智能製造

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　智能製造是指具有信息自感知、自決策、自執行等功能的先進位造過程、系統與模式的總稱。具體體現在製造過程的各個環節與新一代信息技術的深度融合，如物聯網、大數據、雲計算、人工智慧等。智能製造大體具有四大特征：以智能工廠為載體，以關鍵製造環節的智能化為核心，以端到端數據流為基礎，和以網通互聯為支撐。其主要內容包括智能產品、智能生產、智能工廠、智能物流等。目前，急需建立智能製造標準體系，大力推廣數字化製造，開發核心工業軟體。傳統數字化製造、網路化製造、敏捷製造等製造方式的應用與實踐對智能製造的發展具有重要支撐作用。

　　智能製造源於人工智慧的研究。一般認為智能是知識和智力的總和，前者是智能的基礎，後者是指獲取和運用知識求解的能力。人工智慧就是用人工方法在電腦上實現的智能。近半個世紀特別是近20年來，隨著產品性能的完善化及其結構的複雜化、精細化，以及功能的多樣化，促使產品所包含的設計信息和工藝信息量猛增，隨之生產線和生產設備內部的信息流量增加，製造過程和管理工作的信息量也必然劇增，因而促使製造技術發展的熱點與前沿，轉向了提高製造系統對於爆炸性增長的製造信息處理的能力、效率及規模上。目前，先進的製造設備離開了信息的輸入就無法運轉，柔性製造系統（FMS）一旦被切斷信息來源就會立刻停止工作。專家認為，製造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型，這就要求製造系統不但要具備柔性，而且還要表現出智能，否則是難以處理如此大量而複雜的信息工作量的。其次，瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的複雜環境，也要求製造系統表現出更高的靈活、敏捷和智能。因此，智能製造越來越受到高度的重視。

　　縱覽全球，雖然總體而言智能製造尚處於概念和實驗階段，但各國政府均將此列入國家發展計劃，大力推動實施。

　　1992年美國執行新技術政策，大力支持被總統稱之的關鍵重大技術（Critical Techniloty），包括信息技術和新的製造工藝，智能製造技術自在其中，美國政府希望藉助此舉改造傳統工業並啟動新產業。

　　加拿大制定的1994~1998年發展戰略計劃，認為未來知識密集型產業是驅動全球經濟和加拿大經濟發展的基礎，認為發展和應用智能系統至關重要，並將具體研究項目選擇為智能電腦、人機界面、機械感測器、機器人控制、新裝置、動態環境下系統集成。

　　日本1989年提出智能製造系統，且於1994年啟動了先進位造國際合作研究項目，包括了公司集成和全球製造、製造知識體系、分佈智能系統控制、快速產品實現的分佈智能系統技術等。

　　歐洲聯盟的信息技術相關研究有ESPRIT項目，該項目大力資助有市場潛力的信息技術。1994年又啟動了新的R&D項目，選擇了39項核心技術，其中三項（信息技術、分子生物學和先進位造技術）中均突出了智能製造的位置。

　　我國80年代末也將“智能模擬”列入國家科技發展規劃的主要課題，已在專家系統、模式識別、機器人、漢語機器理解方面取得了一批成果。最近，國家科技部正式提出了“工業智能工程”，作為技術創新計劃中創新能力建設的重要組成部分，智能製造將是該項工程中的重要內容。

　　由此可見，智能製造正在世界範圍內興起，它是製造技術發展，特別是製造信息技術發展的必然，是自動化和集成技術向縱深發展的結果

　　智能製造應當包含智能製造技術和智能製造系統，因本章不涉及智能製造技術本身，側重於論述製造模式，故僅討論智能製造系統。

　　智能製造系統（Intelligent Manufacturing System---IMS）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統，它突出了在製造諸環節中，以一種高度柔性與集成的方式，藉助電腦模擬的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸製造環境中人的部分腦力勞動，同時，收集、存儲、完善、共用、繼承和發展人類專家的製造智能。由於這種製造模式，突出了知識在製造活動中的價值地位，而知識經濟又是繼工業經濟後的主體經濟形式，所以智能製造就成為影響未來經濟發展過程的製造業的重要生產模式。

　　智能製造系統是智能技術集成應用的環境，也是智能製造模式展現的載體。

　　一般而言，製造系統在概念上認為是一個複雜的相互關聯的子系統的整體集成，從製造系統的功能角度，可將智能製造系統細分為設計、計劃、生產和系統活動四個子系統。在設計子系統中，智能制定突出了產品的概念設計過程中消費需求的影響；功能設計關註了產品可製造性、可裝配性和可維護及保障性。另外，模擬測試也廣泛應用智能技術。在計划子系統中，資料庫構造將從簡單信息型發展到知識密集型。在排序和製造資源計劃管理中，模糊推理等多類的專家系統將集成應用；智能製造的生產系統將是自治或半自治系統。在監測生產過程、生產狀態獲取和故障診斷、檢驗裝配中，將廣泛應用智能技術；從系統活動角度，神經網路技術在系統控制中已開始應用，同時應用分佈技術和多元代理技術、全能技術，並採用開放式系統結構，使系統活動並行，解決系統集成。

　　由此可見，IMS理念建立在自組織、分佈自治和社會生態學機理上，目的是通過設備柔性和電腦人工智慧控制，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環境的製造的有效性。

　　智能製造和傳統的製造相比，智能製造系統具有以下特征：

　　即搜集與理解環境信息和自身的信息，併進行分析判斷和規劃自身行為的能力。具有自律能力的設備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協調運作與競爭。強有力的知識庫和基於知識的模型是自律能力的基礎。

　　IMS不單純是“人工智慧”系統，而是人機一體化智能系統，是一種混合智能。基於人工智慧的智能機器只能進行機械式的推理、預測、判斷，它只能具有邏輯思維（專家系統），最多做到形象思維（神經網路），完全做不到靈感（頓悟）思維，只有人類專家才真正同時具備以上三種思維能力。因此，想以人工智慧全面取代製造過程中人類專家的智能，獨立承擔起分析、判斷、決策等任務是不現實的。人機一體化一方面突出人在製造系統中的核心地位，同時在智能 機器的配合下，更好地發揮出人的潛能，使人機之間表現出一種平等共事、相互“理解”、相互協作的關係，使二者在不同的層次上各顯其能，相輔相成。

　　因此，在智能製造系統中，高素質、高智能的人將發揮更好的作用，機器智能和人的智能將真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。

　　這是實現虛擬製造的支持技術，也是實現高水平人機一體化的關鍵技術之一。虛擬現實技術是以電腦為基礎，融信號處理、動畫技術、智能推理、預測、模擬和多媒體技術為一體；藉助各種音像和感測裝置，虛擬展示現實生活中的各種過程、物件等，因而也能擬實製造過程和未來的產品，從感官和視覺上使人獲得完全如同真實的感受。但其特點是可以按照人們的意願任意變化，這種人機結合的新一代智能界面，是智能製造的一個顯著特征。

　　智能製造系統中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，其柔性不僅表現在運行方式上，而且表現在結構形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。

　　 智能製造系統能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能。同時，在運行過程中自行故障診斷，並具備對故障自行排除、自行維護的能力。這種特征使智能製造系統能夠自我優化並適應各種複雜的環境。