智能制造(IM)

智能制造(IM)智能制造制造业是国民经济的基础工业部门,是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业发展的历程来看,经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。机械制造大体沿两条路线发展:一是传统制造技术的发展,二是借助计算机和自动化科学的制造技术与系统的发展。制造技术是制造业所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。近两百年来.在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“小批量→少品种、大批量→多品种、变批量”的方向发展。在科学技术高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集”的方向发展。与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工→机械化→单机自动化”；“刚性流水自动化→柔性自动化→智能自动化”的方向发展。从而推动了制造业的不断发展，促进了制造业的不断进步。背景谈起智能制造，首先应介绍日本在1991年1月所发起的“智能制造系统IMS(intelligentmanufacturingsystem)”国际合作研究计划。它指在组合工业发达国家的先进制造技术，包括1、日本工厂与车间的企业技术2、欧洲的精密工程技术3、美国的系统技术其目的是实现当前生产技术的标准化，开发出能使人和智能设备都不受环境的限制、彼此合作的高技术生产系统，使制造业在从接受订货到经营管理的全过程中，做到各种自律化的装备和生产线在整体上的协调和集成，由此来响应制造活动全球化的趋势，减少过于庞大的重复投资，并通过先进灵活的制造过程来解决制造系统中的人的问题。智能制造是当今制造领域研究热点之一，倍受各国政府和研究人员的广泛关注。有鉴于此，我国自然科学基金会于1994年正式立项研究，内容主要有：智能制造基础理论、智能化单元技术、智能机器等。该项目于1997年底完成，1999年5月通过专家组验收。基本原理从智能制造系统的本质特征出发，在分布式制造网络环境中，根据分布式集成的基本思想，应用分布式人工智能中多Agent系统的理论与方法，实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。根据分布系统的同构特征，在智能制造系统的一种局域实现形式基础上，实际也反映了基于Internet的全球制造网络环境下智能制造系统的实现模式。模式多智能体（Multi-Agent）系统Agent原为代理商，是指在商品经济活动中被授权代表委托人的一方。后来被借用到人工智能和计算机科学等领域，以描述计算机软件的智能行为，称为智能体。1992年曾经有人预言：“基于Agent的计算将可能成为下一代软件开发的重大突破。随着人工智能和计算机技术在制造业中的广泛应用，多智能体系统技术对解决产品设计、生产制造乃至产品的整个生命周期中的多领域间的协调合作提供了一种智能化的方法，也为系统集成、并行设计，并实现智能制造提供了更有效的手段。整子系统（HolonicSystem）整子的最本质特征是：自治性：每个整子可以对其自身的操作行为作出规划，可以对意外事件（如制造资源变化、制造任务货物要求变化等）作出反应，并且其行为可控；合作性：每个整子可以请求其它整子执行某种操作行为，也可以对其他整子提出的操作申请提供服务；智能性：整子具有推理、判断等智力，这也是它具有自治性和合作性的内在原因。整子的上述特点表明，它与智能体的概念相似。由于整子的全能性，有人把它也译为全能系统。特点从智能制造系统，即工程的角度上看，具有以下特征之一的系统就可称为智能系统：1.多信息感知与融合；2.知识表达、获取、存储和处理（主要是识别、设计、计算。优化。推理与决策）；3.联想记忆于智能控制；4.自治性、自相似、自学习、自适应、自组织、自维护；5.机器智能的演绎（分解）于归纳（集成）；6.容错。案例小型钛合金整体叶轮的智能制造方法小型钛合金整体叶轮小型钛合金整体叶轮的制造分解为多智能体系统小型钛合金整体叶轮的制造系统可以看成是一个动态的不断完善的系统。其中“叶轮制造知识库”，它主要包括叶轮造型、数控编程、数控加工、变形补偿、测量等各环节所用的彼此相关的公共知识。针对叶轮造型而言，有多种叶轮造型方法，而不同的造型方法，对应着不同的编程方法、补偿方法、测量方法。对于数控加工中的机床、刀具的选用，更是直接影响着其他环节。因此，各个agent建立过程中应首先选用公共知识库中的知识，对于公共知识库中没有的又与其他环节有关的知识，应及时提供给公共知识库以便其他环节共享。钛合金叶轮制造过程的agent分解钛合金叶轮制造中，按任务分解成若干个agent：变形补偿agent、叶轮造型agent、数控编程agent、数控加工agent、叶轮测量agent等。每个agent可以是物理实体或抽象实体，可以进行推理决策和问题求解，是一种具有智能的逻辑单元。其中叶轮造型agent与环境的关系如下图所示。造型agent的输入信息：原始设计图纸、测量方式、变形补偿方法等可来自叶轮制造公共技术知识库，它们是造型人员进行造型的依据；造型人员的创新设计方法、最终尺寸模型又反馈给公共技术知识库。其他agent与环境的交互关系与叶轮造型agent相似。上述零件智能制造方法的最大好处是便于人的参与，发挥人的智能；最大程度地简化流程，符合并行工程的制造理念；总体的风险由不同的智能体承担。对提高整个系统的可靠性有利。发展前景1、人工智能技术。因为IMS的目标是计算机模拟制造业人类专家的智能活动，从而取代或延伸人的部分脑力劳动，因此人工智能技术成为IMS关键技术之一。IMS与人工智能技术（专家系统、人工神经网络、模糊逻辑）息息相关。2、并行工程。针对制造业而言，并行工程是一种重要的技术方法学，应用于IMS中，将最大限度的减少产品设计的盲目性和设计的重复性。3、信息网络技术。信息网络技术是制造过程的系统和各个环节“智能集成”化的支撑。信息网络同时也是制造信息及知识流动的通道。4、虚拟制造技术。虚拟制造技术可以在产品设计阶段就模拟出该产品的整个生命周期，从而更有效，更经济、更灵活的组织生产，实现了产品开发周期最短，产品成本最低，产品质量最优，生产效率最高的保证。同时虚拟制造技术也是并行工程实现的必要前提。5、自律能力构筑。即收集和理解环境信息和自身的信息并进行分析判断和规划自身行为的能力。强大的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。6、人机一体化。智能制造系统不单单是“人工智能系统，而且是人机一体化智能系统，是一种混合智能。想以人工智能全面取代制造过程中人类专家的智能，独立承担分析、判断、决策等任务，目前来说是不现实的。人机一体化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，更好的发挥人的潜能，使达到一种相互协作平等共事的关系，使二者在不同层次上各显其能，相辅相成。7、自组织和超柔性。只能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务的需要，自行组成一种最佳结构，使其柔性不仅表现运行方式上，而且表现在结构形式上，所以称这种柔性为超柔性，类似于生物所具有的特征，如同一群人类专家组成的整体。存在问题由于制造Agent在信息、知识和控制上的完全分布,每个Agent对环境、对整个问题求解活动及其他Agent的意图只有部分的、不完全的知识,并且拥有的知识可能互相不一致,各个Agent只能根据不完备的知识与不完整、不同步的信息做出局部决策。又由于整个系统缺乏类似中央控制的机制,因而整个系统的控制和决策往往不能达到最优效果,而且不可避免地存在大量难以解决的决策冲突(Conflict)和死锁(Deadlock)。小结由前文智能制造的特点不难看出，智能制造是一个较广的概念，只要符合了其中的任一特点就可以称为智能制造，而具体的实现方式就可以是很多变。相对于绿色制造等其他先进制造方法，个人觉得它的技术层面的意义更明显，绿色制造主要是环保的理念的灌输，首先要有这样的主旨，再用它来约束制造的各个环节；而智能制造只要是在于通过将各种先进技术分别或是相互融合之后再融入制造的各个环节，达到生产效率的提高或是生产的便捷等要求。如今的各种先进制造方法或是理念都不应该是独立的，将它们很好的结合才是最好的方法，这当然要有各个方法都有了相对成熟的基础之后才能达到的。谢谢大家！