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智能制造的基本内容诠释

2014-11-10

智慧城市圈子邱文斌

摘要：介绍了智能制造提出的背景、主要研究内容和目标，人工智能与 IMT、IMS 的关系，IMS 和 CIMS，

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

能制造技木的发展趋势，以及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。

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。

就制造自动化而言，大体上每十年上一个台阶:50～60 年代是单机数控，70 年代以后则是 CNC 机床及由

它们组成的自动化岛，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

实用化相距甚远。

随着计算机的问世与发展，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。80 年代以来，传统制造技术得到了不同程度的发展，但存在着很多问

题。

先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战，传统的设计和

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和方法，利用各学

科最新研究成果，通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术，发展一种新型的制造

技术与系统，这便是智能制造技术(IntelligentManufacturingTechnology，IMT)与智能制造系统

(IntelligentManufacturingSystem，IMS)[1]。

90 年代以后，世界各国竞相大力发展 IMT 和 IMS 的深层次原因有:

(1)集成化离不开智能

制造系统是一个复杂的大系统，其中有多年积累的生产经验，生产过程中的人—机交互作用，必须使用的

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。

(2)机器智能化比较灵活

可以选择系统智能化，也可以选择单机智能化;单机可发展一种智能，也可发展几种智能;无论在系统中或单

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，很少有企业能承担得起，而且投入正常运行的很少，维护费用也高，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和技术人员日益缺少，产品制造技术越来越复杂，促使使用人工智能

和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和生产自动化

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发展，为传统的制造业提供了新的发展机遇。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发展经济和提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，且其发展形式由最初的仅依托本国的人力、

物力和财力，发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和积极占领 21 世纪高科技制高点的象征。

二、主要研究内容和目标

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，其主要研究开发目标有二:

①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主要

目标，强调整个企业生产经营过程大范围的自组织能力;

②信息和制造智能的集成与共享，强调智能型的集成自动化。

目前，IMT 和 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)发展到今天的 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、过程控制、信息管理、

设备维护等技术型环节的自动化，发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，

包括制造智能处理技术、自组织加工单元、自组织机器人、智能生产管理信息系统、多级竞争式控制网络、

全球通讯与操作网等。

由日本提出的 IMS 国际合作研究计划对 IMS 的解释可以看出，IMS 的研究包括智能活动、智能机器以及

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

最为关键和迫切需要研究的问题之一，因为它负责各环节的制造智能的集成和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，采用相同的生产设备和系统，有着类似的

生产控制与管理方式，上下游产品之间的联系，等等。其间存在的突出问题是产品和技术的规范化、标准

化和通用化、信息自动交换形式与接口以及制造智能共享等。

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