1、智能制造智能制造(IM)(IM) 智能制造 制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的根底工業(yè)部門, 是決定國家開展水平的最根本因素之一。 從機(jī)械制造業(yè)開展的歷程來看, 經(jīng)歷了由手工制作、 泰勒化制造、 高度自動化、 柔性自動化和集成化制造、 并行規(guī)劃設(shè)計(jì)制造等階段。 機(jī)械制造大體沿兩條路線開展: 一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的開展, 二是借助計(jì)算機(jī)和自動化科學(xué)的制造技術(shù)與系統(tǒng)的開展。 制造技術(shù)是制造業(yè)所使用的一切生產(chǎn)技術(shù)的總稱，是將原材料和其他生產(chǎn)要素經(jīng)濟(jì)合理地轉(zhuǎn)化為可直接使用的具有較高附加值的成品/半成品和技術(shù)效勞的技術(shù)群。近兩百年來.在市場需求不斷變化的驅(qū)動下，制造業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模沿著“小批量少品種、大批量多品種、變批量的方向

2、開展。在科學(xué)技術(shù)高速開展的推動下，制造業(yè)的資源配置沿著“勞動密集設(shè)備密集信息密集知識密集的方向開展。與之相適應(yīng)，制造技術(shù)的生產(chǎn)方式沿著“手工機(jī)械化單機(jī)自動化；“剛性流水自動化柔性自動化智能自動化的方向開展。從而推動了制造業(yè)的不斷開展，促進(jìn)了制造業(yè)的不斷進(jìn)步。 背景背景 談起智能制造，首先應(yīng)介紹日本在1991年1月所發(fā)起的“智能制造系統(tǒng)IMS ( intelligent manufacturing system )國際合作研究方案。它指在組合工業(yè)興旺國家的先進(jìn)制造技術(shù)，包括 1、日本工廠與車間的企業(yè)技術(shù) 2、歐洲的精密工程技術(shù) 3、美國的系統(tǒng)技術(shù) 其目的是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，開發(fā)出能使人和

3、智能設(shè)備都不受環(huán)境的限制、彼此合作的高技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)，使制造業(yè)在從接受訂貨到經(jīng)營管理的全過程中，做到各種自律化的裝備和生產(chǎn)線在整體上的協(xié)調(diào)和集成，由此來響應(yīng)制造活動全球化的趨勢，減少過于龐大的重復(fù)投資，并通過先進(jìn)靈活的制造過程來解決制造系統(tǒng)中的人的問題。 智能制造是當(dāng)今制造領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一，倍受各國政府和研究人員的廣泛關(guān)注。有鑒于此，我國自然科學(xué)基金會于1994年正式立項(xiàng)研究，內(nèi)容主要有：智能制造根底理論、智能化單元技術(shù)、智能機(jī)器等。該工程于1997年底完成，1999年5月通過專家組驗(yàn)收。根本原理 從智能制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征出發(fā)，在分布式制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，根據(jù)分布式集成的根本思想，應(yīng)用分布式人工智能

4、中多Agent系統(tǒng)的理論與方法，實(shí)現(xiàn)制造單元的柔性智能化與基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)柔性智能化集成。根據(jù)分布系統(tǒng)的同構(gòu)特征，在智能制造系統(tǒng)的一種局域?qū)崿F(xiàn)形式根底上，實(shí)際也反映了基于Internet的全球制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能制造系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模式。 模式多智能體多智能體Multi-Agent系統(tǒng)系統(tǒng)Agent原為代理商，是指在商品經(jīng)濟(jì)活動中被原為代理商，是指在商品經(jīng)濟(jì)活動中被授權(quán)代表委托人的一方。后來被借用到人工智能授權(quán)代表委托人的一方。后來被借用到人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，以描述計(jì)算機(jī)軟件的智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域，以描述計(jì)算機(jī)軟件的智能行為，稱為智能體。行為，稱為智能體。1992年曾經(jīng)有人預(yù)言：年曾經(jīng)有人

5、預(yù)言：“基基于于Agent的計(jì)算將可能成為下一代軟件開發(fā)的重大的計(jì)算將可能成為下一代軟件開發(fā)的重大突破。突破。隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造業(yè)中的隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，多智能體系統(tǒng)技術(shù)對解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、廣泛應(yīng)用，多智能體系統(tǒng)技術(shù)對解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造乃至產(chǎn)品的整個生命周期中的多領(lǐng)域間生產(chǎn)制造乃至產(chǎn)品的整個生命周期中的多領(lǐng)域間的協(xié)調(diào)合作提供了一種智能化的方法，也為系統(tǒng)的協(xié)調(diào)合作提供了一種智能化的方法，也為系統(tǒng)集成、并行設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)智能制造提供了更有效集成、并行設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)智能制造提供了更有效的手段。的手段。 整子系統(tǒng)整子系統(tǒng)Holonic System整子的最本質(zhì)特征是：

6、整子的最本質(zhì)特征是： 自治性：每個整子可以對其自身的操作自治性：每個整子可以對其自身的操作行為作出規(guī)劃，可以對意外事件如制造行為作出規(guī)劃，可以對意外事件如制造資源變化、制造任務(wù)貨物要求變化等作資源變化、制造任務(wù)貨物要求變化等作出反響，并且其行為可控；出反響，并且其行為可控； 合作性：每個整子可以請求其它整子執(zhí)合作性：每個整子可以請求其它整子執(zhí)行某種操作行為，也可以對其他整子提出行某種操作行為，也可以對其他整子提出的操作申請?zhí)峁┬冢坏牟僮魃暾執(zhí)峁┬冢?智能性：整子具有推理、判斷等智力，智能性：整子具有推理、判斷等智力，這也是它具有自治性和合作性的內(nèi)在原因。這也是它具有自治性和合作性的內(nèi)在原因

7、。整子的上述特點(diǎn)說明，它與智能體的概念整子的上述特點(diǎn)說明，它與智能體的概念相似。由于整子的全能性，有人把它也譯相似。由于整子的全能性，有人把它也譯為全能系統(tǒng)。為全能系統(tǒng)。 特點(diǎn) 從智能制造系統(tǒng)，即工程的角度上看，具有以下特征之一的系統(tǒng)就可稱為智能系統(tǒng)： 1.多信息感知與融合； 2.知識表達(dá)、獲取、存儲和處理主要是 識別、設(shè)計(jì)、計(jì)算。優(yōu)化。推理與決策； 3.聯(lián)想記憶于智能控制； 4.自治性、自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù)； 5.機(jī)器智能的演繹分解于歸納集成； 6.容錯。案例 小型鈦合金整體葉輪的智能制造方法 小型鈦合金整體葉輪 小型鈦合金整體葉輪的制造分解為多智能體系統(tǒng) 小型鈦合金整體葉

8、輪的制造系統(tǒng)可以看成是一個動態(tài)的不斷完善的系統(tǒng)。其中 “葉輪制造知識庫，它主要包括葉輪造型、數(shù)控編程、數(shù)控加工、變形補(bǔ)償、測量等各環(huán)節(jié)所用的彼此相關(guān)的公共知識。針對葉輪造型而言，有多種葉輪造型方法，而不同的造型方法，對應(yīng)著不同的編程方法、補(bǔ)償方法、測量方法。對于數(shù)控加工中的機(jī)床、刀具的選用，更是直接影響著其他環(huán)節(jié)。因此，各個agent建立過程中應(yīng)首先選用公共知識庫中的知識，對于公共知識庫中沒有的又與其他環(huán)節(jié)有關(guān)的知識，應(yīng)及時提供給公共知識庫以便其他環(huán)節(jié)共享。 鈦合金葉輪制造過程的agent分解 鈦合金葉輪制造中，按任務(wù)分解成假設(shè)干個agent：變形補(bǔ)償agent、葉輪造型agent 、數(shù)控編程

9、agent、數(shù)控加工agent、葉輪測量agent等。每個agent可以是物理實(shí)體或抽象實(shí)體，可以進(jìn)行推理決策和問題求解，是一種具有智能的邏輯單元。 其中葉輪造型agent與環(huán)境的關(guān)系如以以以以下圖所示。造型agent的輸入信息： 原始設(shè)計(jì)圖紙、 測量方式、 變形補(bǔ)償方法等可來自葉輪制造公共技術(shù)知識庫， 它們是造型人員進(jìn)行造型的依據(jù)； 造型人員的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、 最終尺寸模型又反響給公共技術(shù)知識庫。其他agent與環(huán)境的交互關(guān)系與葉輪造型agent相似。 上述零件智能制造方法的最大好處是便于人的參與， 發(fā)揮人的智能； 最大程度地簡化流程， 符合并行工程的制造理念； 總體的風(fēng)險由不同的智能體承擔(dān)。

10、對提高整個系統(tǒng)的可靠性有利。開展前景 1、人工智能技術(shù)。因?yàn)镮MS的目標(biāo)是計(jì)算機(jī)模擬制造業(yè)人類專家的智能活動，從而取代或延伸人的局部腦力勞動，因此人工智能技術(shù)成為IMS關(guān)鍵技術(shù)之一。IMS與人工智能技術(shù)專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯息息相關(guān)。 2、并行工程。針對制造業(yè)而言，并行工程是一種重要的技術(shù)方法學(xué)，應(yīng)用于IMS中，將最大限度的減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)的盲目性和設(shè)計(jì)的重復(fù)性。 3、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是制造過程的系統(tǒng)和各個環(huán)節(jié)“智能集成化的支撐。信息網(wǎng)絡(luò)同時也是制造信息及知識流動的通道。 4、虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就模擬出該產(chǎn)品的整個生命周期，從而更有效，更經(jīng)濟(jì)、更靈活的

11、組織生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品開發(fā)周期最短，產(chǎn)品本錢最低，產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)，生產(chǎn)效率最高的保證。同時虛擬制造技術(shù)也是并行工程實(shí)現(xiàn)的必要前提。 5、自律能力構(gòu)筑。即收集和理解環(huán)境信息和自身的信息并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。強(qiáng)大的知識庫和基于知識的模型是自律能力的根底。 6、人機(jī)一體化。智能制造系統(tǒng)不單單是“人工智能系統(tǒng)，而且是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是一種混合智能。想以人工智能全面取代制造過程中人類專家的智能，獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù)，目前來說是不現(xiàn)實(shí)的。人機(jī)一體化突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時在智能機(jī)器的配合下，更好的發(fā)揮人的潛能，使到達(dá)一種相互協(xié)作平等共事的關(guān)系，使二者在不同層次上各顯其能，

12、相輔相成。 7、自組織和超柔性。只能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠依據(jù)工作任務(wù)的需要，自行組成一種最正確結(jié)構(gòu)，使其柔性不僅表現(xiàn)運(yùn)行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，所以稱這種柔性為超柔性，類似于生物所具有的特征，如同一群人類專家組成的整體。存在問題 由于制造 Agent 在信息、 知識和控制上的完全分布 ,每個 Agent 對環(huán)境、 對整個問題求解活動及其他Agent 的意圖只有局部的、 不完全的知識 ,并且擁有的知識可能互相不一致 ,各個 Agent只能根據(jù)不完備的知識與不完整、 不同步的信息做出局部決策。又由于整個系統(tǒng)缺乏類似中央控制的機(jī)制 ,因而整個系統(tǒng)的控制和決策往往不能到達(dá)最優(yōu)效果 ,而且不可防止地存在大量難以解決的決策沖突(Conflict)和死鎖(Deadlock)。 小結(jié) 由前文智能制造的特點(diǎn)不難看出，智能制造是一個較廣的概念，只要符合了其中的任一特點(diǎn)就可以稱為智能制造，而具體的實(shí)現(xiàn)方式就可以是很多變。相對于綠色制造等其他先進(jìn)制造方法，個人覺