摘 要：在我國建設(shè)“工業(yè)4.0”的大背景下，新一次的工業(yè)革命正如火如荼的展開。智能制造作為新一代制造模式的典型代表，自20世紀80年代第一次提出，就收到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)企業(yè)的廣泛重視。但是現(xiàn)階段工業(yè)界并沒有建立起非常成功的智能制造體系，主要原因是對于智能制造內(nèi)部原理的研究并不透徹，同時對于智能制造的發(fā)展趨勢把握不準。本文立足于智能制造體系的本質(zhì)，通過對現(xiàn)階段國內(nèi)外智能制造體系架構(gòu)的研究，提出了未來一段時間內(nèi)該體系發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵字：智能制造體系；整體架構(gòu)；功能特征；柔性化

1 前言

智能制造是最新的制造模式之一，具有廣闊的發(fā)展前景，智能制造從本質(zhì)上說是一個智能化的信息處理系統(tǒng)，對外操控機器人的動作，完成產(chǎn)品的制造和加工。該系統(tǒng)屬于一種開放性的體系，原料、信息和能量都是開放的。智能制造是新世紀制造業(yè)振興的發(fā)展方向，是我國實現(xiàn)制造業(yè)跨越的必經(jīng)之路。

2 智能制造系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

2.1 智能制造系統(tǒng)內(nèi)涵分析

智能制造體系是上世紀八十年代有先進的工業(yè)化國家率先提出的，主要包含只能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)兩部分。總體來看，智能制造體系指的是應(yīng)用集成工程的思想，通過制造軟件專家系統(tǒng)、機器人視覺和控制等先進技術(shù)，最終達到智能裝配生產(chǎn)線上的機器人能夠在人工不進行干預(yù)的情況下完場生產(chǎn)任務(wù)。智能制造的目的是人的腦力活動轉(zhuǎn)化為制造機器人的智能化思維。智能化制造體系的物理基礎(chǔ)是智能化機器人，所必需的設(shè)備包括智能加工機床、工具和設(shè)備的智能化輸送平臺以及裝配設(shè)備等。

2.2 智能制造體系國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

智能制造在上世紀八十年代提出之后，在國際范圍內(nèi)形成了三個主要的研究中心，分別是美國、歐洲和日本。最初的內(nèi)涵指的是智能機床，智能機床能夠完場熟練機械師操作普通機床完成的所有功能，具有一定的智能性。后來的智能制造概念得到發(fā)展和延伸，進而形成了一種開放性的操作系統(tǒng)，日本于1990年完成了世界范圍內(nèi)第一個智能制造工廠，融合了人工智能技術(shù)的機器人同時具備視覺的觸覺功能。相對而言，我國在該領(lǐng)域的研究起步較晚，九十年代后才申請成立了第一個智能制造國家級項目。在理論研究領(lǐng)域主要集中于智能制造基礎(chǔ)理論分析、智能化單元制造與控制、智能機器人的研發(fā)等。

智能制造的應(yīng)用正在世界范圍內(nèi)興起，它是制造技術(shù)發(fā)展，特別是制造信息技術(shù)發(fā)展的必然，是自動化和集成技術(shù)向縱深發(fā)展的結(jié)果。然而，雖然智能制造得到了學(xué)術(shù)界的廣泛重視和深入研究，然而卻難以得到工業(yè)界的廣泛應(yīng)用和推廣，同時近幾年關(guān)于智能制造系統(tǒng)新理論方面的研究遇到了瓶頸，其問題在于智能制造系統(tǒng)的體系架構(gòu)尚未研究透徹，同時對于智能制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢沒有比較好的掌控。

3 智能制造體系架構(gòu)研究

3.1 智能制造體系整體架構(gòu)分析

智能制造的總體架構(gòu)自下而上包括業(yè)務(wù)層、運作層、功能系統(tǒng)、功能單元、支撐技術(shù)五個層次。智能生產(chǎn)線各個層次間相輔相成，聯(lián)系密切，其中系統(tǒng)以需求訂單為輸入，以信息系統(tǒng)為核心，集成自動化上下料等多個子功能系統(tǒng)，以基本功能單元及支撐技術(shù)為依托，推動智能制造生產(chǎn)線的正常運作，實現(xiàn)大批量產(chǎn)品定制及個性化客戶服務(wù)的目標，從而最大化地滿足客戶和市場需求。其中各個層次的內(nèi)容及構(gòu)成如下：（1）系統(tǒng)業(yè)務(wù)層：即系統(tǒng)目標，是為客戶提供大批量定制產(chǎn)品及個性化的客戶服務(wù)。（2）系統(tǒng)運作層：主要包含精益化、數(shù)字化和敏捷化等最新技術(shù)。（3）功能系統(tǒng)層：設(shè)備預(yù)警，優(yōu)化加工參數(shù)，監(jiān)控生產(chǎn)的全過程，精度檢測的在線實現(xiàn)，最終通過信息技術(shù)系統(tǒng)進行集成。（4）功能單元層：此部分承擔設(shè)備和加工裝備的信息傳輸，使用傳感網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。（5）支撐技術(shù)層：系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)主要有傳感技術(shù)和模塊化技術(shù)，設(shè)備故障診斷和維修系統(tǒng)，安全維護和設(shè)備及信號的有效識別。

3.2 智能制造體系亟待解決的問題

智能制造想要完全提出人工干預(yù)，實現(xiàn)完全意義上的機器自主控制與分析，就需要建立一個智能化、數(shù)字化、信息化程度較高的企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)完成產(chǎn)品的設(shè)計、裝配制造直至倉儲物流的全過程控制，其中還包括問題產(chǎn)品和故障設(shè)備的自動處理和維修。但是現(xiàn)階段我國制造裝配企業(yè)在各個制造要素的互聯(lián)互通方面存在不小問題，主要體現(xiàn)在智能制造體系各功能單元之間橫向、縱向集成通訊、端口到端口的信號傳輸。數(shù)據(jù)格式、通訊協(xié)議和語言識別等基礎(chǔ)性的內(nèi)容還沒有完全解決。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等最新技術(shù)的融合，各功能單元之間的通訊是必須要解決的問題。人機交互、設(shè)備與設(shè)備之間、生產(chǎn)制造和倉儲物流之間的信息交互都是困擾智能制造體系構(gòu)建和發(fā)展的一大難題。

4 智能制造體系發(fā)展趨勢分析

4.1 智能制造體系柔性化發(fā)展方向分析

智能制造體系的柔性化方向石油柔性智能裝配引發(fā)的，基本的基本思路為：柔性裝配的研究層次從上到下分為柔性工裝、柔性工藝規(guī)劃和柔性車間調(diào)度。主要涉及的研究思路包含結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、工裝驅(qū)動數(shù)據(jù)自動生成、裝配順序規(guī)劃和分配方法研究以及智能調(diào)度技術(shù)。柔性化發(fā)展是基于只能裝配生產(chǎn)線上可能出現(xiàn)的各種問題及產(chǎn)品，所提出的新型發(fā)展方向。這其中可變參數(shù)和柔性調(diào)度是最重要的研究領(lǐng)域。

4.2 智能制造體系精益化發(fā)展方向分析

精益化的研究發(fā)祥包括四個方面的內(nèi)容：（1智能制造環(huán)境下的自適應(yīng)快速換模技術(shù)；（2）設(shè)備自診斷、自適應(yīng)和自修復(fù)技術(shù)所組成的全員設(shè)備維護技術(shù)；（3）生產(chǎn)流程自動化的3P技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⑸a(chǎn)過程中的資源浪費在設(shè)計和工藝研究等源頭環(huán)節(jié)中進行降低；（4）均衡混流生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)是基于對生產(chǎn)計劃的合理規(guī)劃以及現(xiàn)場動態(tài)調(diào)整和調(diào)配等智能制造手段進行的。

4.3 智能制造體系敏捷化的發(fā)展方向

敏捷化主要有以下連兩個研究方向：首先，對于客戶訂單變化的快速響應(yīng)是只能制造的一大特點，通過前期客戶需求的調(diào)查，在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法對客戶的訂單可能發(fā)生的情況進行預(yù)測，并擬合相應(yīng)的相應(yīng)曲線，得到響應(yīng)基本函數(shù)，然后優(yōu)化設(shè)計生產(chǎn)關(guān)鍵因素，最終大幅度減少客戶需求響應(yīng)的時間。其次是對于功能單元的設(shè)計和配制。在使用智能制造生產(chǎn)線的時候，需要對參與生產(chǎn)的各要素（包括軟件設(shè)計、硬件要求和工藝流程設(shè)計等）歸類的功能模塊劃分。在功能劃分之后組建各自成體系的模塊單元，并配置相應(yīng)的算法，以達到提升智能制造體系柔性化和可重構(gòu)性的目的。

5 結(jié)語

工業(yè)時代經(jīng)歷了三次大的變革，現(xiàn)在的工業(yè)4.0時代最主要的特征是智能化和遠程控制，重點在于利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)和智能機器人技術(shù)，最終實現(xiàn)產(chǎn)品加工的更高層次的自動化。本文通過對智能制造體系的深入分析，認為我國雖在在該領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，但是在智能化的本質(zhì)和原理方面的研究仍然不足，未來建議在智能制造柔性化、精益化和敏捷化方面開展研究。

參考文獻

[1] 張明建. 基于CPS的智能制造系統(tǒng)功能架構(gòu)研究[J]. 寧德師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2016， 28（2）：138-142.

[2] 鄭茂寬， 明新國， 李淼，等. 智能制造系統(tǒng)總體架構(gòu)及發(fā)展趨勢探討[C]// 2013先進智能制造技術(shù)發(fā)展研討會. 2013.

[3] 韋莎. 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)研究[J]. 信息技術(shù)與標準化， 2016（4）.

[4] 羅欣. 智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)技術(shù)研究[D]. 華中理工大學(xué)， 2001.

作者簡介

李俊杰（1995-），男，重慶市綦江縣，本科，學(xué)生；研究方向：機械電子工程。

摘 要：在我國建設(shè)“工業(yè)4.0”的大背景下，新一次的工業(yè)革命正如火如荼的展開。智能制造作為新一代制造模式的典型代表，自20世紀80年代第一次提出，就收到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)企業(yè)的廣泛重視。但是現(xiàn)階段工業(yè)界并沒有建立起非常成功的智能制造體系，主要原因是對于智能制造內(nèi)部原理的研究并不透徹，同時對于智能制造的發(fā)展趨勢把握不準。本文立足于智能制造體系的本質(zhì)，通過對現(xiàn)階段國內(nèi)外智能制造體系架構(gòu)的研究，提出了未來一段時間內(nèi)該體系發(fā)展的趨勢。

關(guān)鍵字：智能制造體系；整體架構(gòu)；功能特征；柔性化

1 前言

智能制造是最新的制造模式之一，具有廣闊的發(fā)展前景，智能制造從本質(zhì)上說是一個智能化的信息處理系統(tǒng)，對外操控機器人的動作，完成產(chǎn)品的制造和加工。該系統(tǒng)屬于一種開放性的體系，原料、信息和能量都是開放的。智能制造是新世紀制造業(yè)振興的發(fā)展方向，是我國實現(xiàn)制造業(yè)跨越的必經(jīng)之路。

2 智能制造系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

2.1 智能制造系統(tǒng)內(nèi)涵分析

智能制造體系是上世紀八十年代有先進的工業(yè)化國家率先提出的，主要包含只能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)兩部分?？傮w來看，智能制造體系指的是應(yīng)用集成工程的思想，通過制造軟件專家系統(tǒng)、機器人視覺和控制等先進技術(shù)，最終達到智能裝配生產(chǎn)線上的機器人能夠在人工不進行干預(yù)的情況下完場生產(chǎn)任務(wù)。智能制造的目的是人的腦力活動轉(zhuǎn)化為制造機器人的智能化思維。智能化制造體系的物理基礎(chǔ)是智能化機器人，所必需的設(shè)備包括智能加工機床、工具和設(shè)備的智能化輸送平臺以及裝配設(shè)備等。

2.2 智能制造體系國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

智能制造在上世紀八十年代提出之后，在國際范圍內(nèi)形成了三個主要的研究中心，分別是美國、歐洲和日本。最初的內(nèi)涵指的是智能機床，智能機床能夠完場熟練機械師操作普通機床完成的所有功能，具有一定的智能性。后來的智能制造概念得到發(fā)展和延伸，進而形成了一種開放性的操作系統(tǒng)，日本于1990年完成了世界范圍內(nèi)第一個智能制造工廠，融合了人工智能技術(shù)的機器人同時具備視覺的觸覺功能。相對而言，我國在該領(lǐng)域的研究起步較晚，九十年代后才申請成立了第一個智能制造國家級項目。在理論研究領(lǐng)域主要集中于智能制造基礎(chǔ)理論分析、智能化單元制造與控制、智能機器人的研發(fā)等。

智能制造的應(yīng)用正在世界范圍內(nèi)興起，它是制造技術(shù)發(fā)展，特別是制造信息技術(shù)發(fā)展的必然，是自動化和集成技術(shù)向縱深發(fā)展的結(jié)果。然而，雖然智能制造得到了學(xué)術(shù)界的廣泛重視和深入研究，然而卻難以得到工業(yè)界的廣泛應(yīng)用和推廣，同時近幾年關(guān)于智能制造系統(tǒng)新理論方面的研究遇到了瓶頸，其問題在于智能制造系統(tǒng)的體系架構(gòu)尚未研究透徹，同時對于智能制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢沒有比較好的掌控。

3 智能制造體系架構(gòu)研究

3.1 智能制造體系整體架構(gòu)分析

智能制造的總體架構(gòu)自下而上包括業(yè)務(wù)層、運作層、功能系統(tǒng)、功能單元、支撐技術(shù)五個層次。智能生產(chǎn)線各個層次間相輔相成，聯(lián)系密切，其中系統(tǒng)以需求訂單為輸入，以信息系統(tǒng)為核心，集成自動化上下料等多個子功能系統(tǒng)，以基本功能單元及支撐技術(shù)為依托，推動智能制造生產(chǎn)線的正常運作，實現(xiàn)大批量產(chǎn)品定制及個性化客戶服務(wù)的目標，從而最大化地滿足客戶和市場需求。其中各個層次的內(nèi)容及構(gòu)成如下：（1）系統(tǒng)業(yè)務(wù)層：即系統(tǒng)目標，是為客戶提供大批量定制產(chǎn)品及個性化的客戶服務(wù)。（2）系統(tǒng)運作層：主要包含精益化、數(shù)字化和敏捷化等最新技術(shù)。（3）功能系統(tǒng)層：設(shè)備預(yù)警，優(yōu)化加工參數(shù)，監(jiān)控生產(chǎn)的全過程，精度檢測的在線實現(xiàn)，最終通過信息技術(shù)系統(tǒng)進行集成。（4）功能單元層：此部分承擔設(shè)備和加工裝備的信息傳輸，使用傳感網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。（5）支撐技術(shù)層：系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)主要有傳感技術(shù)和模塊化技術(shù)，設(shè)備故障診斷和維修系統(tǒng)，安全維護和設(shè)備及信號的有效識別。

3.2 智能制造體系亟待解決的問題

智能制造想要完全提出人工干預(yù)，實現(xiàn)完全意義上的機器自主控制與分析，就需要建立一個智能化、數(shù)字化、信息化程度較高的企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)完成產(chǎn)品的設(shè)計、裝配制造直至倉儲物流的全過程控制，其中還包括問題產(chǎn)品和故障設(shè)備的自動處理和維修。但是現(xiàn)階段我國制造裝配企業(yè)在各個制造要素的互聯(lián)互通方面存在不小問題，主要體現(xiàn)在智能制造體系各功能單元之間橫向、縱向集成通訊、端口到端口的信號傳輸。數(shù)據(jù)格式、通訊協(xié)議和語言識別等基礎(chǔ)性的內(nèi)容還沒有完全解決。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等最新技術(shù)的融合，各功能單元之間的通訊是必須要解決的問題。人機交互、設(shè)備與設(shè)備之間、生產(chǎn)制造和倉儲物流之間的信息交互都是困擾智能制造體系構(gòu)建和發(fā)展的一大難題。

4 智能制造體系發(fā)展趨勢分析

4.1 智能制造體系柔性化發(fā)展方向分析

智能制造體系的柔性化方向石油柔性智能裝配引發(fā)的，基本的基本思路為：柔性裝配的研究層次從上到下分為柔性工裝、柔性工藝規(guī)劃和柔性車間調(diào)度。主要涉及的研究思路包含結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、工裝驅(qū)動數(shù)據(jù)自動生成、裝配順序規(guī)劃和分配方法研究以及智能調(diào)度技術(shù)。柔性化發(fā)展是基于只能裝配生產(chǎn)線上可能出現(xiàn)的各種問題及產(chǎn)品，所提出的新型發(fā)展方向。這其中可變參數(shù)和柔性調(diào)度是最重要的研究領(lǐng)域。

4.2 智能制造體系精益化發(fā)展方向分析

精益化的研究發(fā)祥包括四個方面的內(nèi)容：（1智能制造環(huán)境下的自適應(yīng)快速換模技術(shù)；（2）設(shè)備自診斷、自適應(yīng)和自修復(fù)技術(shù)所組成的全員設(shè)備維護技術(shù)；（3）生產(chǎn)流程自動化的3P技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)⑸a(chǎn)過程中的資源浪費在設(shè)計和工藝研究等源頭環(huán)節(jié)中進行降低；（4）均衡混流生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)是基于對生產(chǎn)計劃的合理規(guī)劃以及現(xiàn)場動態(tài)調(diào)整和調(diào)配等智能制造手段進行的。

4.3 智能制造體系敏捷化的發(fā)展方向

敏捷化主要有以下連兩個研究方向：首先，對于客戶訂單變化的快速響應(yīng)是只能制造的一大特點，通過前期客戶需求的調(diào)查，在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法對客戶的訂單可能發(fā)生的情況進行預(yù)測，并擬合相應(yīng)的相應(yīng)曲線，得到響應(yīng)基本函數(shù)，然后優(yōu)化設(shè)計生產(chǎn)關(guān)鍵因素，最終大幅度減少客戶需求響應(yīng)的時間。其次是對于功能單元的設(shè)計和配制。在使用智能制造生產(chǎn)線的時候，需要對參與生產(chǎn)的各要素（包括軟件設(shè)計、硬件要求和工藝流程設(shè)計等）歸類的功能模塊劃分。在功能劃分之后組建各自成體系的模塊單元，并配置相應(yīng)的算法，以達到提升智能制造體系柔性化和可重構(gòu)性的目的。

5 結(jié)語

工業(yè)時代經(jīng)歷了三次大的變革，現(xiàn)在的工業(yè)4.0時代最主要的特征是智能化和遠程控制，重點在于利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息處理技術(shù)和智能機器人技術(shù)，最終實現(xiàn)產(chǎn)品加工的更高層次的自動化。本文通過對智能制造體系的深入分析，認為我國雖在在該領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，但是在智能化的本質(zhì)和原理方面的研究仍然不足，未來建議在智能制造柔性化、精益化和敏捷化方面開展研究。

參考文獻

[1] 張明建. 基于CPS的智能制造系統(tǒng)功能架構(gòu)研究[J]. 寧德師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2016， 28（2）：138-142.

[2] 鄭茂寬， 明新國， 李淼，等. 智能制造系統(tǒng)總體架構(gòu)及發(fā)展趨勢探討[C]// 2013先進智能制造技術(shù)發(fā)展研討會. 2013.

[3] 韋莎. 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)研究[J]. 信息技術(shù)與標準化， 2016（4）.

[4] 羅欣. 智能數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)技術(shù)研究[D]. 華中理工大學(xué)， 2001.

作者簡介

李俊杰（1995-），男，重慶市綦江縣，本科，學(xué)生；研究方向：機械電子工程。