其核心特征强调整个制造系统的整体智能化自组织能力与个体的自主性基于这个观点在智能制造的基础理论研究中提出了智能制造系统及其环境的一种实现模式作为智能单元的神经中枢智能数控系统不仅需要对系统内部中各种不确定的因素如噪声测量传动间隙摩擦外界干扰系统内各种模型的非线性及非预见性事件实施智能控制而且要对制造系统的各种命令请求做出智能反应
冷战以后,国际竞争重点由单纯的军事较量转向进展国家经济和提高民生水 平的综合国力较量。随着高科技的竞争激烈,且进展形式进展到国际间大规模合 作。最近几年来的“智能制造系统”就是该背景下的产物。
家一路组成的人机一体化智能系统。80年代起IM进展起来,而美国是1M思 想的发源地之一,最先的几IM&IMS方面的研究高作是在1988年出版的。美国 和日本政府高度重视IMS的研究开发,5年来美国国家科学基金会着重资助了有 关IM的诸项研究。最引人注目的是由日本在199()年4月所提倡的“智能制 造系统IMS”国际合作研究计划。许多发达国家如美国、欧洲一路体、加拿 大、澳大利亚等参加了该项计划。该计划共计划投资10亿美元,对10()个 项目实施前期科研计划。
由于日、美、欧都将视】M为21世纪的制造技术和尖端科学,并以为是国际 制造业科技竟争的制高点且有着重大效益,所以他们在该领域的科技协作频繁, 参与研究计划的各国制造业力量庞大,大有主宰未来制造技术的趋势。
随后,国内少数开云网址 kaiyun官方入口专家学者也撰文对其迸行了探讨。1995年6月,在华中理工 大学召开了第一届国际智能制造学术会国家最近制定的“九五”计划也将先进 制造技术包括1MT&IMS作为重点进展的支柱产业之一,表明我国政府有关部门 也已投入适量资金对其迸行前期研究。
核心内容:智能制造(Intelligent Manufacturing, IM)是一种由智能机 械和人类专家一路组成的人机一体化智能系统,它在制造进程中能进行智 能活动,诸如分析、推理、判断、构思。和决策等。通过人与智能机械的 合作共事,去扩大、延伸和部份地取代人类专家在制造进程中的脑力劳动。 它把制造自动化的槪念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。
智能制造的大体原理:从智能制造系统的本质特征动身,在散布式制造 网络中,按照散布式集成的大体,应用散布式中多Agent系统的理论与方式, 实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。按照 散布系统的同构特征,在智能制造系统的一种局域实现形式基础上,实际 也反映了基于lntcrnci的全世界制造网络环境下智能制造系统的实现模式。
主要研究开发目标:目前比较通行的一种概念是,智能制造技术是指在制造 工业的各个环节,以一种高度柔性与髙度集成的方式,通过运算机来模拟人类专 家的制造智能活动。因此智能制造的研究开发对象是整个机械制造企业,其主
要研究开发目标有二:①整个制造工作的全面智能化,它在实际制造系统中第一 次提岀了以机械智能取代人的部脑力劳动作为主要目标,强调整个企业生产经 营进程大范围的自组织能力;②信息和制造智能的集成与共亭,强调智能型的集 成自动化。
谈起智能制造,由日本提出的IMS国际合作研究计划对IMS的解释能 够看出,1M S的研究包括智能活动、智能机械和二者的有机融合技术,其中智 能活动是问题的核心。在IMS研究的众多基础技术中,制造智能处置技术是最 为关键和迫切需要研究的问题之一,因为它负责各环节的制造智能的集成和生 成智能机械的智能活动。
1992年4月在日本召开的第一次国际技术委员会,肯定了4个主题:①技 术课题;②i先择原则;③评价程序;④执行准则。由国际IMS中心成员提出的首 批10项研究课题是①企业集成;②全世界制造;③系统单元技术;洁制造 技术;⑤人与组织研究;⑥先进的材料加工技术;⑦全世界并行工程(评估和实 施);⑧自主模块的系统设备与散布控制;⑨快速产品开发;b k知识系统化(设计 与制造)。美国国家科学基金会(N SF)已持续数年重点资助了与智能制造有关的研 究项目,这些项目覆盖了智能制造的绝大部份技术领域,包括制造进程中的智能 决策、基于多施主(mu It i- agent)的智能协作求解、智能并行设计、物流传输的 智能自动化、智能加工系统和智能机械等。
日本提岀的智能制造系统国际合作计划,以髙新运算机为后盾、深受其 “真空世界”运算机研究计划的影响。其主要研究内容如下:①强调部份代替 人的智能活动,实现部份人的技术;②利用智能运算机技术来集成设计制造进程, 使之一体化,以虚拟现实技术实现虚拟制造,以多媒体的人机接口技术、虚拟现
实技术,实现职业教育;③强调全世界制造网络的生产制造技术,通过卫星、In
tcrnct和数字电话网络实现全世界制造;④强调智能化与自律化的智能加工系统 和智能化CNC、智能机械人的研究。⑤重视散布式人工智能技术的应用,强调 自律协作代替集中递阶控制。
其研究目标是要实现将市场适应性、经济性、人的重要性、适应自然和 社会环境的能力、开放性和兼容能力等融合在一路的生产系统:①使整个制造 进程实现智能化,并具有自组织能力;®I M S是一个集成许多工厂和多种机械 设备的混合系统;③具有知足各类社会需求的柔性;④能充分发挥人的作用;⑤ 易于操作;⑥总效率高;⑦能避免重复投资等。
进展轨迹:智能制造渊于人工智能的研究。人工智能就是用人工方式在运 算机上实现的智能。随着产品性能的完善化及其结构的复杂化、精细化, 和功能的多样化,促使产品所包括的设计信息和工艺信息量猛増,随之生 产线和生产设备内部的信息流量增加,制造进程和管理工作的也必然剧增, 因此促使制造技术进展的热点与前沿,转向了提高制造系统对于爆炸性增 加的制造信息处置的能力、效率及规模上。
而人工智能的目的是为了用技术系统来冲破人的自然智力的局限性,达到 对人脑的部份代替、延伸和增强的目的•目前在整体智能水平上,与人工系统相 较,人的智力仍然是遥遥领先的。从信息处置的角度讲,智能能够看成是获取、 传递、处置、再生和利用信息的能力。而思维能力是整个智能活动中最复杂、 最核心的部份注要指处置和再生信息的能力。这种信息处置的进程是十分复杂 和多样化的,归纳起来,大体可分为3种大体的类型,即:经验思维、逻辑思维 和创造性思维。在工艺设计迸程中,这三种类型的思维都存在,在不同层次的决 策中起着重要作用。
纵览全世界,虽然整体而言智能制造尚处于概念和实验阶段,但各国政 府均将此列入国家进展计划,大力推动实施。1992年美国执行新技术政策, 大力支持被总统称之的关键重大技术(Critical Tuchniloty),包括信息技术和 新的制造工艺,智能制造技术自在其中,美国政府希望借助此举改造传统 工业并启动新产业。
加拿大制定的1994〜1998年进展战略计划,将具体研究为智能运算 机、人机界面、机械传感器、机械人控制、新装置、动态环境下系统集成。
日本1989年提出智能制造系统,且于1994年启动了先进制造国际合作 研究项目,包括了公司集成和全世界制造、制造知识体系、散布智能系统 控制、快速产品实现的散布智能系统技术等。
的信息技术相关研究有E SPRIT项目,该项目大力资助有市场潜力 的信息技术。
中国80年代末也将“智能模拟”列入国家科技迸展计划的主要课 题,已在、模式识别、机械人、汉语机械理解方面取得了一批功效。最近, 国家科技部正式提出了 “工业智能工程”,作为技术创新计划中创新能力 建设的重要组成部份,智能制造将是该项工程中的重要内容。
由此可见,智能制造正活着界范围内兴起,它是制造技术进展,专 门是制造信息技术进展的必然,是自动化和集成技术向纵深进展的结果
智能制造技木的前景与长处:智能制造是从80年代末进展起来的,最旱的 几本有关智能制造及系统方面的专普是在1988年由Wrightfg MilaciC等人编写 的。前景体此刻七个方面。
一、人工智能技术。因为IMS的目标是模拟制造业人类专家的智能活 动,从而取代或延伸人的部份脑力劳动,因这人工智能技术成为】MS关键 技术之一。IMS与人工智能技术(专家系统、人工神经网络、模糊逻辑)息 息相关。
二、并行工程。针对制造业开云网址 kaiyun官方入口而言,并行工程是一种重要的技术方式学, 应用于IMS中,将最大限度的减少产品设计的盲目性和设计的重复性。
3、信息网络技术。信息网络技术是制造迸程的系统和各个环节“智 能集成”化的支撑。信息网络同时也是制造信息及知识流动的通道。
4、虚拟制造技术。虚拟制造技术能够在阶段就模拟岀该产品的整 个生命周期,从而更有效,更经济、更灵活的组织生产,实现了产品开发 周期最短,产品本钱最低,产品质量最优,最高的保证。同时虚拟制造技 术也是并行工程实现的必要前提。
五、自律能力构筑。即搜集和理解环境信息和自身的信息并进行分 析判断和计划自身行为的能力。壮大的知识库和基于知识的模型是自律能 力的基础。
六、人机一体化。智能制造系统不单单是“人工智能系统,而且是 人机一体化智能系统,是一种混合智能。想以人工智能全面取代制造迸程 中人类专家的智能,独立承担、、等,目前来讲是不现实的。
7、自组织和超柔性。只能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务 的需要,自行组成一种最佳结构,使其柔性不仅表现运行方式上,而且表 此刻结构形式上,所以称这种柔性为超柔性,类似于生物所具有的特征, 犹如一群人类专家组成的整体。
智能制造系统与当前任何制造系统相较,在体系结构上有着根本意义上的 不同,具体体此刻:一是采用开放式系统设计谋略。二是采用散布式多自主体智能 系统设计谋略,其大体思想是:给予制造系统中各组成部份或于系统必然的自主 权,使其形成一个封锁的具有完整功能的自主体,这些自主体以网络智能结点的 形式联接在通信网络上,各个智能结点在物理上是分散的,在逻辑上是平等的。 通过各结点的协同处置与合作,一路完成制造系统任务,实现人与人的知识在制 造中的核心地位。
另外,生物制造与仿生机械的科学与技术、生物自生长成形制造、绿色制 造的科学与技术包括产品与人类和自然的协调理论,产品绿色工艺(如Ncar2Zcro Was©等也极大地丰硕了智能制造的范围,增进了智能制造系统的进展。遗憾的 是,由于各种原因,我国政府主管部门和有关大公司、厂家并无迹象表明对智能 制造已引发足够的重视,至今也未取得我国机械学科的普遍关注。相信随着人们 对智能制造系统熟悉的慢慢深切,智能制造系统必将得以迅猛进展,迎头赶上世 界先进迸展水平。
智能制造系统目前对散布式制造系统的研究虽然还处于初期阶段,但已在 不同层次、不同侧面上取得了大量令人振奋的基础理论研究功效和应用功效, 如制造Agent的个体目标机制(如奖惩机制、市场机制、目标函数等)等。可是, 由于制造Agent在信息、知识和控制上的完全散布,每一个Agent对环境、对 整个问题求解活动及其他Agent的用意只有部份的、不完全的知识,而且拥有 的知识可能彼此不一致,各个Agent只能按照不完备的知识与不完整、不同步 的信息做岀局部决策。又由于整个系统缺乏类似中央控制的机制,因此整个系统 的控制和决策往往不能达到最优效果,而且不可避免地存在大量难以解决的决 策冲突(C onflict)和死锁(Deadlock)o
因此,对散布式自治制造系统中异构Agent间的彼此合作和全局协调机制 的研究,是散布式自治制造系统最重要,也是最大体的问题,更是其走向实用所 亟待解决的核心问题。协调是指一组Agent完成一些集体活动时彼此作用的性 质。在散布式制造系统中,全局协调和优化是一个在多目标动态约束下,各类活 动和资源的最佳组合和排序的动态求取进程,它能够描述为两个于问题,即局部 调度决策和全局资源协调。目前已提出了诸如一步谈判、多步谈判、合同网等 多种谈判策略和协议。分析这种谈判进程,能够看出:
(1)在当前所采用的模型中,谈判是基于对谈判者的知识与能力、讨价还价 进程、收益计算,和于系统的影响(或能力)的平衡的显式表达,以可计算的迭代 模型模拟社会或生物界的组织形式和进化进程的协调和协作方式;