶：5060年代是单机数控，70年代以后则是CNC机床及由它们构成的自动化岛，80年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时，出现了计算机集成制造，但与有用化相距甚远。随着计算机的问世与进展，机械制造大体沿两条路线进展：一是传统制造技术的进展，二

4、是借助计算机与自动化科学的制造技术与系统的进展。80年代以来，传统制造技术得到了不一致程度的进展,但存在着很多问题。先进的计算机技术与制造技术向产品、工艺与系统的设计人员与管理人员提出了新的挑战，传统的设计与管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题，这就促使我们借助现代的工具与方法，利用各学科最新研究成果，通过集成传统制造技术、计算机技术与科学与人工智能等技术，进展一种新型的制造技术与系统，这便是智能制造技术(Inte11igentManufacturingTechno1ogy,IMT)与智能制造系统(Inte11igentManufacturingSystem,IMS)1o90年代以

5、后，世界各国竞相大力进展IMT与IMS的深层次原因有：集成化离不开智能制造系统是一个复杂的大系统，其中有多年积存的生产经验，生产过程中的人一机交互作用，务必使用的智能机器(如智能机器人)等。脱离了智能化，集成化也就不能完美地实现。机器智能化比较灵活能够选择系统智能化，也能够选择单机智能化；单机可进展一种智能,也可进展几种智能；不管在系统中或者单机上，智能化均可工作，不像集成制造系统，只有全系统集成才可工作。(3)智能化的经济效益较高现有的计算机集成制造系统(ComPUterIntegratedManufacturingSystem,CIMS)少则投资数千万元，多则投资数亿元乃至数十亿元,很少有

6、企业能承担得起，而且投入正常运行的很少，保护费用也高，还要废弃原有的设备，难以推广。(4)白领化使得有丰富经验的机械工人与技术人员日益缺少，产品制造技术越来越复杂，促使使用人工智能与知识工程技术来解决现代化的加工问题。(5)工厂生产率的提高更多地取决于生产管理与生产自动化人工智能与计算机管理相结合，使得不懂计算机的人也能通过视觉、对话等智能手段实现生产管理的科学化。总之，以计算机信息技术为基础的高新技术得到迅猛进展，为传统的制造业提供了新的进展机遇。计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合，形成了先进制造技术概念。冷战结束以后，国际间竞争的重点由单纯的军事实力较量转向以进展经济与提

7、高国民生活水平的综合国力较量，随之而来的这种国际间高新技术领域的竞争愈演愈烈，且其进展形式由最初的仅依托本国的人力、物力与财力，进展到国际间的大规模合作。近年来由发达国家倡导的面向21世纪的“智能制造系统”、“信息高速公路”等国际研究计划，无疑是该背景下的产物，也是国际间进行高科技研究开发的具体表现与积极占领21世纪高科技制高点的象征。二.要紧研究内容与目标智能制造在国际上尚无公认的定义。目前比较通行的一种定义是，智能制造技术是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式,通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动。因此，智能制造的研究开发对象是整个机械制造企业，其要紧研究开发目标有二：

8、整个制造工作的全面智能化，它在实际制造系统中首次提出了以机器智能取代人的部脑力劳动作为要紧目标，强调整个企业生产经营过程大范围的自组织能力；信息与制造智能的集成与共享,强调智能型的集成自动化。目前,IMT与IMS的研究方向已从最初的人工智能在制造领域中的应用(AiM)进展到今天的IMS,研究课题涉及的范围由最初仅一个企业内的市场分析、产品设计、生产计划、制造加工、过程操纵、信息管理、设备保护等技术型环节的自动化，进展到今天的面向世界范围内的整个制造环境的集成化与自组织能力，包含制造智能处理技术、自组织加工单元、自组织机器人、智能生产管理信息系统、多级竞争式操纵网络、全球通讯与操作网等。由日本提

9、出的IMS国际合作研究计划对IMS的解释能够看出，IMS的研究包含智能活动、智能机器与两者的有机融合技术，其中智能活动是问题的核心。在IMS研究的众多基础技术中，制造智能处理技术是最为关键与迫切需要研究的问题之一，由于它负责各环节的制造智能的集成与生成智能机器的智能活动。在一个国家甚至世界范围内，企业之间有着密切的联系，譬如，使用相同的生产设备与系统，有着类似的生产操纵与管理方式,上下游产品之间的联系,等等。其间存在的突出问题是产品与技术的规范化、标准化与通用化、信息自动交换形式与接口与制造智能共享等。国际IMS计划的基本观点如下：IMS是21世纪的制造系统，务必开发与之相习惯的制造技术；应对

10、这些技术进行组织化与系统化；加强技术的标准化；考虑人的因素；保护环境。该计划由已有生产技术的体系化与标准化、21世纪生产技术的研究与开发两大部分构成。1992年4月在日本召开的第一次国际技术委员会，确定了4个主题：技术课题；选择原则;评价程序；执行准则。由国际IMS中心成员提出的首批10项研究课题是企业集成；全球制造；系统单元技术；清洁制造技术；人与组织研究；先进的材料加工技术；全球并行工程(评估与实施)；自主模块的系统设备与分布操纵；快速产品开发；bk知识系统化(设计与制造)。美国国家科学基金会(NSF)已连续数年重点资助了与智能制造有关的研究项目，这些项目覆盖了智能制造的绝大部分技术领域，

11、包含制造过程中的智能决策、基于多施主(muIti-agent)的智能协作求解、智能并行设计、物流传输的智能自动化、智能加工系统与智能机器等。日本提出的智能制造系统国际合作计划，以高新计算机为后盾、深受其“真空世界”计算机研究计划的影响。其要紧研究内容如下：强调部分代替人的智能活动，实现部分人的技能；使用智能计算机技术来集成设计制造过程，使之一体化，以虚拟现实技术实现虚拟制造，以多媒体的人机接口技术、虚拟现实技术，实现职业教育；强调全球制造网络的生产制造技术，通过卫星、Intemet与数字电话网络实现全球制造；强调智能化与自律化的智能加工系统与智能化CNC、智能机器人的研究。重视分布式人工智能技

12、术的应用，强调自律协作代替集中递阶操纵。IMT与IMS的研究与开发关于提高产品质量、生产效率与降低成本,提高国家制造业响应市场变化的能力与速度，与提高国家的经济实力与国民的生活水准，均具有重大的意义。其研究目标是要实现将市场习惯性、经济性、人的重要性、习惯自然与社会环境的能力、开放性与兼容能力等融合在一起的生产系统：使整个制造过程实现智能化，并具有自组织能力；IMS是一个集成许多工厂与多种机器设备的混合系统；具备满足各类社会需求的柔性；能充分发挥人的作用；易于操作；总效率高；能避免重复投资等。人工智能的目的是为了用技术系统来突破人的自然智力的局限性，达到对人脑的部分代替、延伸与加强的目的，使那

13、些单靠人的天然智能无法进行或者带有危险性的工作得以完成，从而使人类的智慧能集中到那些更富于制造性的工作中去。人是制造智能的重要来源，在制造业走向智能化过程中起着决定性作用。目前在整体智能水平上，与人工系统相比，人的智力仍然是遥遥领先的。人工智能模拟的蓝本要紧是人类的智能，但人类的智能是随时间不断变化的，而这种变化又是无止境的，只有人与机器有机高度结合，才能实现制造过程的真正智能化。智能制造被称之新世纪的制造技术，目前之因此还不能实现，是由于要受到目前科学技术、人与经济等诸多方面的制约。智能与思维智能，就是在各类环境与目的的条件下正确制定决策与实现目的的能力。在这里，给定的环境与目的是问题的约束

14、条件，制定正确的决策是智能的中心环节，而有效地实现目的，则是智能的评判准则。从信息处理的角度讲，智能能够看成是获取、传递、处理、再生与利用信息的能力。而思维能力是整个智能活动中最复杂、最核心的部分，要紧指处理与再生信息的能力。这种信息处理的过程是十分复杂与多样化的，归纳起来，大体可分为3种基本的类型，即:经验思维、逻辑思维与制造性思维。在工艺设计过程中，这三种类型的思维都存在，在不一致层次的决策中起着重要作用。总之，智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能操纵、智能工艺规划、智能调度与

15、管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“智能设备”与“自治操纵”来构造新一代的智能制造系统模式。智能制造系统具有自律能力、自组织能力、自学习与自我优化能力、自修复能力，因而习惯性极强，而且由于使用VR技术，人机界面更加友好。因此，IM技术的研究开发关于提高生产效率与产品品质、降低成本，提高制造业市场应变能力、国家经济实力与国民生活水准，具有重要意义。智能制造是制造系统柔性自动化与集成自动化的新进展与重要构成部分，因此未来智能制造将向智能集成的方向进展，未来智能制造的研究将着重于智能传感与检测（如智能传感器、智能传感与检测技术、光纤传感技术等）。三,人工智能与IMT、IMS人工智能的研究，

16、一开始就未能摆脱制造机器生物的思想，即“机器智能化”。这种以“自主”系统为目标的研究路线，严重地阻碍了人工智能研究的进展。许多学者已意识到这一点，FeigenbaumNewe11钱学森从计算机角度出发，提出了人与计算机相结合的智能系统概念。目前国外对多媒体及虚拟技术研究进行大量投资，与日本第五代智能计算机研制计划的搁浅等事例，就是智能系统研究目标有所改变的明证。人工智能技术在机械制造领域中的应用涉及市场分析、产品设计、生产规划、过程操纵、质量管理、材料处理、设备保护等诸方面。结果是开发出了种类繁多的面向特定领域的独立的专家系统、基于知识的系统或者智能辅助系统，形成一系列的“智能化孤岛”。随着研究与应用的深入，人们逐步认识到，未来的制造自动化应是高度集成化与智能化的人一机系统的有机融合，制造自动化程度的进一步提高要依靠于整个制造系统的自组织能力。如何提高这些“孤岛”的应用范围与在实际制造环境中处理问题的能力