智能制造模式中的智能制造系統(tǒng)IMS介紹分析

過去由于人們對制造技術的注意力偏重于制造過程的自動化生產線，從而導致在自動化水平不斷提高的同時，產品設計及生產管理效率提高緩慢。為此，要求未來智能工廠具有信息加工能力，特別是信息的智能加工能力。因此智能制造應當包含智能制造技術(IMT)和智能制造系統(tǒng)(IMS)。

智能制造技術是指利用計算機模擬制造專家的分析、判斷、推理、構思和決策等智能活動，并將這些智能活動與智能機器有機地融合起來，將其貫穿應用于整個制造企業(yè)的各個子系統(tǒng)(如經營決策、采購、產品設計、生產計劃、制造、裝配、質量保證和市場銷售等)，以實現(xiàn)整個制造企業(yè)經營運作的高度柔性化和集成化，從而取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動，并對制造業(yè)專家的智能信息進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展的一種極大地提高生產效率的先進制造技術。

智能制造系統(tǒng)是指基于IMT，利用計算機綜合應用人工智能技術(如人工神經網絡、遺傳算法等)、智能制造機器、代理(agent)技術、材料技術、現(xiàn)代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、并行工程、生命科學和系統(tǒng)工程理論與方法，在國際標準化和互換性的基礎上，使整個企業(yè)制造系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)分別智能化，并使制造系統(tǒng)形成由網絡集成的、高度自動化的一種制造系統(tǒng)。

IMS是智能技術集成應用的環(huán)境，也是智能制造模式展現(xiàn)的載體。IMS理念建立在自組織、分布自治和社會生態(tài)學機制上，目的是通過設備柔性和計算機人工智能控制，自動地完成設計、加工、控制管理過程，旨在解決適應高度變化的環(huán)境制造的有效性。

由于智能制造模式突出了知識在制造活動中的價值地位，而知識經濟又是繼工業(yè)經濟后的主體經濟形式，所以智能制造就成為影響未來經濟發(fā)展過程的制造業(yè)的重要生產模式。

智能制造系統(tǒng)的特點，和傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，IMS具有以下幾個特征：

自組織能力。

IMS中的各種組成單元能夠根據工作任務的需要，自行集結成一種超柔性最佳結構，并按照最優(yōu)的方式運行。其柔性不僅表現(xiàn)在運行方式上，還表現(xiàn)在結構形式上。完成任務后，該結構自行解散，以備在下一個任務中集結成新的結構。自組織能力是IMS的一個重要標志。

自律能力。

IMS具有搜集與理解環(huán)境信息及自身的信息，并進行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。強有力的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎。IMS能根據周圍環(huán)境和自身作業(yè)狀況的信息進行監(jiān)測和處理，并根據處理結果自行調整控制策略，以采用最佳運行方案。這種自律能力使整個制造系統(tǒng)具備抗干擾、自適應和容錯等能力。

自學習和自維護能力。

IMS能以原有的專家知識為基礎，在實踐中不斷進行學習，完善系統(tǒng)的知識庫，并刪除庫中不適用的知識，使知識庫更趨合理；同時，還能對系統(tǒng)故障進行自我診斷、排除及修復。這種特征使IMS能夠自我優(yōu)化并適應各種復雜的環(huán)境。

整個制造系統(tǒng)的智能集成IMS在強調各個子系統(tǒng)智能化的同時，更注重整個制造系統(tǒng)的智能集成。這是IMS與面向制造過程中特定應用的“智能化孤島”的根本區(qū)別。IMS包括了各個子系統(tǒng)，并把它們集成為一個整體，實現(xiàn)整體的智能化。

人機一體化智能系統(tǒng)IMS不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機一體化智能系統(tǒng)，是一種混合智能。人機一體化一方面突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時在智能機器的配合下，更好地發(fā)揮了人的潛能，使人機之間表現(xiàn)出一種平等共事、相互“理解”、相互協(xié)作的關系，使兩者在不同的層次上各顯其能，相輔相成。因此，在IMS中，高素質、高智能的人將發(fā)揮更好的作用，機器智能和人的智能將真正地集成在一起。

虛擬現(xiàn)實這是實現(xiàn)虛擬制造的支持技術，也是實現(xiàn)高水平人機一體化的關鍵技術之一。人機結合的新一代智能界面，使得可用虛擬手段智能地表現(xiàn)現(xiàn)實，它是智能制造的一個顯著特征。

綜上所述，可以看出IMS作為一種模式，它是集自動化、柔性化、集成化和智能化于一身，并不斷向縱深發(fā)展的先進制造系統(tǒng)。

智能制造理論和系統(tǒng)設計技術IM概念的正式提出至今時間還不長，其理論基礎與技術體系仍在形成過程中，它的精確內涵和支撐設計技術仍需進一步研究。其研究內容包括：IM的概念體系，IMS的開發(fā)環(huán)境與設計方法，以及制造過程中的各種評價技術等。

智能制造單元技術的集成在以往的工作中，人們以研究人工智能在制造領域中的應用為出發(fā)點，開發(fā)出了許多面向制造過程中特定環(huán)節(jié)、特定問題的智能單元，形成了一個個“智能化孤島”。它們是智能制造研究的基礎。為使這些“智能化孤島”面向智能制造，使其成為IM的單元技術，必須研究它們在IMS中的集成，并進一步完善和發(fā)展這些智能單元，從而形成智能型的集成自動化。

它們包括：智能設計 應用并行工程和虛擬制造技術，實現(xiàn)產品的并行智能設計；智能工藝過程編制 在現(xiàn)有的檢索式、半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的基礎上，研究、開發(fā)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)，使之面向IMS；生產過程的智能調度；智能監(jiān)測、診斷及補償；加工過程的智能控制；智能質量控制；生產與經營的智能決策。

智能機器的設計智能機器是IMS中模擬人類專家智能活動的工具之一，因此．對智能機器的研究在IMS研究中占有重要的地位。IMS常用的智能機器包括智能機器人、智能加工中心、智能數控機床和自動引導小車(AGV)等。

智能制造主要研究目標，整個制造過程的全面智能化，在實際制造系統(tǒng)中，以機器智能取代人的部分腦力勞動作為主要目標，強調整個企業(yè)生產經營過程大范圍的自組織能力。信息和制造智能的集成與共享，強調智能型的集成自動化。

綜上所述，可以看出IMS作為一種模式，它是集自動化、柔性化、集成化和智能化于一身，并不斷向縱深發(fā)展的先進制造系統(tǒng)。總之，IM的研究與開發(fā)目標是要實現(xiàn)將市場適應性、經濟性、人的重要性、適應自然和社會環(huán)境的能力、開放性和兼容能力等融合在一起的生產系統(tǒng)。

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