第四章智能制造基本原理1工廠物理學2透明制造3智能產品4智能物料5智能生產6智能服務第一節工廠物理學工廠物理學定義：工廠物理學（FactoryPhysics）是對制造系統基本行為的系統描述。意義：①識別改善目前系統的機會；②設計有效的新系統；③權衡不同領域的政策。工廠物理學生產排程Schedule往往譯作“排程”，也譯作“計劃”。在企業中，高層管理者希望能準時交貨、最小化在制品，縮短交貨期，以及最大化資源利用率。在現實生活中，這些目標相互沖突，存在此消彼長的關系。因此，計劃排程的目標就是在這些沖突的目標中達到一個利益最大化的平衡。工廠物理學2.運營管理中的人因人在制造系統中的作用是復雜的且具有多面性的，一個生產系統包含設備、邏輯，以及人是很重要的。就算是技術性很強的主題，例如排班，能力計劃，質量控制，以及機器維護，都在基本的方式上包含了人。工廠物理學3.車間作業控制車間作業控制（ShopFloorControl，SFC）是計劃與部件的結合處，因此，它是生產計劃與控制體系的基礎。由于Sfc模塊處于執行實時控制決策的位置，它也很自然地處于實時監控這些類型的變化的位置。除了收集實時狀態的信息，SFC模塊也有益于收集、加工超出實時的與未來相關的信息。工廠物理學4.全面質量管理全面質量管理改變了原來質量管理的觀念，引入了新的理念，即改變原來檢查最終產品或服務為監控產品或服務全過程。TQM的出發點就是在第一時間預防產品質量問題的發生。第二節透明制造透明制造1.透明工廠2.數字化工廠解決方案第三節智能產品智能產品1.智能產品的不同定義：Cena等認為智能產品是物理域和信息域的緊密結合，這使其具有特定的智能化特性。依靠物理域與信息域的迭代交互，智能產品實現了對用戶和環境的自適應。Wong等將智能產品的自適應特性歸結于其自身一套成熟的軟件智能體系統，該軟件系統可以根據智能產品其他模塊的輸入數據或使用環境的變化進行推理并做出反應。Venta等認為智能產品應該具有以下功能：持續監控自身狀態和使用環境；對環境和操作條件做出反應和適應；在不同使用環境下保持最優使用狀態；與用戶或環境及其他智能產品和系統進行交互。Mcfarlane等提出智能產品應該具有以下特性：唯一標識符；能與環境進行有效交互；能夠保留或存儲自身相關信息；運用某種機器語言展現自身特性、生產要求等；能夠參與有關自身的決策。智能產品2.智能車間：智能化的車間中主要包括智能機床、網絡網關、通信技術、控制中心四大部分組成。其中主要的工作原理就是控制中心輸入命令通過網關的傳輸，

讓智能機床能夠進行好的工作，同時智能機床對自身的數據分析也可以通過網關傳輸給控制中心，使其工作的人員能夠對其設備進行一定的分析。以此判斷設備的運行情況是否達到規范的要求標準，同時也可以對設備的安全性做出一定的檢測。3.智能機床：智能機床具備感知、推理、決策及學習能力。機床具有感知能力：就要求機床將裝備更多的傳感器，例如，溫度傳感器、振動傳感器、扭矩傳感器、聲控傳感器等，為智能機床推理、決策提供已知條件或感知條件的變化。機床具有推理、決策能力，就要求機床能夠根據現有條件得出正確的結果或根據現有條件的變化采取應對措施，以保證結果的正確性。第四節智能物料智能物料生產物流及智能化發展：最初的人工物流是靠人工完成的，隨著工業革命的推進，采用機械設備進行物料輸送，再到自動化物流自動輸送、搬運和自動分揀，信息化將物流系統進行信息集成，現如今隨著新一代信息技術的影響，將人工智能集成到物流系統發展成為智能物流。智能化物流配送：智能物料配送系統是智能制造中的關鍵部分，利用RFID技術、傳感技術、通信技術等，使生產制造過程與物流運輸過程互聯，實現快速決策、智能調度、動態配送等生產物流過程。物料管理體系框架：①資源感知層；②網絡傳輸層；③信息集成層；④應用層智能物料4.基于實時定位的智能物料配送系統：①實時數據采集系統；②三維數字化車間系統；③物料配送執行系統；④企業內部管理系統。5.智能倉庫：現代的智能倉庫主要是采用物流高層貨架、巷道式堆垛機、出入庫工作臺、AGV、智能管理控制系統和RFID等先進設備和技術，大大提高了倉庫管理的效率，簡化的操作流程，同時也提高了物流配送的效率。智能倉庫主要包括：①高層貨架。用于存儲貨物的鋼結構。②托盤。用于承載貨物的器具。③巷道式堆垛機。用于自動存取貨物的設備。④輸送機系統。這個系統主要負責將貨物運送到堆垛機，或者是將貨物從堆垛機運送走。輸送機系統中的輸送機有很多種類，通常的使用的有鏈條輸送機，升降臺，分配車，提升機，皮帶機等。第五節智能生產智能生產智能裝備與控制系統：智能裝備與控制系統是智能生產系統的基礎裝備，它由若干柔性制造系統FMS組成，具有以下特征：機器柔性、工藝柔性、生產能力柔性、維護柔性、擴展柔性、運行柔性。智能倉儲和物流系統：建設智能倉儲和物流配送系統是實現智能生產的重要組成部分。智能倉儲和物流系統由倉儲物流信息管理系統、自動控制系統、物流設施設備系統組成。智能制造執行系統：MES在工廠綜合自動化系統中起著中間層的作用，在ERP系統產生的長期計劃指導下，MES根據底層控制系統采集的與生產有關的實時數據，對短期生產作業的計劃調度、監控、資源配置和生產過程進行優化。生產指揮系統以及智能生產系統與其他系統的集成：①與ERP系統的集成；②與研發設計系統的集成；③與智能服務系統的集成。第六節智能服務智能服務智能服務定義：Carstena把構建智能服務的過程分為四個階段，即：內部基礎設施、外部基礎設施、連接物理平臺、服務平臺。因此，智能服務的實現不僅僅依賴智能互聯和數字化的設備、平臺或服務系統，也依賴智能化的服務供應鏈對收集到的數據進行分析處理，并反饋至顧客及供應商。Porter和Heppelmann認為所有智能、互聯的產品或系統都包含三個核心要素:物理部件(如機械和電子部件)、智能組件(傳感器、微處理器、數據存儲、控制、軟件、嵌入式操作系統和數字用戶界面)以及連接性組件(端口、天線、協議和網絡、產品和產品云之間的通信等)。首先，通過智能組件(傳感器、微處理器等)的分析處理；其次，將結果通過連接性組件反饋給物理部件去執行或呈現。在這個過程中，它更強調多平臺、多系統、多終端的協同化、一體化、數字化和信息化的管理。智能服務智能服務歷經的階段：農業經濟時代：很少存在服務活動，在這一時期，主要依靠簡單的人力勞動來提供服務，例如傳統的酒樓、旅館、驛站等，工作效率低、成本高，智能化程度趨近于零。20世紀以后：隨著工業革命的興起以及機器設備的出現，人們開始使用機器取代人力，生產效率得到很大提高，逐漸產生半自動半人工的服務活動，智能化程度得到一定的提高。此時，交通運輸開始成為服務業的代表，并逐漸占據著主導地位。20世紀50年代：社會進入“服務經濟時代”，計算機的普及使得各類服務活動變得更加方便和快捷，人工逐漸被取代，社會開始進入半智能化時代，智能化程度得到很大提高。金融、銀行、證券、保險等服務業也開始不斷涌現；21世紀的今天，新的服務形式和新的服務活動層出不窮，大數據、人工智能、物聯網使得人類社會從此邁入“智能服務經濟時代”。智能服務智能服務歷經的實現路徑：首先，應建立以顧客需求為導向的服務意識與服務體系；其次，服務智能化的實現也依賴企業自身動態能力的強弱，感知能力越強有助于企業發現和捕捉市場機會，獲取最新的信息和最新的技術，對市場需求做出快速的