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智能制造:定义和特点

时间:2023-05-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:两个部门针对不同的侧重点对智能制造技术及内涵展开研究。2014年12月,美国政府建立了国家制造创新网络中的第8个创新机构,即“智能制造创新研究院”。德国对智能制造的理解也是一个逐步深化的过程。在2013年推出“工业4.0”战略时,德国对其还没有严格的定义,只是使用描述性的语言概括了“工业4.0”的特征。

智能制造:定义和特点

智能制造始于20世纪80年代人工智能在制造领域中的应用,发展于20世纪90年代智能制造技术和智能制造系统的提出,成熟于21世纪信息技术的发展。它将智能技术、网络技术和制造技术等应用于产品管理和服务的全过程,并能在产品的制造过程中分析、推理、感知等,满足产品的动态需求。智能制造改变了制造业的生产方式、人机关系和商业模式,因此,它不是简单的技术突破,也不是简单的传统产业改造,而是通信技术和制造业的深度融合、创新集成。

随着智能制造技术的发展,国内外对智能制造提出了各自的定义。

1.美国

2011年6月,美国智能制造领导联盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition,SMLC)发表了《实施21世纪智能制造》报告,指出智能制造是先进智能系统强化应用、新产品快速制造、产品需求动态响应以及工业生产供应链网络实时优化的制造。其核心技术是网络化传感器、数据互操作性、多尺度动态建模与仿真、智能自动化以及可扩展的多层次网络安全。它融合从工厂到供应链的所有制造并使对固定资产、过程和资源的虚拟追踪横跨整个产品的生命周期。结果将是在一个柔性的、敏捷的、创新的制造环境中,优化性能和效率并且使业务与制造过程有效地串联在一起。

2014年2月,美国国防部牵头成立了“数字制造与设计创新机构” (简称“数字制造”,Digital Manufacturing);2014年12月,美国能源部宣布牵头筹建“清洁能源制造创新机构之智能制造” (简称“智能制造”,Smart Manufacturing)。两个部门针对不同的侧重点对智能制造技术及内涵展开研究。

2014年12月,美国政府建立了国家制造创新网络中的第8个创新机构,即“智能制造创新研究院”。该研究院由能源部牵头组织建设,能源部给智能制造下的定义是:智能制造是先进传感、仪器、监测、控制和过程优化的技术和实践的组合,它将信息和通信技术与制造环境融合在一起,实现工厂和企业中能量、生产率、成本的实时管理。智能制造需要实现的目标有4个:产品智能化、生产自动化、信息流和物资流合一、价值链同步。

2.欧洲(www.daowen.com)

在欧洲各国的智能制造发展战略中,2013年4月德国在汉诺威工业博览会上正式推出的“工业4.0”战略最为典型和完善。德国对智能制造的理解也是一个逐步深化的过程。在2013年推出“工业4.0”战略时,德国对其还没有严格的定义,只是使用描述性的语言概括了“工业4.0”的特征。“工业4.0”将使生产资源形成一个循环网络,使生产资源具有自主性、可自我调节以应对不同的形势、可自我配置等。“工业4.0”的智能产品具有独特的可识别性,可以在任何时候被分辨出来。“工业4.0”将可能使有特殊产品特性需求的客户直接参与到产品的设计、生产、销售、运作和回收的各个阶段。“工业4.0”的实施将使企业员工可以根据对形势和环境敏感的目标来控制、调节和配置智能制造网络和生产步骤。

2015年4月,德国“工业4.0”平台发布的《“工业4.0”战略计划实施》报告则对“工业4.0”进行了较为严格的定义。

“工业4.0”概念表示第四次工业革命,它意味着在产品生命周期内对整个价值创造链的组织和控制迈上新台阶,意味着从创意、订单到研发、生产、终端客户产品交付,再到废物循环利用,包括与之紧密联系的各服务行业,在各个阶段都能更好地满足日益个性化的客户需求。所有参与价值创造的相关实体形成网络,获得随时从数据中创造最大价值流的能力,从而实现所有相关信息的实时共享。以此为基础,通过人、物和系统的链接,实现企业价值网络的动态建立、实时优化和自组织,根据不同的标准对成本、效率和能耗进行优化。

3.中国

20世纪90年代,中国开始研究智能制造,宋天虎(1999年)认为智能制造在未来应该能对工作环境自动识别和判断,对现实工况作出快速反应,实现制造与人和社会的相互交流。杨叔子和吴波(2003年)认为智能制造系统通过智能化和集成化的手段来增强制造系统的柔性和自组织能力,提高快速响应市场需求变化的能力。熊有伦等(2008年)认为智能制造的本质是应用人工智能理论和技术解决制造中的问题,智能制造的支撑理论是制造知识和技能的表示、获取、推理,而如何挖掘、保存、传递、利用制造过程中长期积累下来的大量经验、技能和知识是现代企业急需解决的问题。中国机械工程学会在2011年出版的《中国机械工程技术路线图》一书中提出,智能制造是研究制造活动中的信息感知与分析、知识表达与学习、智能决策与执行的一门综合交叉技术,是实现知识属性和功能的必然手段。卢乘恒和李涤尘(2013年)认为智能制造应具有感知、分析、推理、决策、控制等功能,是制造技术、信息技术和智能技术的深度融合。中国机械工业集团有限公司中央研究院副总工程师、中国机器人产业联盟专家委员会副主任郝玉认为智能制造是能够自动感知和分析制造过程及其制造装备的信息流与物流,能以先进的制造方式,自主控制制造过程的信息流和物流,实现制造过程自主优化运行,满足客户个性化需求的现代制造系统。智能制造的基本属性有3个,即对信息流与物流的自动感知和分析、对制造过程信息流和物流的自主控制、对制造过程的自主优化运行。

在2015年工业和信息化部公布的“2015年智能制造试点示范专项行动”中,智能制造被定义为基于新一代信息技术,贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。智能制造具有以智能工厂为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑等特征,可有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗。

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