习润东

（云南楚雄实验中学，楚雄 675000）

1 智能制造简介

1.1 智能制造的概念

自从第一次工业革命开始，现代意义上的制造业就已诞生，一直被视为一个国家的立命之本。制造业经过两百多年的发展，从传统的工厂作坊到现在的数字化智能化工厂，制造业的面貌焕然一新，不仅大大提高了生产的质量和效率，而且降低了成本、减轻了工人和管理人员的负担。智能制造（intelligent manufacturing，IM）是一种先进制造技术，通常的定义是“智能制造是一种工业中应用的智能化制造系统，是一种由智能机器、智能系统和人类专家管理人员所共同组成的人机充分互动交流的智能系统”，其目的是将整个生产制造、销售、管理、售后过程中的各种要素、各种数据组合在一起，实现上下游产业链以及和客户的有效交流沟通，通过智能的自组织能力，对成本、效率和能耗等关键性制造指标进行优化。智能制造一方面可以大大提高工业制造的效率和质量，还能使管理人员有效地监控、管理、维护整个制造过程的各个环节和各种设备，是一种先进的高端制造模式。

图1 智能制造

智能制造的出现是为了将人类的智能活动移植到制造设备中，使整个制造过程可以完全在无人干预的情况下智能化地自动完成，其是一项汇集制造技术、系统工程、管理工程、自动化技术、计算机技术、人工智能于一体，各个学科各种技术相互融合、取长补短而形成的一种综合性系统技术。

1.2 智能制造的发展

智能制造这一概念虽然提出较晚，但是其雏形可以追溯到上个世纪中叶。上个世纪50年代末，传统制造业引入了现代机械制造技术，摆脱了之前完全依靠人工加工产品的模式，通过一些有限的自动化设备（机床、车床）提高了劳动生产率；到了60年代左右，数控机床/车床诞生，实现了工业加工的过程自动化，被称为是现代工业自动化制造的里程碑，这也是直接数字控制技术（DNC）技术，但是此时机床中的工件和刀具还需要人工更换，不能算作是完全的自动化设备；随后，工程师开发出机床自动更换装置系统，实现了无人化的加工，再加上此时柔性制造技术（FMS）的出现，工厂生产中越来越多的设立了加工中心，大量的人工体力劳动被取代，人类的双手得以解放，当时以美国、德国、日本为代表的工业强国开始普及这些技术。

到了80年代，随着计算机技术的不断发展，工程师开始研究如何取代脑力劳动，一方面，出现了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工艺规划（CAPP）等系统，计算机的应用使工业设计、研发和制造过程的效率进一步提高；另一方面，生产制造过程中的管理、计划、维护、经营等活动也得以综合，形成了计算机集成制造系统（CIMS）。

到21世纪初，随着经济全球化的不断深入和人工成本的不断提高，各国制造业之间的竞争越来越激烈，这对制造系统提出了更高的要求，各种复杂环境要求制造系统可以通过自身调整来适应各种不确定因素和未知条件，德国、美国等国家率先提出了智能制造技术（IMT）和智能制造系统（IMS），用来提高制造过程的智能化程度。随后在互联网技术、计算机技术、大数据技术和人工智能技术的不断引入的情况下，制造业的信息化、数字化、智能化程度不断提高，最终形成了现在的智能制造系统。

1.3 智能制造的国内外现状

国外智能制造的开始时间较早，形成了以美国、日本和西欧为代表的三大智能制造研究中心。1988年，莱特和伯恩撰写了《智能制造》这本专著，提出了智能制造的各种设想和实现措施，这也是第一本涉及智能制造的著作，开创了智能制造的先河。1990年，日本的通产省出台了“智能制造系统”计划，邀请了工业界精通机器人和先进制造技术的研究人员参加，通过人工智能和机器视觉技术的创造性加入，开发出世界上最早的智能工厂。进入21世纪以来，德国宝马、奔驰等汽车企业在其车辆总装厂中使用了智能制造技术，并在世界范围内推广。

我国智能制造起步较晚，1994年有华中理工、南航、西安交大、清华四个高校承担了国家智能制造研究课题，率先展开了智能制造的研究。在强调先进制造振兴战略的今天，我国非常重视智能制造的发展，特别是自2009年5月《装备制造业调整和振兴规划》出台以来，国家政策支持力度不断加大，之后国家又相继颁布了《中国制造2025》和《工业4.0》等文件，大力发展高端智能制造业，智能制造也成为了我国现代化建设中具有战略意义的重要计划。

2 智能制造的特点和组成

2.1 智能制造的特点

智能制造这一最新工业系统性技术，从创立发展至今，也形成了其自身独有的若干特点：

（1）自组织能力。智能制造具有强大的自组织能力，智能化的系统将工业生产中的各种设备有效地组织在一起，统一调用各种设备中，在其中形成有效循环的信息流。

（2）自集成能力。智能制造将所生产的产品在研发、设计、实验、制造、使用、维护、报废整个全生命周期用智能活动贯穿，使其在各个环节中的利用率最高、消耗和成本最低；同时在生产过程中，在制造中将各设备、各部门、各企业甚至各个国家共同集成在一起，生产过程不再独立，有效提升了企业和行业效率。

（3）自学习能力。人类智能的最大特点便是具有自我学习能力，所以智能制造的学习能力也是使其区分于传统制造最大的特点，工业生产制造环境复杂多变，制造的产品多变，所以智能制造必须拥有自我学习能力，通过不断地获取外界知识来调整自身制造策略，从而在不同制造模式和环境中切换，大大提高制造系统的自适应和通用能力。

2.2 智能制造的组成

智能制造系统是一个庞大的智能系统，其拥有多达几十种技术，例如：IM体系结构、IM系统集成技术、IM局部控制技术、IM信息处理技术、IM车间调度技术、IM动态监测技术、IM智能通信技术、IM智能数控技术、IM机器人技术、IM质量保证技术等，各种技术相互协调，共同成为了智能制造强有力的保障。其中最具代表性的技术有以下几种：

（1）IM智能数控。在智能数控方面，智能系统可以自动化地完成道具选择、工件定位、切削参数自动生成的过程，并且在设备或计算机中上集成了相关的软件系统，其中集成了基本的加工切削参数模块，利用机器学习和深度学习技术的加入，实现了根据不同工件自动生成加工方案，并且建立了相应的数据库系统以便随时调用各种加工方案，智能化地根据制造结果完成已有加工方案的修正，真正使数控变得越来越“聪明”。

图2 沈阳机床智能数控产品

（2）IM质量保证。智能制造系统拥有基于神经网络的诊断工具，可以做到快速响应，完成各种故障和误差下的快速诊断，并根据诊断情况合理筛选解决方案，使制造质量得到有效保障。

（3）IM机器人技术。机器人作为智能制造系统中重要设备，自然承担着其智能化的关键角色，在运动控制方面，机器人可以实现误差仅为0.02mm误差的运动轨迹，并且其搭载了最新的机器视觉系统，可以识别和加载2D/3D图纸，根据任务安排，自行完成各种任务，并且高端的智能机器人还集成了语音识别、示教识别等功能，可以和管理者有效地沟通。

3 智能制造的未来发展

智能制造是极具未来感的制造模式，可以想象，在以后的工厂或工程中，不需要工人的参与，各种设备通过智能化的系统连接在一起，通力配合，完全可以实现高度无人化作业，但是目前这种设想还未实现。在未来，智能制造要完全取代传统制造，必须朝着集成化、智能化、无人化、规模化、低成本的方向不断发展，智能制造未来发展的主要趋势有以下几点：

（1）“工业4.0”的持续深入。“工业4.0”早在2013年被德国率先提出，并被列入《德国2020高技术战略》计划，其核心是制造中的智能化、信息化、数字化。虽然这一概念从国外所引进，但是我国对“工业4.0”也持续重视，并将其视为建设工业强国的重要战略。“工业4.0”的持续深入，可以看到一些生产应用中将看到先进的数字和信息物理技术用于工厂自动化和加工制造中，大大提升生产力、生产灵活性、质量和效率，一些模范企业将逐渐出现，起到带头的作用。

（2）物联网对智能制造的渗透。进入21世纪以来，物联网技术逐渐渗透到生活及工作的方方面面，从使用的工具，到制造的产品，再到佩戴的设备等，这种“物物相连”的网络给人们的生产生活带来了很大的便利。物联网和智能制造中智能连接之一重要功能十分契合，这种数字化的渗透将围绕嵌入式连接、大数据、高级数据分析以及新的数据驱动服务等催生新的智能制造模式，此项的提升不仅仅是针对某个工厂或某个产品，而且开始逐渐演变成为某些行业比如汽车、交通和医疗保健等具有革新性、合作性及共享性行业平台。

（3）协作机器人取代传统机器人。传统工业机器人在生产制造中的应用可以追溯到上个世纪，机器人取代了人力，承担了搬运、码垛、焊接、切割等重复性复杂工作，但是智能制造对机器人的应用提出了新的要求，协作性机器人必将代替传统机器人，使工业生产更加智能。协作机器人的出现将改变许多工厂生产线的传统操作方式，此类机器人可以与工人一起安全地并肩工作，和普通工人并没有什么区别，通过视觉分析和机器学习技术被赋予的启发能力，和一些管理人员可以通力配合。

[1] 潘健生，王婧，顾剑锋.我国高性能化智能制造发展战略研究[J].金属热处理，2015，4（1）：1-6.

[2] 杜宝瑞，王勃，赵璐等.航空智能工厂的基本特征与框架协议[J].航空制造技术，2015（8）：26-31.

[3] 宋慧欣.“工业4.0”制造业未来之路[J].自动化博览，2013（10）：26-27.

[4] 杜品圣.智能工厂—德国推进工业4.0战略的第一步[J].自动化博览，2014（1）：50-55.