智能制造概念、研究内容以及特点

1导语

智能制造系统是指基于IMT,利用计算机综合应用人工智能技术(如人工神经网络、遗传算法等)、智能制造机器、代理(agent)技术、材料技术、现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、并行工程、生命科学和系统工程理论与方法,在国际标准化和互换性的基础上,使整个企业制造系统中的各个子系统分别智能化,并使制造系统形成由网络集成的、高度自动化的一种制造系统。

IMS是智能技术集成应用的环境,也是智能制造模式展现的载体。IMS理念建立在自组织、分布自治和社会生态学机制上,目的是通过设备柔性和计算机人工智能控制,自动地完成设计、加工、控制管理过程,旨在解决适应高度变化的环境制造的有效性。

由于智能制造模式突出了知识在制造活动中的价值地位,而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式,所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。

2研究内容及方向

根据国内现有的工作基础和国家的需要,以及IMT&IMS研究与开发工作的特点,我们认为近期的研究点应该放在IMT&IMS的关键基础技术上,它主要智能制造系统理论基础与设计技术、制造智能理论及处理技术、智能制造单元技术的集成等。

2.1智能制造系统理论基础与设计技术

2.11体系结构与发展战略

需要继续完善发展IMS概念体系,继续研究IMS的系统组成和发展方向以及跟踪国际上该领域的研究前沿。

2.12开发环境与设计方法学

IMS的开发与设计方法将有别于现有任何制造系统的设计方法,因为IMS是面向...市场评估与预测模型。

2.4知识库系统与网络技术

知识库系统与信息网络技术是制造过程的系统与各环节“集成智能化”的支撑,在IMT&IMS研究中占有垂要地位。

2.41分布式异构联想知识库

系统研究知识库异构、知识库分布式策略与维修、知识库联想和分布数据库技术。

2.42信息控制与网络通讯技术

研究IMS中各种信息的交换接口、网络通讯技术、系统操作控制策略。

2.5智能机器的设计

智能机器是IMS中模仿人类专家智能活动的工具之一,是新一代的制造工具,因而,研究智能机器的设计方法及其相关技术将有划时代的意义。

2.51机器人智能技术

智能机器人将在IMS中占有重要的地位,主要体现在机器的视觉和机器人控制两个方而、有必要研究智能机器眼(视觉)、信声仓感知与钾能传感器、智能机器手(控制)和智能机器的自适应定位与夹具设计等技术。

2.52机器自学习与自维护技术

研究智能机器的自适应学习模型,系统误差的自动恢复与维护技术。

2.53智能制造单元机的设计与制造

研究智能制造单元机的结构组成与设计方法、新型材料的应用技术。

2.6制造中人的因素

IMS的宗旨之一就是减轻人类制造专家的艰苦的脑力劳动负担,因此,与脑力劳动有密切联系的制造中人的因素理应受到充分的重视,研究内容包括：

2.61人一系统柔性交互技术

研究人一系统柔性、联想、容错交互模型以及交互环境。

2.62未来制造环境的设计

研究人在未来制造环境中的地位和作用以及未来舒适、友好的制造环境的设计。

2.63人才培养与教学系统研究面向IMT&IMS的人才培养计划,研制教学示范系统。

3智能制造系统的构成及典型结构

由于IMS结构体系尚处于研究阶段,在此只作简单探讨。从智能组成方面考虑,IMS是一个复杂的智能系统,它是由各种智能子系统按层次递阶组成,构成智能递阶层次模型。该模型最基本的结构称为元智能系统(Meta-IntelligentManufacturingSystem，M-IS)。其结构如图所示,大致分为三级：学习维护级、决策组织级和调度执行级。

学习维护级,通过对环境的识别和感知,实现对M-IS进行更新和维护,包括更新知识库、更新知识源,更新推理规则以及更新规则可信度因子等;决策组织级,主要接受上层M-IS下达的任务,根据自身的作业和环境状况,进行规划和决策,提出控制策略。在IMS中的每个M-IS的行为都是上层M-IS的规划调度与自身自律共同作用的结果,上层M-IS的规划调度是为了确保整个系统能有机协同地工作,而M-IS自身的自律控制则是为了根据自身状况和复;M-IS是智能系统的基本框架,各种具体的智能系统;从智能制造的系统结构方面来考虑,未来智能制造系统;4智能制造系统的特点;和传统的制造系统相比,IMS具有以下几个特征:;(1)自组织能力;IMS中的各种组成单元能够根据工作任务的需要,自;(2)自律能力;IMS具有搜集与理解环境信息及自身的信息,并进行;(3)而M-IS自身的自律控制则是为了根据自身状况和复杂多变的环境,寻求最佳途径完成工作任务。因此,决策组织级要求有较强的推理决策能力;调度执行级,完成由决策组织级下达的任务,并调度下一层的若干个M-IS并行协同作业。

M-IS是智能系统的基本框架,各种具体的智能系统是在此M-IS基础之上,对其扩充。具备这种框架的智能系统具有以下特点：①决策智能化;②可构成分布式并行智能系统;③具有参与集成的能力;④具有可组织性和自学习、自维护能力。

从智能制造的系统结构方面来考虑,未来智能制造系统应为分布式自主制造系统(DistributedAutonomousManufacturingSystem)。该系统由若干个智能施主(IntelligentAgent)组成。根据生产任务细化层次的不同,智能施主可以分为不同的级别。如一个智能车间可称为一个施主,它调度管理车间的加工设备,它以车间级施主身份参与整个生产活动同时对于一个智能车间而言,其间的智能加工设备也可称为智能施主,它们直接承担加工任务。无论哪一级别的施主,它与上层控制系统之间通过网络实现信息的联接,各智能加工设备之间通过自动引导小车(AGV)实现物质传递。在这样的制造环境中,产品的生产过程为通过并行智能设计出的产品,经过IMS智能规划,将产品的加工任务分解成一个个子任务,控制系统将子任务通过网络向相关施主“广播”。若某个施主具有完...制造系统相比,IMS具有以下几个特征:

(1)自组织能力

IMS中的各种组成单元能够根据工作任务的需要,自行集结成一种超柔性最佳结构,并按照最优的方式运行。其柔性不仅表现在运行方式上,还表现在结构形式上。完成任务后,该结构自行解散,以备在下一个任务中集结成新的结构。自组织能力是IMS的一个重要标志。

(2)自律能力

IMS具有搜集与理解环境信息及自身的信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。IMS能根据周围环境和自身作业状况的信息进行监测和处理,并根据处理结果自行调整控制策略,以采用最佳运行方案。这种自律能力使整个制造系统具备抗干扰自适应和容错等能力

(3)自学习和自维护能力

IMS能以原有的专家知识为基础,在实践中不断进行学习,完善系统的知识库,并删除库中不适用的知识,使知识库更趋合理;同时,还能对系统故障进行自我诊断、排除及修复。这种特征使IMS能够自我优化并适应各种复杂的环境。(4)整个制造系统的智能集成IMS在强调各个子系统智能化的同时,更注重整个制造系统的智能集成。这是IMS与面向制造过程中特定应用的“智能化孤岛”的根本区别。IMS包括了各个子系统,并把它们集成为一个整体,实现整体的智能化。

(5)人机一体化智能系统

IMS不单纯是“人工智能”系统,而是人机一体化智能系统,是一种混合智能。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位,同时在智能机器的配合下,更好地发挥了人的潜能,使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系,使两者在不同的层次上各显其能,相辅相成。因此,在IMS中,高素质、高智能的人将发挥更好的作用,机器智能和人的智能将真正地集成在一起。

(6)虚拟现实

这是实现虚拟制造的支持技术,也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。人机结合的新一代智能界面,使得可用虚拟手段智能地表现现实,它是智能制造的一个显著特征。综上所述,可以看出IMS作为一种模式,它是集自动化、柔性化、集成化和智能化于一身,并不断向纵深发展的先进制造系统。