智能制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展研究

摘要：制造系統(tǒng)是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中不可或缺的一部分，能夠促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)效率的提高。從目前來看，智能制造技術(shù)與系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。但在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題，如智能制造技術(shù)與系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、相關(guān)政策不夠完善等。針對以上問題提出了相應(yīng)的發(fā)展對策，希望能夠促進(jìn)智能制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能制造技術(shù)社會(huì)發(fā)展生產(chǎn)效率系統(tǒng)發(fā)展

ResearchonIntelligentManufacturingTechnologyandSystemDevelopment

YANGXu

LianyungangJariAutomationCo.，Ltd.Lianyungang，JiangsuProvince，222000China

Abstract：Manufacturingsystemisanindispensablepartofmodernsocialdevelopment，whichcanpromote theimprovementofsocialproductionefficiency.Fromthecurrentperspective，intelligentmanufacturingtechnologyandsystemshavebeenwidelyappliedintheindustrialfieldandhaveachievedgoodresults.However，therearestillsomeproblemsinpracticalapplications，suchasinconsistentstandardsforintelligentmanufacturingtechnologyandsystems，andincompleterelatedpolicies.Inviewoftheaboveproblems，thisarticleproposescorrespondingdevelopmentstrategiesfortheaboveissues，hopingtopromotethedevelopmentofintelligentmanufacturingtechnologyandsystems.

KeyWords：Intelligentmanufacturingtechnology;Socialdevelopment;Productionefficiency;Systemdevelopment

智能制造是一種新興的制造模式，其核心是制造技術(shù)與信息技術(shù)深度融合。智能制造涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、服務(wù)等全生命周期，覆蓋產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、物流配送等各個(gè)環(huán)節(jié)。它具有智能感知、認(rèn)知分析和自主決策的能力，實(shí)現(xiàn)信息共享與協(xié)同，實(shí)現(xiàn)人與物的有機(jī)融合。智能制造技術(shù)與系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心基礎(chǔ)，對推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)向高端制造業(yè)轉(zhuǎn)型具有重要意義。

1智能制造技術(shù)的內(nèi)涵

智能制造技術(shù)是在信息化基礎(chǔ)上，通過集成智能裝備、工業(yè)軟件和制造技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的智能化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工、管理和服務(wù)，提高企業(yè)競爭力。智能制造系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的制造技術(shù)基礎(chǔ)上，引入人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，通過人機(jī)交互、知識(shí)管理、機(jī)器與機(jī)器通信等手段，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品全生命周期管理的系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)主要包括工業(yè)軟件和智能裝備兩個(gè)部分。工業(yè)軟件是指用計(jì)算機(jī)程序控制或處理產(chǎn)品的全生命周期過程的軟件系統(tǒng)。智能裝備是指利用先進(jìn)的傳感技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品制造過程的自動(dòng)化控制和智能化管理的裝備。工業(yè)軟件和智能裝備有機(jī)融合形成的智能制造系統(tǒng)，其本質(zhì)上是一種融合了先進(jìn)制造技術(shù)的新型產(chǎn)品形態(tài)。智能制造系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力，通過感知環(huán)境信息和自身狀態(tài)信息，進(jìn)行自我優(yōu)化、自我學(xué)習(xí)和自我決策，能及時(shí)調(diào)整自身狀態(tài)及運(yùn)行策略。它既可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化，也可實(shí)現(xiàn)制造過程中各種資源的優(yōu)化配置。

1.1建模技術(shù)

建模技術(shù)是指對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行描述、建模、仿真、優(yōu)化的技術(shù)，它是智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。它主要包括狀態(tài)空間建模、動(dòng)態(tài)模型和數(shù)據(jù)模型。

狀態(tài)空間模型是指對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行描述、分析和建模的基礎(chǔ)，包括靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，靜態(tài)模型主要指描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間模型，如系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型等；動(dòng)態(tài)模型是指對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分析、優(yōu)化的基礎(chǔ)，包括動(dòng)力學(xué)模型和控制模型，如復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模等[1]。

動(dòng)態(tài)建模技術(shù)主要有：（1）動(dòng)態(tài)特性描述技術(shù)，主要包括系統(tǒng)模態(tài)分析（SystemModeAnalysis）、動(dòng)態(tài)特性分解（DynamicAnalysisofDynamics）和動(dòng)態(tài)特性重構(gòu)（DynamicStaterecovery）等；（2）動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化技術(shù)，主要包括靜態(tài)特性優(yōu)化（DynamicNormalization）和動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化（DynamicNormalization）；（3）動(dòng)態(tài)特性預(yù)測技術(shù)，主要包括時(shí)間序列預(yù)測、非線性預(yù)測、隨機(jī)動(dòng)力學(xué)過程預(yù)測等，如下圖1為某建筑工程項(xiàng)目的三維建模集成技術(shù)示意。

數(shù)據(jù)模型主要有：（1）機(jī)理建模，主要包括統(tǒng)計(jì)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、遺傳算法建模、模糊邏輯建模等；（2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模，主要包括支持向量機(jī)建模和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模；（3）面向?qū)ο蠼?，主要包括面向?qū)ο蠹夹g(shù)和面向過程技術(shù)；（4）人工智能建模，主要包括機(jī)器學(xué)習(xí)和知識(shí)工程。未來智能制造系統(tǒng)需要重點(diǎn)研究：一是通過關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新提高建模精度；二是建立全面完整的系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系；三是建立高效可靠的信息物理融合系統(tǒng)；四是構(gòu)建靈活的面向智能制造系統(tǒng)的應(yīng)用平臺(tái)。

1.2人工智能與IMT、IMS

人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，主要研究能模擬人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。人工智能研究包括專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等理論與技術(shù)，在機(jī)器人控制、自動(dòng)推理、語言識(shí)別、圖像識(shí)別等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。人工智能在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用包括智能設(shè)計(jì)、智能生產(chǎn)、智能管理等方面。

人工智能的主要特征包括：（1）認(rèn)知能力，即從輸入信息中提取隱含的知識(shí)；（2）推理能力，即從經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)中獲得推理能力；（3）學(xué)習(xí)能力，即通過數(shù)據(jù)不斷地訓(xùn)練，使機(jī)器能夠解決未知問題。人工智能的發(fā)展受到三大技術(shù)驅(qū)動(dòng)：（1）海量數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)；（2）計(jì)算能力的不斷提高；（3）新算法的不斷出現(xiàn)。

硬件系統(tǒng)包括感知、處理、控制、通信等系統(tǒng)，如圖5所示。軟件系統(tǒng)主要指算法和應(yīng)用程序。智能制造系統(tǒng)是以智能化軟件為核心的集成化信息系統(tǒng)，是人工智能技術(shù)在智能制造領(lǐng)域的具體應(yīng)用。在智能制造領(lǐng)域，人工智能是重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一，與傳感器、嵌入式硬件、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺等技術(shù)緊密相關(guān)。人工智能在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊[2]。

1.3IMS和CIMS

IMS和CIMS分別是信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的新型制造模式，也是未來發(fā)展的必然趨勢。二者在內(nèi)涵、發(fā)展目標(biāo)、體系結(jié)構(gòu)等方面具有相似性，但在應(yīng)用領(lǐng)域和側(cè)重點(diǎn)上存在差異。IMS更多強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)在制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，注重信息技術(shù)對制造過程的直接干預(yù)，側(cè)重于制造過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等方面。CIMS則更多強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)在制造業(yè)中的間接應(yīng)用，側(cè)重制造過程的自動(dòng)化和智能化，強(qiáng)調(diào)基于信息技術(shù)的自動(dòng)化基礎(chǔ)上的人機(jī)協(xié)同。二者都是以產(chǎn)品為對象，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以系統(tǒng)為核心。

2制造系統(tǒng)的主要內(nèi)容

智能制造系統(tǒng)由技術(shù)系統(tǒng)、制造系統(tǒng)和運(yùn)營控制系統(tǒng)三部分組成。技術(shù)系統(tǒng)是智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其功能包括智能感知、認(rèn)知分析、自主決策和協(xié)同控制等；制造系統(tǒng)是智能制造系統(tǒng)的核心，其功能包括生產(chǎn)調(diào)度、資源控制、生產(chǎn)過程控制等；運(yùn)營控制是智能制造系統(tǒng)的支撐，其功能包括供應(yīng)鏈優(yōu)化、質(zhì)量控制和綠色制造等。

智能制造系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、會(huì)話層、應(yīng)用層組成。感知層通過傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集信息并傳遞給網(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)絡(luò)層通過通信技術(shù)將傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理；會(huì)話層是信息處理中心；應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)智能化的功能。感知層是智能制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對其他層次起支撐作用；網(wǎng)絡(luò)層主要是實(shí)現(xiàn)信息交換和傳輸?shù)墓δ?；?huì)話層和應(yīng)用層則是智能制造系統(tǒng)發(fā)揮作用的重要部分。感知層通過傳感器獲取信息并傳遞給網(wǎng)絡(luò)層將信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)層則通過通信技術(shù)將信息傳遞到會(huì)話層和應(yīng)用層將信息進(jìn)行處理和傳輸[3]。

智能制造是未來制造業(yè)發(fā)展的重要方向，其發(fā)展過程需要遵循一定的規(guī)律。智能制造系統(tǒng)與傳統(tǒng)制造模式相比具有本質(zhì)區(qū)別，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是強(qiáng)調(diào)智能感知、認(rèn)知分析、自主決策、協(xié)同控制等智能能力；二是強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展能力；三是強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高；四是強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品服務(wù)能力和用戶滿意度不斷提升。

3智能制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展對策

3.1加強(qiáng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)

智能制造技術(shù)與系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及材料、軟件、信息技術(shù)等諸多領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。需要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，突破制約智能制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)，提高智能制造的自主創(chuàng)新能力。

一是加強(qiáng)對復(fù)雜系統(tǒng)的分析和建模理論、方法、技術(shù)和軟件工具研究，突破多物理場耦合分析理論與方法，支持基于多物理場耦合的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)與優(yōu)化；研究復(fù)雜裝備全生命周期建模理論、方法與工具，提高裝備全壽命周期模型的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性；突破多源異構(gòu)信息融合、數(shù)據(jù)集成和知識(shí)提取等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)信息融合與知識(shí)挖掘。

二是加強(qiáng)人工智能基礎(chǔ)理論和方法研究，構(gòu)建統(tǒng)一的人工智能模型體系框架；建立人工智能評(píng)價(jià)體系，研制適用于不同場景和應(yīng)用需求的智能算法庫；研發(fā)智能算法、機(jī)器學(xué)習(xí)模型及其優(yōu)化算法；開發(fā)人工智能基礎(chǔ)軟件工具包。

三是加強(qiáng)信息技術(shù)與制造技術(shù)融合方法研究，推動(dòng)信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合；探索多層次多維度智能決策分析方法，支持面向復(fù)雜產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)。

3.2提升智能制造裝備的自主創(chuàng)新能力

3.2.1加強(qiáng)智能制造裝備關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)

以先進(jìn)感知、智能分析和自主決策等為重點(diǎn)，面向工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、增材制造裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝備、自動(dòng)化成套裝備等領(lǐng)域，開展共性關(guān)鍵技術(shù)的研究。加大對國家制造業(yè)創(chuàng)新中心和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持力度，支持智能制造關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，提高自主創(chuàng)新能力。

3.2.2建立智能制造關(guān)鍵共性技術(shù)體系

突破一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能制造核心技術(shù)裝備，形成一批具有國際領(lǐng)先水平的核心技術(shù)裝備；完善智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)銜接配套；研發(fā)和推廣應(yīng)用一批成熟可靠的智能制造裝備。研究開發(fā)智能化成套裝備及關(guān)鍵部件，開展基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能制造系統(tǒng)集成應(yīng)用示范；研制先進(jìn)傳感器、數(shù)控機(jī)床、增材制造裝備等關(guān)鍵技術(shù)裝備和集成系統(tǒng)；發(fā)展高可靠、高精度和高穩(wěn)定性的工業(yè)機(jī)器人[4-5]。

3.2.3推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用深度融合

加快推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合，支持高校和科研院所建立一批面向智能制造的科研基地和工程中心，培育一批高水平研發(fā)團(tuán)隊(duì)；鼓勵(lì)企業(yè)加大研發(fā)投入，加快研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化步伐。

4結(jié)語

目前我國已進(jìn)入工業(yè)化后期和后工業(yè)化階段，迫切需要發(fā)展智能制造技術(shù)和系統(tǒng)，提升制造效率和質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。面對世界科技新變革、產(chǎn)業(yè)新變革和發(fā)展新趨勢，我國智能制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)，需要加快研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，提升制造裝備智能化水平；加快完善智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系，提高產(chǎn)品質(zhì)量性能；加快突破核心芯片、傳感器等關(guān)鍵核心技術(shù)；推進(jìn)智能制造模式創(chuàng)新，優(yōu)化資源配置；培育壯大智能制造產(chǎn)業(yè)集群，促進(jìn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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