智能制造背景下的感知系统

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1、智能制造背景下的感知系统一、智能制造的内涵（一)概念有关智能制造的研究大体经历了三个阶段:起始于2世纪8年代人工智能在制造领域中的应用，智能制造概念正式提出,发展于20世纪9年代智能制造技术、智能制造系统的提出 ， 成熟于1世纪以来新一代信息技术条件下的“智能制造（Srt anufaring）”。 世纪80年代:概念的提出。1998年,美国赖特（Paul ennethrigh）、伯恩(David Alan ourne）正式出版了智能制造研究领域的首本专著制造智能(Smart Manufacuri）,就智能制造的内涵与前景进行了系统描述，将智能制造定义为“通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视

2、觉和机器人控制来对制造技工们的技能与专家知识进行建模，以使智能机器可以在没有人工干预的状况下进行小批量生产”。在此基本上，英国技术大学Willis专家对上述定义作了更为广泛的补充，觉得“集成范畴还应涉及贯穿制造组织内部的智能决策支持系统”。麦格劳 - 希尔科技词典将智能制造界定为,采用自适应环境和工艺规定的生产技术,最大限度的减少监督和操作,制造物品的活动。20世纪90年代：概念的发展。世纪0年代，在智能制造概念提出不久后，智能制造的研究获得欧、美、日等工业化发达国家的普遍注重，环绕智能制造技术(IMT）与智能制造系统（IM)开展国际合伙研究。191年,日、美、欧共同发起实行的“智能制造国际合

3、伙研究筹划”中提出:“智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动,并将这种智能活动与智能机器有机融合,将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统”。 2世纪以来:概念的深化。1世纪以来，随着物联网、大数据、云计算等新一代信息技术的迅速发展及应用,智能制造被赋予了新的内涵，即新一代信息技术条件下的智能制造（Smart Manufacturng）。月,美国在华盛顿举办的“2世纪智能制造的研讨会”指出，智能制造是对先进智能系统的强化应用，使得新产品的迅速制造,产品需求的动态响应以及对工业生产和供应链网络的实时优化成为也许。德国正式推

4、出工业4战略，虽没明确提出智能制造概念,但涉及了智能制造的内涵，即将公司的机器、存储系统和生产设施融入到虚拟网络实体物理系统（CPS）。在制造系统中，这些虚拟网络实体物理系统涉及智能机器、存储系统和生产设施,可以互相独立地自动互换信息、触发动作和控制。 综上所述,智能制造是将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与先进自动化技术、传感技术、控制技术、数字制造技术结合,实现工厂和公司内部、公司之间和产品全生命周期的实时管理和优化的新型制造系统。（二)特性 智能制造的特性在于实时感知、优化决策、动态执行等三个方面:一是数据的实时感知。智能制造需要大量的数据支持，通过运用高效、原则的措施实时进行信息

5、采集、自动辨认,并将信息传播到分析决策系统;二是优化决策。通过面向产品全生命周期的海量异构信息的挖掘提炼、计算分析、推理预测，形成优化制造过程的决策指令。 三是动态执行。根据决策指令，通过执行系统控制制造过程的状态,实现稳定、安全的运营和动态调节。(三)构成1、智能产品(装备)智能产品是发展智能制造的基本与前提，由物理部件、智能部件和联接部件构成。智能部件由传感器、微解决器、数据存储装置、控制装置和软件以及内置操作和顾客界面等构成；联接部件由接口、有线或无线联接合同等构成;物理部件由机械和电子零件构成。智能部件能加强物理部件的功能和价值,而联接部件进一步强化智能部件的功能和价值，使信息可以在产

6、品、运营系统、制造商和顾客之间联通，并让部分价值和功能脱离物理产品自身存在。 智能产品具有监测、控制、优化和自主等四个方面的功能。监测是指通过传感器和外部数据源,智能产品能对产品的状态、运营和外部环境进行全面监测；在数据的协助下，一旦环境和运营状态发生变化，产品就会向顾客或有关方发出警告。控制是指可以通过产品内置或产品云中的命令和算法进行远程控制。算法可以让产品对条件和环境的特定变化做出反映；优化是指对实时数据或历史记录进行分析，植入算法，从而大幅提高产品的产出比、运用率和生产效率；自主是指将检测,控制和优化功能融合到一起，产品就能实现前所未有的自动化限度。、智能生产智能生产是指以智能制造系统

7、为核心,以智能工厂为载体，通过在工厂和公司内部、公司之间以及产品全生命周期形成以数据互联互通为特性的制造网络,实现生产过程的实时管理和优化。智能生产涵盖产品、工艺设计、工厂规划的数字设计与仿真，底层智能装备、制造单元、自动化生产线,制造执行系统,物流自动化与管理等公司管理系统等。3、智能服务通过采集设备运营数据,并上传至公司数据中心(公司云)，系统软件对设备实时在线监测、控制,并通过数据分析提早进行设备维护。例如维斯塔斯通过在风机的机舱、轮毂、叶片、塔筒及地面控制箱内,安装传感器、存储器、解决器以及SCADA系统，实现对风机运营的实时监控。还通过在风力发电涡轮中内置微型控制器,可以在每一次旋转

8、中控制扇叶的角度，从而最大限度捕获风能,还可以控制每一台涡轮,在能效最大化的同步,减少对邻近涡轮的影响。维斯塔斯通过对实时数据进行解决预测风机部件也许产生的故障，以减少也许的风机不稳定现象，并使用不同的工具优化这些数据，达到风机性能的最优化。(四)作用发展智能制造的核心是提高公司生产效率,拓展公司价值增值空间，重要表目前如下几种方面：一是缩短产品的研制周期。通过智能制造,产品从研发到上市、从下订单到配送时间可以得以缩短。通过远程监控和预测性维护为机器和工厂减少高昂的停机时间,生产中断时间也得以不断减少。 二是提高生产的灵活性。通过采用数字化、互联和虚拟工艺规划，智能制造启动了大规模批量定制生产

9、乃至个性化小批量生产的大门。 三是发明新价值。通过发展智能制造,公司将实现从老式的“以产品为中心”向“以集成服务为中心”转变，将重心放在解决方案和系统层面上，运用服务在整个产品生命周期中实现新价值。二、国外智能制造系统架构自美国0世纪0年代提出智能制造的概念后,始终受到众多国家的注重和关注,纷纷将智能制造列为国家级筹划并着力发展。目前，在全球范畴内具有广泛影响的是德国“工业4.0”战略和美国工业互联网战略。 (一）德国 4月，德国在汉诺威工业博览会上正式推出了“工业.0”战略，其核心是通过信息物理系统(CS)实现人、设备与产品的实时连通、互相辨认和有效交流,构建一种高度灵活的个性化和数字化的智

10、能制造模式。在这种模式下，生产由集中向分散转变,规模效应不再是工业生产的核心因素；产品由趋同向个性的转变,将来产品都将完全按照个人意愿进行生产,极端状况下将成为自动化、个性化的单件制造;顾客由部分参与向全程参与转变,顾客不仅出目前生产流程的两端,并且广泛、实时参与生产和价值发明的全过程。 德国工业4.战略提出了三个方面的特性:一是价值网络的横向集成,即通过应用，加强公司之间在研究、开发与应用的协同推动,以及在可持续发展、商业保密、原则化、员工培训等方面的合伙;二是全价值链的纵向集成，即在公司内部通过采用CPS,实现从产品设计、研发、筹划、工艺到生产、服务的全价值链的数字化；三是端对端系统工程，

11、即在工厂生产层面，通过应用S,根据个性化需求定制特殊的IT构造模块,保证传感器、控制器采集的数据与ER管理系统进行有机集成，打造智能工厂。 12月,德国电气电子和信息技术协会刊登了德国“工业4.0”原则化路线图,其目的是制定出一套单一的共同原则，形成一种原则化的、具有开放性特点的原则参照体系,最后达到通过价值网络实现不同公司间的网络连接和集成。德国“工业40”提出的原则参照体系是一种通用模型，合用于所有合伙伙伴公司的产品和服务，提供了“工业4.0”有关的技术系统的构建、开发、集成和运营的框架，意图是将不同业务模型的公司采用的不同作业措施统一为共同的作业措施。 （二)美国1、工业互联网“工业互联

12、网”的概念最早由通用电气于提出,与工业4.0的基本理念相似，倡导将人、数据和机器连接起来,形成开放而全球化的工业网络，其内涵已经超越制造过程以及制造业自身，跨越产品生命周期的整个价值链。工业互联网和“工业4.”相比，更加注重软件、网络和大数据，目的是增进物理系统和数字系统的融合,实现通信、控制和计算的融合,营造一种信息物理系统的环境。 工业互联网系统由智能设备、智能系统和智能决策三大核心要素构成，数据流、硬件、软件和智能的交互。由智能设备和网络收集的数据存储之后,运用大数据分析工具进行数据分析和可视化,由此产生的“智能信息”可以由决策者必要时进行实时判断解决，成为大范畴工业系统中工业资产优化战

13、略决策过程的一部分。 智能设备：将信息技术嵌入装备中,使装备成为可智能互联产品。为工业机器提供数字化仪表是工业互联网革命的第一步，使机器和机器交互更加智能化,这得益于如下三个要素:一是部署成本：仪器仪表的成本已大幅下降，从而有也许以一种比过去更经济的方式装备和监测工业机器。二是微解决器芯片的计算能力：微解决器芯片持续发展已经达到了一种转折点，虽然得机器拥有数字智能成为也许。三是高档分析：“大数据”软件工具和分析技术的进展为理解由智能设备产生的大规模数据提供了手段。智能系统：将设备互联形成的一种系统。智能系统涉及多种老式的网络系统,但广义的定义涉及了部署在机组和网络中并广泛结合的机器仪表和软件。

14、随着越来越多的机器和设备加入工业互联网,可以实现跨越整个机组和网络的机器仪表的协同效应。智能系统的构建整合了广泛部署智能设备的长处。当越来越多的机器连接在一种系统中，久而久之，成果将是系统不断扩大并能自主学习，并且越来越智能化。智能决策:大数据和互联网基本上实时判断解决。当从智能设备和系统收集到了足够的信息来增进数据驱动型学习的时候,智能决策就发生了,从而使一种小机组网络层的操作功能从运营商传播到数字安全系统。 3月,美国通用电气、IBM、思科、英特尔和TT五家行业龙头公司联手组建了工业互联网联盟（II)，其目的是通过制定通用原则,打破技术壁垒,使各个厂商设备之间可以实现数据共享,运用互联网激

15、活老式工业过程，更好地增进物理世界和数字世界的融合。工业互联网联盟已经已经开始起草工业互联网通用参照架构,该参照架构将定义工业物联网的功能区域、技术以及原则，用于指引有关原则的制定,协助硬件和软件开发商创立与物联网完全兼容的产品，最后目的是实现传感器、网络、计算机、云计算系统、大型公司、车辆和数以百计其她类型的实体得以全面整合，推动整个工业产业链的效率全面提高。2、智能制造6月24日美国智能制造领导联盟(Srt anfcturing LederspColition，MLC)刊登了实行21世纪智能制造报告。报告觉得智能制造是先进智能系统强化应用、新产品制造迅速、产品需求动态响应、以及工业生产和供

16、应链网络实时优化的制造。智能制造的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的网络安全。该报告给出了智能制造公司框架。智能制造公司将融合所有方面的制造，从工厂运营到供应链，并且使得对固定资产、过程和资源的虚拟追踪横跨整个产品的生命周期。最后成果,将是在一种柔性的、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串联在一起。三、对国内智能制造系统架构的设想 借鉴德国、美国智能制造的发展经验，国内的智能制造系统架构,应当是一种通用的制造体系模型，其作用是为智能制造的技术系统提供构建、开发、集成和运营的框架；其目的是指引以产品全生命周期管理形成价