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智能制造与数字化工厂
日期:2012-04-01|浏览量:7|来源:

随着经济和科技的发展,21世纪的制造业企业面临着新的机遇和挑战。现在已经逐渐在向工业4.0的方向发展和转变,由科技和互联网引导的新发展要求我们制造业企业必须转变传统的生产理念和制造方式,从而提高生产效率,节约能源资源,促进循环发展,而这离不开专业高效的智能化、模块化和自动化的数字化工厂。下面就分别来来梳理一下智能制造和数字化工厂的相关内容。

 

一、智能制造

智能制造,源于人工智能的研究。一般认为智能是知识和智力的总和,前者是智能的基础,后者是指获取和运用知识求解的能力。智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统,智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库,而且还具有自学习功能,还有搜集与理解环境信息和自身的信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力。

1、智能制造的概念

智能制造(intelligent manufacturing,im)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,它在制造过程中能进行智能活动,诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事,去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

2、智能制造和传统制造的区别

智能制造和传统的制造相比,智能制造系统具有以下特征:

⑴、自律能力

即搜集与理解环境信息和自身的信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的设备称为“智能机器”,“智能机器”在一定程度上表现出独立性、自主性和个性,甚至相互间还能协调运作与竞争。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。

⑵、人机一体化

ims不单纯是“人工智能”系统,而是人机一体化智能系统,是一种混合智能。基于人工智能的智能机器只能进行机械式的推理、预测、判断,它只能具有逻辑思维(专家系统),最多做到形象思维(神经网络),完全做不到灵感(顿悟)思维,只有人类专家才真正同时具备以上三种思维能力。因此,想以人工智能全面取代制造过程中人类专家的智能,独立承担起分析、判断、决策等任务是不现实的。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位,同时在智能 机器的配合下,更好地发挥出人的潜能,使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系,使二者在不同的层次上各显其能,相辅相成。

因此,在智能制造系统中,高素质、高智能的人将发挥更好的作用,机器智能和人的智能将真正地集成在一起,互相配合,相得益彰。

⑶、虚拟现实技术

这是实现虚拟制造的支持技术,也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。虚拟现实技术(virtual reality)是以计算机为基础,融合信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真和多媒体技术为一体;借助各种音像和传感装置,虚拟展示现实生活中的各种过程、物件等,因而也能拟实制造过程和未来的产品,从感官和视觉上使人获得完全如同真实的感受。但其特点是可以按照人们的意愿任意变化,这种人机结合的新一代智能界面,是智能制造的一个显著特征。

⑷、自组织超柔性

智能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务的需要,自行组成一种最佳结构,其柔性不仅突出在运行方式上,而且突出在结构形式上,所以称这种柔性为超柔性,如同一群人类专家组成的群体,具有生物特征。

⑸、学习与维护

智能制造系统能够在实践中不断地充实知识库,具有自学习功能。同时,在运行过程中自行故障诊断,并具备对故障自行排除、自行维护的能力。这种特征使智能制造系统能够自我优化并适应各种复杂的环境。

 

二、数字化工厂

1、数字化工厂的概念

数字化工厂(df)以产品全生命周期的相关数据为基础,在计算机虚拟环境中,对整个生产过程进行仿真、评估和优化,并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。数字化工厂(df)是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物,同时具有其鲜明的特征。它的出现给基础制造业注入了新的活力,主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。

2、数字化工厂的优势

数字化工厂(df)集成了产品、过程和工厂模型数据库,通过先进的可视化、仿真和文档管理,以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能:

提高盈利能力

提高规划质量

缩短产品投产时间

交流透明化

规划过程标准化

胜任的知识管理

虚拟现实仿真技术

3、数字化工厂的主要环节

主流市场观点认为,数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节,数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/加强现实(vr/ar)等技术包含在其中。

⑴、产品设计环节——三维建模是基础

在产品研发设计环节利用数字化建模技术为产品构建三维模型,能够有效减少物理实体样机制造和人员重复劳动所产生的成本。同时,三维模型涵盖着产品所有的几何信息与非几何制造信息,这些属性信息会通过pdm/cpdm(产品数据管理/协同产品定义管理)这种统一的数据平台,伴随产品整个生命周期,是实现产品协同研制、产品从设计端到制造端一体化的重要保证。

⑵、生产规划环节——工艺仿真是关键

在生产规划环节,基于pdm/cpdm中所同步的产品设计环节的数据,利用虚拟仿真技术,可以对于工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划。虚拟仿真技术广泛应用于汽车、船舶及其他大型设备制造过程中。

⑶、生产执行环节——数据采集实时通

这个环节的数字化,体现在制造执行系统(mes)与其他系统之间的互联互通上。mes与erp、pdm/cpdm之间的集成,能够保证所有相关产品属性信息从始至终保持同步,并实现实时更新。

 

三、小结

智能制造可以构造新的商业模式、新的生产模式、新的运营模式、新的决策模式。虽然智能制造不是万能的,但肯定是传统制造企业转型升级的重要突破口之一。通过数字化工厂的构建,可以建立以智能制造战略及客户价值导向管理与运作系统,从而实现快速响应客户变化的需求、降低库存和成本、提高效率。只有这样,智能制造才有系统支撑,才能为实现工业4.0奠定基础。

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