熱門關(guān)鍵詞：機(jī)器人? 自動(dòng)上下料? 自動(dòng)打磨 自動(dòng)檢測(cè) 物聯(lián)網(wǎng)陽(yáng)光房
該如何理解智能制造？
制造是把原材料變成適用的產(chǎn)品。需要特別注意的是，這里制造的含義不止限于加工和生產(chǎn)。對(duì)于一個(gè)制造企業(yè)而言，其制造活動(dòng)包含一切“把原材料變成適用的產(chǎn)品”的相關(guān)活動(dòng)，如產(chǎn)品研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備運(yùn)維、采購(gòu)、銷售。
對(duì)智能制造最通俗的理解莫過于“把智能技術(shù)用于制造中”。然而什么是智能?什么是人工智能?盡管從人工智能概念的提出到現(xiàn)在已經(jīng)過了半個(gè)多世紀(jì)，但是關(guān)于人工智能的定義卻依然存在爭(zhēng)議。一般認(rèn)為，目前人工智能的研究方向主要集中在自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、自動(dòng)推理、知識(shí)表示和機(jī)器人學(xué)等六大方向上。但顯然人們并不認(rèn)為，企業(yè)實(shí)施智能制造就一定要應(yīng)用上述所有技術(shù)。
關(guān)于智能制造的定義有很多。
美國(guó)Wright和Bourne在其《制造智能》(智能制造研究領(lǐng)域的首本專著)中將智能制造定義為“通過集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺和機(jī)器人控制來對(duì)制造技工們的技能與專家知識(shí)進(jìn)行建模,以使智能機(jī)器能夠在沒有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”。今天能夠用于制造活動(dòng)的智能技術(shù)不只是上述定義中所列舉的，此外智能制造顯然不局限于小批量生產(chǎn)。但人們沒有任何理由因?yàn)榇硕x的局限性而輕視其意義，在當(dāng)時(shí)(20世紀(jì)80年代)相關(guān)技術(shù)發(fā)展尚不成熟的時(shí)期提出智能制造的概念無(wú)疑是富有遠(yuǎn)見和開創(chuàng)性的工作。
路甬祥曾對(duì)智能制造給出定義：“一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新、擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化”。其中強(qiáng)調(diào)的人機(jī)一體化，乃深刻洞見。
在中國(guó)《智能制造科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》中，定義智能制造是“面向產(chǎn)品全生命周期，實(shí)現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造，是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程智能化、制造過程智能化和制造裝備智能化等?！贝苏f中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程、制造過程和制造裝備的智能化，只是智能制造的現(xiàn)象?；蛘哒f，智能化設(shè)計(jì)、裝備等只是制造的手段，而非目標(biāo)。
工信部在2016年發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》中對(duì)智能制造明確定義：智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。此定義無(wú)疑吸取了多位學(xué)者和專家的智慧，點(diǎn)明了智能制造的技術(shù)基礎(chǔ)、應(yīng)用的環(huán)節(jié)，揭示了其功能表象，但未能觸及智能制造的本質(zhì)和內(nèi)涵。
在美國(guó)、歐盟、韓國(guó)等受到重視的SM(smart manufacturing)，可看成是智能制造發(fā)展的更高級(jí)階段。SM是近些年一些前沿技術(shù)迅猛發(fā)展的結(jié)果，如，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR(虛擬現(xiàn)實(shí))/AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))、智能傳感、云技術(shù)、新一代人工智能等。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局認(rèn)為，SM是完全集成的協(xié)同制造系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)企業(yè)、供應(yīng)鏈和客戶中需求及條件的變化。這一定義頗為簡(jiǎn)單，并未直接點(diǎn)出所涉及的技術(shù)及系統(tǒng)具體的功能，卻更清晰地揭示了智能制造的目標(biāo)。
此處給出智能制造及系統(tǒng)的極簡(jiǎn)定義，之所以如此，恰恰因?yàn)橹悄苤圃爝€在發(fā)展中。簡(jiǎn)單的定義可能包羅更廣的功能和技術(shù)要素，不管是已有的，還是未來的;簡(jiǎn)單的定義可能含義更深，不管是表象的，還是內(nèi)在的;不管是顯性的，還是隱性的。
智能制造：把機(jī)器智能融合于制造的各種活動(dòng)中，以滿足企業(yè)相應(yīng)的目標(biāo)。
定義中的關(guān)鍵詞：機(jī)器智能、融合、制造活動(dòng)、目標(biāo)。
機(jī)器智能包括計(jì)算、感知、識(shí)別、存儲(chǔ)、記憶、呈現(xiàn)、仿真、學(xué)習(xí)、推理等，既包括傳統(tǒng)智能技術(shù)(如傳感，基于知識(shí)的系統(tǒng)KBS等),也包括新一代人工智能技術(shù)(如基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí))。一般來說，人工智能分為計(jì)算智能、感知智能和認(rèn)知智能3個(gè)階段。第一階段為計(jì)算智能，即快速計(jì)算和記憶存儲(chǔ)能力。第二階段為感知智能，即視覺、聽覺、觸覺等感知能力。第三階段為認(rèn)知智能，即能理解、會(huì)思考。認(rèn)知智能是目前機(jī)器與人差距最大的領(lǐng)域，讓機(jī)器學(xué)會(huì)推理和決策異常艱難。
雖然機(jī)器智能是人開發(fā)的，但很多單元智能(如計(jì)算、記憶)的強(qiáng)度遠(yuǎn)超人的能力。將機(jī)器智能融合于各種制造活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能制造，通常有如下好處：
(1)智能機(jī)器的計(jì)算智能高于人類，在一些有固定數(shù)學(xué)優(yōu)化模型、需要大量計(jì)算、但無(wú)需進(jìn)行知識(shí)推理的地方，比如，設(shè)計(jì)結(jié)果的工程分析、高級(jí)計(jì)劃排產(chǎn)、模式識(shí)別等，與人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判相比，機(jī)器能更快地給出更優(yōu)的方案。因此，智能優(yōu)化技術(shù)有助于提高設(shè)計(jì)與生產(chǎn)效率、降低成本，并提高能源利用率。
(2)智能機(jī)器對(duì)制造工況的主動(dòng)感知和自動(dòng)控制能力高于人類。以數(shù)控加工過程為例，“機(jī)床/工件/刀具”系統(tǒng)的振動(dòng)、溫度變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響，需要自適應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，但人類顯然難以及時(shí)感知和分析這些變化。因此，應(yīng)用智能傳感與控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“感知—分析—決策—執(zhí)行”的閉環(huán)控制，能顯著提高制造質(zhì)量。同樣，一個(gè)企業(yè)的制造過程中，存在很多動(dòng)態(tài)的、變化的環(huán)境，制造系統(tǒng)中的某些要素(設(shè)備、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、物料輸送和存儲(chǔ)系統(tǒng)等)必須能動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地響應(yīng)系統(tǒng)變化，這也依賴于制造系統(tǒng)的自主智能決策。
(3)制造企業(yè)擁有的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)可能是海量的，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展為企業(yè)帶來更快的響應(yīng)速度、更高的效率和更深遠(yuǎn)的洞察力。這是傳統(tǒng)憑借人的經(jīng)驗(yàn)和直覺判斷的方法所無(wú)可比擬的。
機(jī)器智能是人類智慧的凝結(jié)、延伸和擴(kuò)展，總體上并未超越人類的智慧，但某些單元智能強(qiáng)度遠(yuǎn)超人的能力。
企業(yè)的制造活動(dòng)包括研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工、裝配、設(shè)備運(yùn)維、采購(gòu)、銷售、財(cái)務(wù)等;融合意味著并非完全顛覆以前的制造方式，通過融入機(jī)器智能，進(jìn)一步提高制造的效能。定義中指出了智能制造的目的是滿足企業(yè)相應(yīng)的目標(biāo)。雖未指明具體目標(biāo)，但讀者容易明白，提高效率、降低成本、綠色等均隱含其中。
智能制造系統(tǒng)：把機(jī)器智能融入到包括人和資源形成的系統(tǒng)中，使制造活動(dòng)能動(dòng)態(tài)地適應(yīng)需求和制造環(huán)境的變化，從而滿足系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)。
除了智能制造中的關(guān)鍵詞外，這里的關(guān)鍵詞還有：系統(tǒng)、人、資源、需求、環(huán)境變化、動(dòng)態(tài)適應(yīng)、優(yōu)化目標(biāo)。資源包括原材料、能源、設(shè)備、工具、數(shù)據(jù)……;需求可以是外部的(不僅考慮客戶的，而且還應(yīng)考慮社會(huì)的)，也可以是企業(yè)內(nèi)部的;環(huán)境包括設(shè)備工作環(huán)境、車間環(huán)境、市場(chǎng)環(huán)境……;此定義中，系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)的概念，如圖所示。即系統(tǒng)可以是一個(gè)加工單元或生產(chǎn)線，一個(gè)車間，一個(gè)企業(yè)，一個(gè)由企業(yè)及其供應(yīng)商和客戶組成的企業(yè)生態(tài)系統(tǒng);動(dòng)態(tài)適應(yīng)意味著對(duì)環(huán)境變化(如溫度變化、刀具磨損、市場(chǎng)波動(dòng))能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng);優(yōu)化目標(biāo)涉及企業(yè)運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)，如效率、成本、節(jié)能降耗等。至于系統(tǒng)所需的各種手段均隱含其中。
智能制造系統(tǒng)的層次
特別需要注意的是，上述定義隱含：
智能制造系統(tǒng)并非要求機(jī)器智能完全取代人，即使未來高度智能化的制造系統(tǒng)也需要人機(jī)共生。
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