智能制造中关键技术与实现

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1、KeyTechnologyandItsRealizationinIntenigentManufacturing中航工业北京航空制造工程研究所邹方邹方自然科学研究员，北京航空制造工程研究所数字化制造与柔性装配技术研究室副主任。多年从事数控系统研制和应用工作。曾获部级科学技术进步一、二等奖：主持开发了我国首台具有完全自主知识产权的“柔性多点拉形模具”。并获得发明专利多项；目前承担了多项“飞机数字化与柔性装配技术”基础预研课题。并开展该领域的系统控制与集成技术的研究工作。32航空制造技术·2014年第14期智能

2、制造是一种高度网络连接、知识驱动的制造模式，它优化了企业全部业务和作业流程，可实现可持续生产力增长、能源可持续利用、高经济效益目标。智能制造结合信息技术、工程技术和人类智慧，从根本上改变产品研发、制造、运输和销售过程，通过零排放、零事故制造提高人身安全、保护环境。在过去的10年里，数字计算和通信的发展从根本上改变了制造工厂的运营模式。智能制造通过工业自动化与信息技术(IT)的融合，将很快提升工厂的生产灵活性，并可节约能源、保护环境、降低成本、提高质量和人身安全，从而使工厂的生产效率和质量得到大幅度的优化提

3、高。这种新兴的智能制造技术正在经历如下3个阶段。(1)第一阶段——车间、企业集成．这是一种贯穿车间、跨越企业的全局制造业数据集成，将显著改善成本、安全和环境的影响，具有重大的意义。在这一阶段，智能制造将工厂企业互连，更好地协调制造生产的各个阶段，推进车间生产效率的提高。典型的制造车间使用信息技术、传感器、智能电动机、电脑控制、生产管理软件等来管理每个特定阶段或生产过程的操作。然而，这仅仅解决了一个局部制造岛的效率，并非全企业。智能制造将整合这些制造岛屿，使整个工厂共享数据。机器收集的数据和人类智慧相互融合

4、，推进了车间级优化和企业范围管理目标，包括经济效益大幅增加、人身安全和环境可持续性的实现。这种“制造智能”的出现将开启智能制造的第二阶段。(2)第二阶段——从车间优化到制造智能。这些数据配合先进计算机仿真和建模，将创建强大的“制造智能”，实现生产节拍的变化、柔性制造、最佳生产速度和更快的产品定制。这一阶段应用高性能计算平台(云计算)连接各个工厂和企业，进行建模、仿真和数据集成，可以在整个工厂内建立更高水平的制造智能。为了节约能源、优化产品的制造交付，整条生产线和全车间将实时、灵活改变运行速度，当然现在是不

5、可行的。企业可以开发先进的模型并模拟生产流程，改善当前和未来的业务流程。例如，制造商能使用纳米技术开发大量制造产品和设备的模型。纳米技术是极端小型化高度复杂设备、系统和材料的发展产物。人们普遍预言：一场行业技术和行业的革新，需要更小、更强、更轻材料和强大精密设备。(3)第三阶段——制造知识重整市场秩序。随着制造智能技术的进步，将激励制造过程和产品创新，实现智能制造，颠覆主要市场秩序。这一阶段将广泛应用信息技术来改变商业模式，消费者习惯的100多年的大规模生产工业供应链将完全颠覆。灵活可重构工厂和IT最优化

6、供应链将改变生产过程，允许制造商按个人需求定制产品，如同生产药物特定剂量和配方一样，客户会“告诉”工厂生产什么样式的汽车，构建什么功能的个人电脑，如何定制一款完美的牛仔裤⋯⋯这种极富戏剧性的竞争力至关重要，越来越多的生产知识创新奠定了智能制造的第三阶段。这些改变不会停留在量变层面上，它们将彻底改变游戏规则．使产品和工艺市场发生颠覆性变化。智能制造与装配的内涵智能制造是一种高度网络连接、知识驱动的制造模式，它优化了企业全部业务和作业流程，可实现可持续生产力增长、能源可持续利用、高经济效益目标。智能制造结合信

7、息技术、工程技术和人类智慧，从根本上改变产品研发、制造、运输和销售过程，通过零排放、零事故制造提高人身安全、保护环境。2007年，美国国家标准和技术研究院(NIsT)主办的装配技术研讨会第一次提出了智能装配的概念。它侧重于如何开发和集成智能工具，如传感器、无线网络、机器人、智能控制等，以便解决今天产品种类变化的强烈需求和后续生产制造的复杂性。智能装配是一个生产工艺、人、设备和信息集成的概念，它使用虚拟和现实的方法来实现生产效率、交货时间和制造敏捷性的显著改善。智能装配远远超出传统的自动化和机械化范围，它在

8、工程和操作上挖掘人与机器有效协同作业潜力，集成了高技术、多学科团队，具有自我集成和自适应装配处理的能力。智能装配系统为工厂开创了一种分析、建议和应对生产环境的新模式。其中，传感器起着关键的作用。传感器将监控每一个重要的操作参数，所有参数设置了控制限制，系统时刻评估装配状态，关注任何偏差的发生。智能装配环境以类似于人体的免疫系统方式运行，以一种非常有效的方式来应对没有明显症状的异常反应。智能装配系统可以调整和适应生产环境的变化。