智能化制造技術(shù)和智能化工廠實現(xiàn)要點

智能化工廠是以“智能化”為核心，以智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的生產(chǎn)、經(jīng)營的智能制造工廠實體。智能化工廠將逐步分層次實現(xiàn)，智能工業(yè)機器人在智能自動化制造工廠中扮演著重要角色。

在智能化數(shù)控設(shè)備中，除了各種數(shù)控設(shè)備和相關(guān)數(shù)控配套設(shè)備以外，智能工業(yè)機器人在智能制造單元、智能制造系統(tǒng)和智能制造工廠中具有重要作用。

例如智能化工業(yè)機器人，安裝了三維視覺傳感器和力傳感器，用于數(shù)控設(shè)備自動上下料和產(chǎn)品組裝方面。視覺傳感器能識別三維圖像、能識別零件的位置和姿態(tài)，能抓取散放零件。發(fā)那科的智能工業(yè)機器人，在安裝了用于生產(chǎn)的視覺傳感器之外，還使用了力傳感器用于產(chǎn)品組裝作業(yè)。

最近幾年，國內(nèi)外的工業(yè)機器人專家都把注意力和精力投入到“視覺伺服”智能工業(yè)機器人的研究方面，成為國內(nèi)外最熱門的研究課題。工業(yè)機器人的“視覺伺服”研究，包括從視覺信號處理到機器人控制的全過程。包括機器人運動學(xué)、控制理論；包括實時圖像的識別與處理，以及三維信息的獲取、處理和重構(gòu)技術(shù)；包括實時計算技術(shù)等領(lǐng)域的融合；包括機器人本體標(biāo)定和攝像機標(biāo)定技術(shù)等。

在各種智能化自動化數(shù)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，智能化工廠將由工廠局部智能自動化、逐步分層次地發(fā)展到全工廠智能自動化和社會化智能制造。

第一層次：單機或單元智能自動化。

單機或單元智能自動化，可以實現(xiàn)長時間無人值守。國內(nèi)外都有用于生產(chǎn)的實例。比如日本發(fā)那科在20世紀(jì)80年代第一代智能數(shù)控加工中心上，加幾個用于人工上下料托盤，可以實現(xiàn)24h連續(xù)運轉(zhuǎn)。20世紀(jì)90年代的第二代智能加工系統(tǒng)，以4～6臺加工中心和裝有帶加工夾具的立體托盤架，能擺放待加工的大量毛坯件，可實現(xiàn)60h連續(xù)運轉(zhuǎn)。20世紀(jì)末和21世紀(jì)初的第三代智能加工系統(tǒng)，稱作“智能機器人化加工單元”，該單元就是用智能化機器人為智能加工數(shù)控設(shè)備的夾具自動裝卸工件。與第二代加工系統(tǒng)相比，由機器人代替了人工上下工件，解放了工人的繁重勞力，減少了夾具，減少了設(shè)備投資，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，加工質(zhì)量更加穩(wěn)定，降低了生產(chǎn)成本。

第二個層次：生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動化。

在第三代“智能機器人化單元”的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)控制生產(chǎn)車間全自動化系統(tǒng)。包括毛坯倉儲管理，再制品倉儲管理，成品零件倉儲管理及其搬運、裝卸、裝配作業(yè)和質(zhì)量檢驗等。

第三個層次：智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)。

在第二層次生產(chǎn)制造系統(tǒng)智能自動化的基礎(chǔ)上，配置網(wǎng)絡(luò)綜合管理系統(tǒng)，來實現(xiàn)全工廠的智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)制造。智能化工廠的實現(xiàn)主要是靠信息通信技術(shù)(ICT)和智能網(wǎng)絡(luò)的可靠運行加以保證。具有實時資料搜集與傳輸功能、高效能計算機與分析預(yù)測功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷功能及模擬功能等。

智能化工廠最核心的部分是生產(chǎn)過程和全面經(jīng)營運行的智能自動化，包括設(shè)計智能化，生產(chǎn)排序自動化，生產(chǎn)線自動化，測試檢驗自動化，倉儲自動化，電力管理智能自動化等等，進(jìn)一步發(fā)展到自動化無人化工廠(絕大多數(shù)設(shè)備可以無人值守)。

除生產(chǎn)過程智能自動化外，還包括人力資源優(yōu)化調(diào)度，物資資源(設(shè)備，工具，材料等)智能優(yōu)化調(diào)配，并具有強化專案時程能力，時間彈性應(yīng)用支配能力，完善調(diào)整生產(chǎn)周期，優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)營方案，達(dá)到提高生產(chǎn)效率和降低成本的目標(biāo)。

目前，這種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)智能工廠基本形態(tài)在技術(shù)先進(jìn)國家有實力的技術(shù)先進(jìn)企業(yè)已率先實現(xiàn)。但是用于工業(yè)智能網(wǎng)絡(luò)不同于一般ICT通信網(wǎng)絡(luò)，有不少難點需要克服。工業(yè)智能化網(wǎng)絡(luò)必須具有防水、防塵、防磁、防爆以及抗高低溫和抗腐蝕的能力。在可靠性、耐用性方面都比一般通信網(wǎng)絡(luò)要求高得多。

例如：Tata汽車有限公司投資4億1700萬美元建造一座先進(jìn)的具有智能化特征的工廠，每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都采用“智能化”制造技術(shù)，對于來自經(jīng)銷商的訂單，可以及時對客戶的偏好加以調(diào)整，滿足個性化需求。采用“智能化”制造技術(shù)，可以追蹤每種零件的來源，可以快速確認(rèn)及解決任何可能產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷和安全問題。

此外，智能網(wǎng)絡(luò)還可以與智能電網(wǎng)相連，以便在能源最為充沛或最便宜時段大量投入設(shè)備運行以降低成本。智能化制造工廠，應(yīng)該具有掌握整體市場的需求與變化能力，適時調(diào)整生產(chǎn)經(jīng)營的彈性靈活運行，協(xié)調(diào)生產(chǎn)線，推出最適合市場需求的產(chǎn)品。發(fā)展智能化制造工廠，絕對勢在必行。這取決于三大關(guān)鍵要素：人性化操作接口，高功能高速度計算機運算平臺連接及跨網(wǎng)絡(luò)的云端運算與信息集成分析與統(tǒng)計。

第四個層次：智能化社會化生產(chǎn)。

智能化網(wǎng)絡(luò)化社會化制造，將由企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)經(jīng)因特網(wǎng)向企業(yè)外部傳輸。這就是所謂的Internet/Intranet。網(wǎng)絡(luò)可使企業(yè)與企業(yè)之間進(jìn)行跨地區(qū)協(xié)同設(shè)計、協(xié)同制造、信息共享、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷和服務(wù)等。網(wǎng)絡(luò)能為制造提供完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息，可以通過網(wǎng)絡(luò)將加工程序傳給遠(yuǎn)方的設(shè)備進(jìn)行加工，也可遠(yuǎn)程診斷并發(fā)出指令調(diào)整。網(wǎng)絡(luò)使各地分散的數(shù)控機床聯(lián)系在一起，互相協(xié)調(diào)，統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)整，使產(chǎn)品加工不局限于一個工廠內(nèi)而實現(xiàn)社會化生產(chǎn)。

智能化社會化制造能夠借助Internet網(wǎng)實現(xiàn)跨行業(yè)、跨國際智能化制造，進(jìn)入Internet/Intranet時代。云計算借助Internet網(wǎng)整合了計算機資源，為智能化制造開了先河。智能化網(wǎng)絡(luò)化社會化制造將引領(lǐng)社會和全球資源的整合與優(yōu)化運用，同時將有效地提高人類的生活質(zhì)量，逐步地減少人類的體力勞動而擴大腦力勞動的比重，進(jìn)入知識社會，智能社會。

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