智能制造發展報告智能制造研究報告4篇

智能制造發展報告智能制造研究報告智能制造「‘」(工m:intelligentmanufacturing)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系下面是小編為大家整理的智能制造發展報告智能制造研究報告4篇,供大家參考。

智能制造發展報告智能制造研究報告篇1

智能制造「‘」(工m:intelligent manufacturing)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。并對人類專家的制造智能進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發展。1.1智能制造系統概述

智能制造系統「2」就是要通過集成知識工程、制造軟件系統、機器人視覺與機器人控制等來對制造技術的技能與專家知識進行模擬，使智能機器在沒有人工干預情況下進行生產。智能制造系統就是要把人的智力活動變為制造機器的智能活動。智能制造系統的物理基礎是智能機器，它包括具有各種程序的智能加工機床，工具和材料傳送裝置，檢測和試驗裝置，以及裝配裝置等。1.2智能化制造的特點

川智能化制造技術以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高產品對動態多變市場的適應能力和競爭力為目標。

(2)智能化制造技術不局限于制造工藝，而是覆蓋了市場分析、生產管理、加工和裝配、銷售、維修、服務，以及回收再生的全過程。

(3)智能化制造強調技術、人、管理和信息的四維集成，不僅涉及到物質流和能量流，還涉及到信息流和知識流，即四維集成和四流交匯是智能化制造技術的重要特點:

(4)智能化制造技術更加重視制造過程組成和管理的合理化以及革新，它是硬件、軟件、智能(人)與組織的系統集成。

2.智能化制造數控設備的關鍵技術

機械制造設備的智能化、網絡化、以及對神經元網絡、云計算技術的研究與應用，使機械制造工)‘智能化技術得到了跨越式的發展，可以說這是又一次具有劃時代意義的工業技術革命。目前，智能化制造數控設備的關鍵技術，除了機械主體以外，主要是由智能數控系統技術、智能感知技術、智能自適應技術、智能神經元網絡技術、智能云計算技術和智能專家系統等主要技術構成。

(1>智能化數控系統數控設備智能化的發

展是以數控系統完善的軟硬件功能及高靈敏度、高精度感知檢測系統為基礎，以適應智能化、信息化、數字化集成技術發展的要求。為追求數控設備加工效率和加工質量，數控系統不但有自動編程、前饋控制、模糊控制、自學習控制、工藝參數自動生成、三維刀具補償、運動參數動態補償等智能化功能，并有故障診斷專家系統，使自診斷和故障監控功能更趨勢完善。伺服驅動系統智能化，能自動感知負載變化，自動優化調整參數。如發那科推出的hrv控制，通過共振追隨型hrv濾波器，可以避免因頻率變動而造成設備的共振。通過融合旋轉伺服電動機，高精度、高響應和高分辨率脈沖編碼器，實現高速和高精度的伺服控制，保證極其平穩 的進刀。

(2)智能自適應控制技術自適應控制分為 工藝自適應和兒何自適應。工藝自適應又分為

最佳自適應控制系統(aco)和約束式自適應(acc)。自適應控制自20世紀60年代已開始研究，但用于生產實踐尚不普遍。目前應用面較廣的還是結構簡單的acc系統，已用于銑、車、鉆、磨、電加工和加工中心等機床上;而aco多用于加工因素相對簡單的磨削和電火花加工(ed m)上。影響加工的因素很多很復雜，不僅建立數學模

型困難，而且要實時采集和實時調整參數也有很大難度，有待深入研究。(3)智能化神經元網絡技術最智能的莫過于人的大腦，人工神經元網絡

(ann)是一種模擬

人的神經結構，即類似人的大腦神經突觸連接的結構進行信息處理的復雜網絡系統。人工神經網絡具有自學習功能、聯想記憶功能、非線性映射功能和高速尋找優化解的功能等。目前，神經元網絡多用于數控設備可靠性預測和優化工藝參數方面，神經元網絡在機床數控系統方面的研究與應用尚不多見。隨著神經元網絡技術的發展，在數控機床方面的應用可能會有很好的前景，或許會把數控系統的智能化水平推向高級階段。未來兒年希望能有一個較快的發展。(4)智能專家系統專家系統是一個智能計算i機程序系統，其專家知識庫中含有某個領域大量的l專家知識與經驗，就是利用這些專家知識、經驗和土解決問題的方法來處理該領域的技術問題。它能夠f應用人工智能技術，根據該專家系統中的知識和經驗進行推理和判斷，模擬專家的決策過程，來解決·需要專家處理的復雜問題。目前，數控設備領域尚l缺乏這種專家系統。(5)云計算將把智能化制造推向更高級階右段國外工業技術發達國家的大型工業企業、研究機構和高等院校對云計算的研究和發展都極為重視，之認為這是一種具有劃時代意義的技術。如美國宇航!局和通用汽車公司都在研究和應用云計算技術;我1國北京建有云計算基地，華為技術有限公司和tcl集團也都特別關注云計算的發展、研究和應用。3.智能化工廠

智能化機械工)‘是以“智能化”為核心，以智能化、數字化、網絡化為主要特征的生產、經營實體。智能化工)‘將逐步分層次實現。智能工業機器人在智能自動化制造工)‘中扮演著重要角色。(1>智能工業機器人在智能化數控設備中

除了各種數控設備和相關數控配套設備以外，智能工業機器人在智能制造單元、智能制造系統和智能制造工)‘中具有重要作用。

(2)智能化自動化工)‘在各種智能化自動化數控設備的基礎上，智能化工)‘將由工廠‘局部智能自動化、逐步分層次地發展到全工)‘智能自動化和社會化智能制造。

第一層次:單機或單元智能自動化。

單機或單元智能自動化，可以實現長時間無人值守。國內外都有用于生產 的實例。

第二個層次:生產制造系統智能自動化。

在第三代“智能機器人化單元”的基礎上，實現計算機網絡控制生產車間全自動化系統。包括毛坯倉儲管理，再制品倉儲管理，成品零件倉儲管理及其搬運、裝卸、裝配作業和質量檢驗等。

第三個層次:智能化數字化網絡制造系統。

在第二層次生產制造系統智能自動化的基礎上，配置網絡綜合管理系統，來實現全工)‘的智能化數字化網絡制造。智能化工)‘的實現主要是靠信息通信技術(ict)和智能網絡的可靠運行加以保證。具有實時資料搜集與傳輸功能、高效能計算機與分析預測功能、遠程監控與診斷功能及模擬功能等。智能化工)‘最核心的部分是生產過程和全面經營運行的智能自動化，包括設計智能化，生產排序自動化，生產線自動化，測試檢驗自動化，倉儲自動化，電力管理智能自動化等等，進一步發展到自動化無人化工)‘(絕大多數設備可以無人值守)。

第四個層次:智能化社會化生產。

智能化網絡化社會化制造，將山企業內部局域網經因特網向企業外部傳輸。這就是所謂的internet/intranet。網絡可使企業與企業之間進行跨地區協同設計、協同制造、信息共享、遠程監控、遠程診斷和服務等。網絡能為制造提供完整的生產數據信息，可以通過網絡將加工程序傳給遠方的設備進行加工，也可遠程診斷并發出指令調整。網絡使各地分散的數控機床聯系在一起，互相協調，統一優化調整，使產品加工不局限于一個工)‘內而實現社會化生產。智能化社會化制造能夠借助internet網實現跨行業、跨國際智能化制造，進人internet/intranet時代。云計算借助internet網整合了計算機資源，為智能化制造開了先河。智能化網絡化社會化制造將引領社會和全球資源的整合與優化運用，同時將有效地提高人類的生活質量，逐步地減少人類的體力勞動而擴大腦力勞動的比重，進入知識社會，智能社會。

智能制造具有高科技高水平的先進制造系統，面臨一些極具挑 戰性的問題。當然也需要我們投入大量的研究去攻克這些技術難題。產品和制造過程的數字建模理論及混合約束求解方法，幾何表示與推理在運動規劃、抓取、夾持、裝配、nc加工、計算機視覺、測量中的應用，制造技能和制造知識的表示、獲取與推理。智能制造單元的agent建模及智能制造系統的多agent建模理論、多agent系統學>-j及重構理論、多agent系統動力學分析方法及性能評價標、多agent系統規劃、調度、控制與協調等。制造資源的holon模型holonic系統組成及其分別式協調與控制等。由于人類智能問題本身的復雜性，智能制造理論與技術的研究任重而道遠，上述問題的深入研究，不僅將促進智能制造理論與技術的發展與進一步完展具有積極的推動作用。不僅要提高機器設備的智商，更要協調好人與機器的關系，建立一種新型的人機一體化關系，從而產生高效高性能的生產系統?？傊?，隨著智能制造技術的普及以及其帶來的優勢愈發明顯，可以預見在不遠的將來，智能制造將成為下一代重要的生產模式。參考文獻：

1.趙亞波 智能制造(工業控制計算機}2002年15卷第3期(333001)2.榮烈潤 面向21世紀的智能制造機電一體化2006,12(4)3.熊有倫 孫容磊 李斌 吳波 智能制造：回顧與展望木華中科技大學機械學院武漢430074 c1〕土子龍.中國裝備制造業系統演化與評價研究[d].中國博 上學位論文全文數據庫，2007 c2} l一繼勇.教育結構、產業結構和就業結構的關系研究[d].中 國優秀碩士學位論文全文數據庫，2007 參考文獻

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智能制造發展報告智能制造研究報告篇2

智能工廠——以三一重工18號工廠為例

摘要：在理論上解釋了智能工廠的概念，再以三一重工18號工廠作為研究對象，對其運作方式、運作特點進行了較為詳細地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進一步得出了智能工廠的框架，為系統化建設智能工廠打下了基礎。關鍵詞：物聯網；智能制造；數字化工廠 中圖分類號：th161

intelligent factory a case of sany heavy industry no.18th factory

abstract：this paper explains the concept of intelligent factory in theory, then takes 31 heavy industry no.18th factory as the research object, analyzes and discusses its operation mode and operation characteristics in detail, thus obtains the intellectualized gene of the further draws the intelligent factory frame, lays the foundation for the systematized construction intelligent words：networking of things;intelligent manufacturing;digital chemical plant 0 前言

隨著物聯網、大數據和移動應用等新一輪信息技術的發展，全球化工業革命開始提上日程，工業轉型開始進入實質階段。在中國，智能制造、中國制造2025等戰略的相繼出臺，表明國家開始積極行動起來，把握新一輪工發展機遇實現工業化轉型。智能工廠作為工業智能化發展的重要實踐模式，已經引發行業的廣泛關注。到底什么是智能工廠？智能工廠的核心架構是怎樣的？能為企業的轉型提供哪些支撐？這都是企業比較關心的話題。

本文以三一重工18號工廠為例,分析智能工廠的主要特點還有其智能化的框架。數字化工廠、智能工廠和智能制造

1.1 數字化工廠

對于數字化工廠，德國工程師協會的定義是：數字化工廠（df）是由數字化模型、方法和工具構成的綜合網絡，包含仿真和3d/虛擬現實可視化，通過連續的沒有中斷的數據管理集成在一起。數字化工廠集成了產品、過程和工廠模型數據庫，通過先進的可視化、仿真和文檔管理，以提高產品的質量和生產過程所涉及的質量和動態性能：

圖1 在國內，對于數字化工廠接受度最高的定義是：數字化工廠是在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。是現代數字制造

技術與計算機仿真技術相結合的產物，主要作為溝通產品設計和產品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個結論，數字化工廠的本質是實現信息的集成。1.2

智能工廠

智能工廠是在數字化工廠的基礎上，利用物聯網技術和監控技術加強信息管理服務，提高生產過程可控性、減少生產線人工干預，以及合理計劃排程。同時，集初步智能手段和智能系統等新興技術于一體，構建高效、節能、綠色、環保、舒適的人性化工廠。

圖2

智能工廠已經具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規劃；通過整體可視技術進行推理預測，利用仿真及多媒體技術，將實境擴增展示設計與制造過程。系統中各組成部分可自行組成最佳系統結構，具備協調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學習、自行維護能力。因此，智能工廠實現了人與機器的相互協調合作，其本質是人機交互。1.3

智能制造

智能工廠是在數字化工廠基礎上的升級版，但是與智能制造還有很大差距。智能制造系統在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作，去擴大、延伸和部分地取代技術專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造系統不只是“人工智能系統，而是人機一體化智能系統，是混合智能。系統可獨立承擔分析、判斷、決策等任務，突出人在制造系統中的核心地位，同時在智能機器配合下，更好發揮人的潛能。機器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本質是人機一體化。

國內很多企業都在炒作智能制造，但是絕大多數企業還處在部分使用應用軟件的階段，少數企業也只是實現了信息集成，也就是可以達到數字化工廠的水平；極少數企業，能夠實現人機的有效交互，也就是達到智能工廠的水平[1]。

圖3 2 從大廠房到智能工廠

在全球科技革命的大背景下，工程機械行業作為多品種、中批量、按訂單生產的離散型技能密集型產業，要想向高端制造發展，必須依靠信息化建立先進的制造和管理系統[2]。

三一重工作為重工領域的標桿，其18號廠房成為應用基礎的示范。這間總面積約十萬平方米的車間，成為了行業內亞洲最大最先進的智能化制造車間。在這里，廠房更像是一個大型計算系統加上傳統的操作工具、大型生產設備的智慧體。2.1 18號廠房的“智慧”運轉

18號廠房是三一重工總裝車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是工程機械領域內頗負盛名的智能工廠。

在18號廠房，廠區旁邊有兩塊電視屏幕，它們是一線工人的“老師”——不熟悉裝配作業的工人，通過電子屏幕里的數字仿真和三維作業指導，可以學習和了解整個裝配工藝[3]。三一重工的三維作業現場指導模式，成為了著名3d技術開發公司達索的全球最佳案例。

廠房更像是一個大型計算系統加上傳統的操作工具、大型生產設備的智慧體，每一次生產過程、每一次質量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區、高精機加區、結構件區、立庫區等幾大主要功能區域都是智能化、數字化模式的產物[4]。

當有班組需要物料時，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，配送系統會根據班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時，agv操作員發出取貨指令，agv小車自動行駛至液壓臺取貨[5]。取完貨后，采用激光引導的agv小車，將根據運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝的高反光性反射板的激光定位標志，計算出車輛當前的位置以及運動的方向，從而將物料運送至指定工位。像這樣的agv小車，在三一重工18號廠房有15臺。

從大廠房到智能工廠，實施智慧化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產值提高24%，現場質量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%。2014年，18號廠房同比節約制造成本1億元，年增加產量超過2000臺以上，每年同比產值新增60億元以上。此外，高精加工區也是18號廠房的特色之一。整個機加區集智能化、柔性化、少人化于一體，可以滿足多品種、小批量生產要求。2.2

智能背后的生產模式進化

2013年8月，三一重工集團啟動新一輪制造變革。在大會上，三一重工董事長梁穩根這樣描繪三一重工制造體系的藍圖：“所有結構件和產品都在很精益的空間范圍內制造，車間內只有機器人和少量作業員工在忙碌，裝配線實現準時生產，物流成本大幅降低，制造現場基本沒有存貨?！?/p>

制造模式的生產方式分散且獨立，需要大量的人力物力予以配合，才能完成產品的生產制造，這使得生產效率低下的同時，生產成本還居高不下。因此三一重工開始借助信息化，在生產車間導入自動化制造模式?！安考ぷ髦行膷u”就是這樣一個嘗試。

所謂“部件島”，即單元化生產，將每一類部件從生產到下線所有工藝集中在一個區域內，猶如在一個獨立的“島嶼”內完成全部生產，故稱為部件島，將裝配行業中“島”的概念引入到結構件生產中，這是三一重工重機制造人員的首創。三一重工:智能工廠實踐

三一重工18號廠房是亞洲最大的智能化制造車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是三一重工總裝車間。2008年開始籌建，2012年全面投產，總面積約十萬平方米。從2012年開始，以三一18號廠房為應用基礎，由三一重工、湖大海捷、華工制造、華中科大等單位聯合申報的“工程機械產品加工數字化車間系統的研制與應用示范項目”.經過3年精心建設，目前，三一已建成車間智能監控網絡和刀具管理系統、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統、計劃、物流、質量管控系統、生產控制中心（pcc）中央控制系統等智能系統，完成了國家批復的項目建設內容[6]。

圖4 同時，三一還與其他單位共同研發了智能上下料機械手、基于dnc系統的車間設備智能監控網絡、智能化立體倉庫與agv運輸軟硬件系統、基于rfid設備及無線傳感網絡的物料和資源跟蹤定位系統、高級計劃排程系統（aps）、制造執行系統（mes）、物流執行系統（les）、在線質量檢測系統（spc）、生產控制中心管理決策系統等關鍵核心智能裝置，實現了對制造資源跟蹤、生產過程監控，計劃、物流、質量集成化管控下的均衡化混流生產，智能化功能和系統性能指標達到國家批復要求[7]。

3.1 智能加工中心與生產線

3.1.1 智能化加工設備

早在2007年，有“智能化機械手”之稱的焊接機器人現身三一挖機生產線，并在2008年后得到進一步推廣。2012年三一重工在上海臨港產業園建成全球最大最先進的挖掘機生產基地，焊接機器人大規模投入使用，大幅提升了產品的穩定性，使得三一挖掘機的使用壽命大約翻了兩番，售后問題下降了四分之三。由于規范了管理，又進一步提升了整個生產體系的效率。不但如此，機器人的使用減少了工人數量，管理模式的重心從原來的管人轉移

到了管理設備上，相對而言，管理設備要容易很多。3.1.2

智能刀具管理

在實際加工中，有多種因素會對加工刀具產生影響，首先是加工工件本身的因素，如加工工件材質、結構型式、工件剛度等對刀具使用效果影響較大。其次是加工工裝，定位基準、壓緊方式、結構型式以及工裝剛度等都會影響刀具使用效果。再次加工工藝方案，如加工順序、切削三要素（切深、進給、切削速度）對刀具使用效果影響更大。最后是加工機床，設備的切削功率、設備的剛度、設備的結構型式、切削冷卻介質對加工刀具發揮效率也有很大影響[8]。

三一在實踐中，要充分考慮刀具壽命和加工工件成本的關系，根據不同結構的工件選擇不同的刀具，包括刀具材料（分整體硬質合金、焊接硬質、高速鋼等）、刀具結構（分機夾刀片、焊接刀片和整體材料刀具）以及刀具裝夾方式（熱裝式、強力緊固式、側固式）等。有的刀具選擇涂層刀片來增加刀具的耐用度，延長刀具壽命。在高速加工時，對刀具動平衡也有要求，我們配備了刀具動平衡儀，并在加工成本允許的前提下選擇耐用度較高的刀具。3.1.3

dnc

dnc是計算機與具有數控裝置的機床群使用計算機網絡技術組成的分布在車間中的數控系統。該系統對用戶來說就像一個統一的整體，系統對多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動態的分配數控加工任務給任一加工設備，是提高設備利用率，降低生產成本[9]。

圖5

目前，三一重工已經完成車間機加設備的研發采購與安裝調試，部分完成智能上料機械手、dnc實時監控裝置及刀具管理系統的購置和開發。3.2 智能化立體倉庫和物流運輸系統

3.2.1 智能化立體倉庫

立體倉庫后臺運作的自動化配送系統由華中科大與三一聯合研制，通過這套系統，三一打造了批量下架、波次分揀，單臺單工位配送模式，實現了從頂層計劃至底層配送執行的全業務貫通，大大提高了配送效率及準確率，準時配送率超95%。

三一智能化立體倉庫總投資6000多萬元, 分南北兩個庫，由地下自動輸送設備連成一個整體，總占地面積9000平方米，倉庫容量大概是16000個貨位。從南邊倉庫可以看到，這個庫區有幾千種物料，主要是泵車、拖泵、車載泵物料，能支持每月數千臺產品的生產量。

從大廠房到智能工廠，實施智能化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產值提高24%，現場質量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%，2014年18號廠房預計同比節約制造成本1億元，年增加產量超過2000臺以上，每年同比產值新增60億元以上。3.2.2 agv智能小車

智能化立體倉庫的核心是agv智能小車，當有班組需要物料時，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，配送系統會根據班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時，agv操作員發出取貨指令，agv小車自動行駛至液壓臺取貨。取完貨后，由于agv小車采用激光引導，小車上安裝有可旋轉的激光掃描器，在運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標志，agv依靠激光掃描器發射激光束，然后接受由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內置的數字地圖進行對比來校正方位，從而將物料運送至指定工位。像這樣的agv小車，在三一18號廠房有15臺。在18號廠房南北智能化立體倉庫，不僅有這樣的agv自動小車，其后臺配送也是自動化系統完成的。

圖6

3.2.3 公共資源定位系統

公共資源定位系統是三一重工智能工廠的一個重要支撐。公共資源定位系統能實現包括對設備定位和狀態檢測、人員定位以及故障實時處理與報警等功能。通過公共資源定位監控中心，三一重工的生產管理人員能及時的了解生產車間的人員位置、設備位置和狀態、加工生產情況，并及時的指導生產和進行故障處理等操作。3.3

智能化生產執行過程控制

3.3.1高級計劃排程

在考慮企業資源所提供的可行物料需求規劃與生產排程計劃，讓規劃者快速結合生產限制條件與相關信息(如訂單、途程、存貨、bom與產能限制等)，以做出平衡企業利益與顧客權益的最佳規劃與決策，滿足顧客需求及面對競爭激烈的市場。強化了erp系統中以傳統mrp規劃邏輯為主的生產規劃與排程的功能，aps 系統的同步規劃能力，不但使得規劃結果更具備合理性與可執行性，亦使企業能夠真正達到供需平衡的目的[10]。3.3.2

執行過程調度

三一車間內一排排的mes終端機，生產線上明亮的led屏幕，整齊劃一的醒目安全燈是系統給我們帶來直觀的印象。sanymes系統是指由三一集團it總部自主研發的制造執行系統，它充分利用信息化技術，從生產計劃下達、物料配送、生產節拍、完工確認、標準作業指導、質量管理、關重件條碼采集等多個維度進行管控，并通過網絡實時將現場信息及時準確地傳達到生產管理者與決策者[11]。該

系統除了通過各種方式如短信、郵件向管理者傳遞生產信息外，其設置在生產現場的mes終端機，給一線工人生產制造帶來了極大的便利。

通過mes終端機，生產線工人不僅可以及時報完工、方便快捷地查詢物料設計圖紙和庫存情況，更重要的是sanymes終端機可以正確地指導工人每個工位如何進行安裝、安裝時候需要哪些零部件，同時給予安全提示。有了mes系統后，再也不用去借圖紙，直接在mes終端就能查到最新的圖紙信息，3.3.數字化質量檢測

目前，三一在質檢信息化方面，通過gsp、mes、csm及qis的整合應用，實現涵蓋供應商送貨、零件制造、整機裝配、售后服務等全生命周期的質檢電子化，并實現了spc分析、質量追溯等功能。

以前質檢，是采用紙質記錄本記錄檢驗結果和全觸摸屏操作，簡單方便，而且通過查看標準作業指導以規范工人的操作，避免了紙質作業指導書的損壞和更新不及時造成的附加作業，極大提高了工作效率和作業質量[12]。3.3.3 數字化物流管控

三一自動化立體倉儲配送系統實現了該公司泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與agv配套實現工位物料自動配送至各個工位。

根據泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線在車間的位置，北自所設計了兩個庫區，1#庫負責泵車物料的儲存、揀配功能，2#庫負責拖泵、車載泵物料的儲存、揀配功能，兩個庫區共用一個設置1#庫區的入庫組盤區域，2#庫入庫的物料在入庫組盤區完成組盤后通過地下輸送通道自動輸送進入2#庫庫區存儲。

倉儲模式采用自動化立體倉庫存儲（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫存儲（主要儲存小件為主）+平面倉庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資）。自動化立體倉庫和垂直升降庫的數據采用一套軟件進行統一管理，集中配送。通過垂直升降庫的應用，解決了將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業壓力，有效地提高了整個系統的作業能力。

揀配模式采用提4臺套提前一班（8小時）揀配模式，按照工位進行配送。在兩個庫區分別設置了兩層的配盤區域，根據裝配工位數量及各工位裝配物料情況，對配盤區域的揀配托盤位置進行分配，揀配過程中采用led顯示屏+rf手持終端模式進行人工作業。北自所根據各工位裝配物料情況，配合用戶設計了多種不同的配送容器，采用多層存放，提高容器使用效率，減少線邊容器數量，最終提高了agv系統的搬運效率。

質量問題，現在則是用生產管理系統（mes），每一個檢驗項目都標準化、電子化，以前在本子上的內容都作為數據錄入pda和平板電腦等終端。一旦發現質量異常，系統就會第一時間自動啟動不合格處理流程，將情況發送給相關責任人?！霸诓缓细衿房刂屏鞒讨械母綦x、評審等6個環節，保證每道工序的每個產品在下一道工序前合格?！倍鴶祿匿浫雱t會為產品質量追溯提供可靠依據。三一的自制件可以具體查到是某臺產品零部件，制作時間、制作地點和工位、制作人、制作條件等信息，供應商提供的零部件則是可以查到批次和反饋。3.4

智能化生產控制中心

3.4.1中央控制室

1.生產計劃及執行情況、設備狀態、生產統

計圖；

2.智能計劃系統操作界面；

3.生產現場監控、看板展示及異常報警； 4.各區域監控信息；

5.設計部日常操作（支持10路信號同時切

入）；

6.各區域監控信息；

7.物流部日常操作（支持10路信號同時切

入）；

8.質量部日常操作（支持10路信號同時切

入）。3.4.2

現場監視裝置

全方位的工廠車間監控系統能實現對生產過

程的全面監控和記錄，保證生產現場的安全，以及現場事故的追溯和回放。3.4.3 現場andon andon系統能夠為操作員停止生產線提供一套新的、更加有效的途徑。在傳統的汽車生產線上，如果發生故障，整條生產線立即停止。采用了andon系統之后，一旦發生問題，操作員可以在工作站拉一下繩索或者按一下按鈕，觸發相應的聲音和點亮相應的指示燈，提示監督人員立即找出發生故障的地方以及故障的原因。一般來說，不用停止整條生產線就可以解決問題，因而可以減少停工時間同時又提高了生產效率。

andon系統的另一個主要部件是信息顯示屏。每個顯示面板都能夠提供關于單個生產線的信息，包括生產狀態、原料狀態、質量狀況以及設備狀況。顯示器同時還可以顯示實時數據，如目標輸出、實際輸出、停工時間以及生產效率。根據顯示器上提供的信息，操作員可以更加有效的開展工作。智能工廠理念

所謂“六維智能理論”，就是在設備聯網+遠程數據采集的基礎上，實現智能化的生產過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠。4.1 行業背景

“工業4.0”被認為是以智能制造為主導的第四次工業革命或是工業體系革命性的生產方法，而智能工廠將是構成未來工業體系的一個關鍵特征。在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網絡里自然地相互溝通協作，生產出來的智能產品能夠理解自己被制造的細節以及將如何使用，能夠回答“哪組參數被用來處理我”、“我應該被傳送到哪里”等問題。同時，智能輔助系統將從執行例行任務中解放出來，使他們能夠專注于創新、增值的活動；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實現更好地結合，個體顧客的需求將得到滿足。德國工業4.0、美國ge工業互聯網均是“工業4.0”的典范，但中國有自己特殊的國情，中國制造企業打造智能工廠，不能完全照搬國外模式，而是既要緊跟國際先進理念，還要符合中國企業的實際情況[13]。

4.2

概念內涵

美國與德國的工業發展戰略核心均為cps（cyber-physical system）系統，是典型的二元戰略。美國是c(cyber，包括：數字、信息、網絡等虛擬世界)+p(physical，包括機器、設備、設施等實體世界)，德國是p+c，兩國均是基于高素質勞動者、國家人力匱乏、企業高協同化、高法制化的基礎之上而提出的戰略；而中國裝備水平較美國和德國有一定差距，數據采集分析決策能力也有局限，但中國具有人力資源優勢，所以應該充分挖掘人的作用。因此，中國制造企業推進工業發展不能完全照搬發達國家的二元戰略，更宜采用cpps（cyber-person-physical system）人機網三元戰略，充分體現人的能動作用。

圖7

所謂“三元戰略”，包括勞動者及其技能、素養、精神、組織、管理等，cpps戰略體現了以人為本，繼續發揮與挖掘了中國在人力資源方面的優勢，揚長補短，實現人與賽博、物理虛實兩世界的融合和迭代發展，構建以賽博智能為目的的人機網三元戰略方案更符合中國國情[14]。

所謂“六維智能理論”，就是在設備聯網+遠程數據采集的基礎上，實現智能化的生產過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個方面包括：

1.智能計劃排產，是從計劃源頭上集成erp，進行aps高級排產。

2.智能生產協同，從生產準備過程上，實現

物料、刀具、工裝、工藝的并行協同準備。3.智能的設備互聯互通，是cps信息物理系

統的典型體現，實現數字化生產設備的分布式網絡化通訊、程序集中管理、設備狀

態的實時監控等。4.智能資源管理，包括對物料、設備、刀具、量具、夾具等生產資源進行精益化管理、庫存智能預警等。

5.智能質量過程管控，是對影響產品質量的生產工藝參數進行實時采集、控制，確保產品質量。

6.智能決策支持，是基于大數據分析的決策支持，形成管理的閉環，以實現數字化、網絡化、智能化的高效生產模式。

總之，通過以上6個方面智能的打造，可極大提升企業的計劃科學化、生產過程協同化、生產設備與信息化的深度融合，并通過基于大數據分析的決策支持對企業進行透明化、量化的管理，可明顯提升企業的生產效率與產品質量，是一種很好的數字化、網絡化的智能生產模式。

圖8 4.3

應用前景

“六維智能”分別從計劃源頭、過程協同、設備底層、資源優化、質量控制、決策支持等6個方面著手實現智能工廠，這6個方面涵蓋了工業生產的6個重要環節，可實現全面的精細化、精準化、自動化、信息化智能化管理與控制，通過底層設備的互聯互通、基于大數據分析的決策支持、可視化展現等技術手段，實現生產準備過程中的透明化協同管理、數控設備智能化的互聯互通、智能化的生產資源管理、智能化的決策支持，從而全方位達到智能化的生產過程管理與控制[15]。

從“六維智能”解決方案在青島海爾模具有限公司的實際應用效果來看，較好地達到了智能化生產過程管理與控制的目的。該系統是專門為海爾模

具定制的，是海爾模具生態圈的主要組成部分，系統以生產設備為核心，從設備底層層面實現了機床、對刀儀等設備的互聯互通與大數據分析，從生產管理層面實現了協同準備并行作業，從展現層面實現了生產信息的可視化。實施本系統后，操作工的作業效率從原來1個人管理3臺設備提升到7～8臺設備，設備利用率提升25%以上，使生產管理更加透明、科學、高效，應用效果比較明顯，在海爾模具的數字化制造與管理中發揮了重要的作用。工業4.0落地戰略

“工業4.0”不同的人從不同維度來解讀，涉及到國家戰略、產業戰略、企業發展等不同的層面。就從企業的層面去研究，看看企業層面實現工業4.0該怎么做，怎么走，有沒有路線圖？

近期，隨著“工業4.0”的在網絡上越炒越熱，我國也推出了“中國制造2025”戰略，在國家戰略需求的驅動下，中國對于制造大國向制造強國的邁進之路也陡然提速，這將對中國制造轉型升級打通主動脈。就企業層面來說中國版工業4.0如何落地將成為重點，如何通過信息技術和制造技術的深度融合，打通一切、聯通一切是企業信息化建設的目標[16]。

工業4.0是什么？每個人站在不同的角度會有不同的理解，是互聯、集成(縱向、橫向、端到端)、數據、創新、服務、轉型或是cps、是智能工廠、是智能制造亦或是國家戰略、企業目標。工業4.0核心內容就是建一個網絡、三項集成、大數據分析、八項計劃和研究兩個主題。

5.1

建一個網絡：信息物理網絡系統（cps）

cps是英文cyberphysical system的縮寫，就是講物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合，將網絡空間的高級計算能力有效的運用于現實世界中，從而在生產制造過程中，與設計、開發、生產有關的所有數據將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產系統。

圖9 5.2

三個集成

工業4.0中的三項集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過cps形成一個智能網絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯，從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實現工業4.0的重點也是難點。5.2.1 縱向集成

縱向集成主要解決企業內部的集成，即解決信息孤島的問題，解決信息網絡與物理設備之間的聯通問題。5.2.2 橫向集成

橫向集成主要實現企業與企業之間、企業與售出產品之間（如車聯網）的協同，將企業內部的業務信息向企業以外的供應商、經銷商、用戶進行延伸，實現人與人、人與系統、人與設備之間的集成，從而形成一個智能的虛擬企業網絡。制造業普遍存在的工程變更協同流程就是這樣一個典型的橫向集成應用場景。5.2.3 端到端的集成

端到端集成就是把所有該連接的端頭（點）都集成互聯起來，通過價值鏈上不同企業資源的整合，實現從產品設計、生產制造、物流配送、使用維護的產品全生命周期的管理和服務，它以產品價值鏈創造集成供應商（一級、二級、三級??）、制造商（研發、設計、加工、配送）、分銷商（一級、二級、三級??）以及客戶信息流、物流和資金流，在為客戶提供更有價值的產品和服務同時，重構產業鏈各環節的價值體系。

端到端的集成即可以是內部的縱向集成內容，也可以是外部的企業與企業之間的橫向集成內容，關注點在流程的整合上，比如提供用戶訂單的全程跟蹤協同流程，將用戶、企業、第三方物流、售后服務等產品全生命周期服務的端到端集成。

橫向、縱向、端到端三個集成的實現，不論技術層面還是業務層面在soa信息集成都能找到相應的解決方案。5.3

大數據分析利用

“工業4.0”時代，制造企業的數據將會呈現爆炸式增長態勢。隨著信息物理系統（cps）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產裝備、感知設備、聯網終端，包括生產者本身都在源源不斷地產生數據，這些數據將會滲透到企業運營、價值鏈乃至產品的整個生命周期，是工業4.0和制造革命的基石。

總體來說，工業4.0關注的企業數據分為四類： 5.3.1

產品數據

包括設計、建模、工藝、加工、測試、維護、產品結構、零部件配置關系、變更記錄等數據。產品的各種數據被記錄、傳輸、處理和加工，使得產品全生命周期管理成為可能，也為滿足個性化的產品需求提供了條件。5.3.2

運營數據

運營包括組織結構、業務管理、生產設備、市

場營銷、質量控制、生產、采購、庫存、目標計劃、電子商務等數據。工業生產過程的無所不在的傳感、連接，帶來了無所不在的數據，這些數據會創新企業的研發、生產、運營、營銷和管理方式。5.3.3

價值鏈數據

包括客戶、供應商、合作伙伴等數據。企業在當前全球化的經濟環境中參與競爭，需要全面地了解技術開發、生產作業、采購銷售、服務、內外部后勤等環節的競爭力要素。大數據技術的發展和應用，使得價值鏈上各環節數據和信息能夠被深入分析和挖掘，為企業管理者和參與者提供看待價值鏈的全新視角，使得企業有機會把價值鏈上更多的環節轉化為企業的戰略優勢。例如，汽車公司大數據提前預測到哪些人會購買特定型號的汽車，從而實現目標客戶的響應率提高了15%至20%，客戶忠誠度提高7%。5.3.4 外部數據

包括經濟運行、行業、市場、競爭對手等數據。為了應對外部環境變化所帶來的風險，企業必須充分掌握外部環境的發展現狀以增強自身的應變能力。大數據分析技術在宏觀經濟分析、行業市場調研中得到了越來越廣泛的應用，已經成為企業提升管理決策和市場應變能力的重要手段。

工業4.0落地中國企業，工業大數據是一項重要抓手。利用工業大數據分析，可以找出隱性的問題并預測未知情況的發生，有助于及時地做好預防，避免故障和偏差。結論

以三一重工18號工廠作為研究對象.對其運作方式、運作特點進行了較為詳細地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進一步得出了智能工廠的框架，為系統化建設智能工廠打下了基礎。主要的研究結論如下：

1.在理論上對數字化工廠、智能工廠和智能制造進行了分析指出，要又好又快地發展智能工廠就必須先建設好數字化工廠。

2.對比三一重工18號工廠實現智能化之后生產效率得到提升，直觀地反映了智能化對制造業帶來的好處。

3.通過對18號工廠的生產線、物流系統、執行系統、控制中心進行分析，找到了工廠可實現智能化的內在基因。也就是在設備聯網+遠程數據采集的基礎上，實現智能化的生產過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠(1)。

4.概括了智能工廠的框架，提出了運用大數據分析，做好cps和三個集成是實現智能工廠的前提條件，而智能工廠的標志就是生產流程智能化，生產設備動態適應個性化的產品需求。

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智能制造發展報告智能制造研究報告篇3

船舶智能制造

摘要：當前世界經濟復蘇艱難曲折、全球航運市場持續低迷、造船產能面臨著嚴重過剩，市場競爭激烈。在這種形勢下，振興制造業，加快結構調整、全面轉型升級、推動產業快速邁向高端，已成為全行業的共識。當前，我國船舶制造行業處于一個變革的時代。新一輪的工業變革已經開始，而其中，制造業數字化、網絡化、智能化作為革命的核心力量。這場“智”造革命所帶來的風暴，將深刻影響著我國造船業的未來。

關鍵詞：船舶；智能制造；數字化；自動化 1.引言

西方發達國家振興制造業走的是一條新路子，主要是依靠科技創新，搶占國際產業競爭制高點、增強經濟發展核心競爭力，謀求未來發展的主動權。以智能化為核心的裝備制造業變革正牽引著傳統工業發展革命性的演變，正推動著全球新一輪科技創新高峰的形成。

德、英、日等國家相繼推出一系列重振制造業的重大舉措，力圖在知識技術密集的高端制造業重塑競爭優勢。如“工業 4.0”是德國政府推出的《高技術戰略 2020》十大未來項目之一。作為一個風靡全球的概念，“工業 4.0”提供了工業制造的新思維，被稱為是繼蒸汽機應用、規?；a和電氣、電子信息技術等三次工業革命后的第四次工業革命，其特征是以大數據為基礎、以預測技術為核心的智能制造使用，目的是大幅度提高產品生產、產業鏈運行的質量和效率，推動實現傳統制造業的轉型。此外，美國提出了“先進制造業國家戰略計劃”，日本提出組建科技工 業聯盟，英國提出了“工業 2050”。最近，中國也公布了中國版的“工業 4.0”，即“中國制造 2025”規劃，并提出了“互聯網+”計劃。

專家表示，我國要著力改變造船業“大而不強”的局面，就要依靠創新驅動發展，推動中國造船業盡快實現智能化。而“互聯網+”行動計劃和“中國制造 2025”戰略的提出，為我國造船業實現從“量”到“質”的轉變創造了機遇，同時也帶來重大挑戰。

2.智能制造介紹

“工業4.0”是繼蒸汽機應用（機械時代）、電子信息技術（電氣時代）和網絡通信技術（信息時代）之后的第四次工業革命，最早在2013年4月的德國漢諾威工業博覽會上正式提出，與美國通過程序提升“先進制造業”、推進“柔性制造系統”有異曲同工之妙?！肮I4.0”為中國經濟特別是制造業的轉型升級、結構調整指明了發展方向?！肮I4.0”其特征是基于信息物理系統、物聯網和互聯服務，通過大數據分析和云計算，以預測技術為核心來指導高效高品質生產的智能制造和應用，目的是大幅度地提高產品生產、運行的質量和效率，實現信息技術、物聯網、智能生產和流通消費相融合的革命性方法，將徹底推動傳統制造工業的服務化轉型升級。

智能制造技術是在現代傳感技術、網絡技術、自動化技術是在現代傳感技術、網絡技術、自動化技術以及人工智能的基礎上，通過感知、人機交互、決策、執行和反饋，實現產品設計過程、制造過程和企業管理及服務的智能化，是信息技術與制造技術的深度融合與集成。

智能化和自動化的最大區別在于知識的含量。智能制造是基于科學而非僅憑經驗的制造，科學知識是智能化的基礎。因此，智能制造包含物質的和非物質的處理過程，不僅具有完善和快捷響應的物料供應鏈，還需要有穩定且強有力的知識供應鏈和產學研聯盟，源源不斷地提供高素質人才和工業需要的創新成果，發展高附加值的新產品，促進產業不斷轉型升級。

智能制造是可持續發展的制造模式，它借助計算機建模仿真和信息通信技術的巨大潛力，優化產品的設計和制造過程，大幅度減少物質資源和能源的消耗以及各種廢棄物的產生，同時實現循環再用，減少排放，保護環境。3.船舶智能制造

“船舶工業4.0”，需要在現有信息化、自動化條件下構建網絡—實體融合架構，通過適應于各類用戶需求的評估、分析、預測和優化體系，以“多源數據條件下的多維評估與預測、實現協同優化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期的中國船舶工業全產業鏈，從而使得中國船舶工業未來能夠更好地以市場為導向，以智能船舶為紐帶，走向定制規?；?、管理精細化、服務高效化，以更好地創造和實現新價值?！按肮I4.0”將促使造船廠借助物聯網、大數據、人工智能取代封閉性的生產制造系統，成為未來船舶工業的根基，徹底使我國由造船大國向造船強國轉變。雖然“船舶工業4.0”還在探索，但新的變革浪潮必然會席卷而來，企業只有占得先機才能成為行業的引領者。

智能制造是自動化制造未來發展的方向，是信息化和自動化的高度集成，具有智能化、柔性化和高度集成化。船舶智能制造是指實現船舶制造工業各個環節的最優化、智能化和自動化。涉及到的智能技術主要包括：新型的傳感技術、網絡互聯技術、先進的控制和優化技術、基于虛擬現實的故障診斷與維護技術、基于 rfid 芯片的識別技術、特殊工藝和精密制造技術以及安全技術等。3.1智能船舶系統體系結構

智能船舶不是單指船舶實體本身，而是一套完整的系統，其核心技術是網絡和智能船舶融合、岸海一體的智能信息服務體系。智能船舶系統是通過設計企業、制造企業、運營企業和服務企業之間的信息共享，構建一個“網絡化、系統化、智能化和服務化”的網絡和智能船舶的融合架構，實現從設計、生產、運營到服務的全流程體系的協同，建立船舶全生命周期的產業鏈，通過相關數據的分析挖掘，為企業創造新的價值。智能船舶系統主要包括：智能設計、智能制造、智能船舶、智能操作、智能運營、智能服務以及云計算平臺七大模塊，如圖1 所示。

圖1 智能船舶系統體系結構

智能船舶系統構建在云計算平臺之上，實現數據的云存儲以及大數據的分析與挖掘，系統以智能船舶實體為核心，涉及智能船舶的設計、制造、操縱、運營以及服務各功能模塊，涵蓋了智能船舶從設計制造到報廢淘汰的整個生命周期數據的分析與應用。智能船舶系統的生命周期如圖2 所示。

圖2 智能船舶系統生命周期

智能船舶系統具有以下特點：

1）系統性。智能船舶系統不再單指船舶實體本身，它是由多個子系統集成的船舶與岸基一體化智能信息服務體系，主要包括船舶設計、制造、操作、運營、服務等系統。

2）網絡性。系統的基礎是基于網絡互聯，借鑒傳感技術、互聯網、云計算等先進技術，實現船舶設備與設備之間、設備與船舶、船舶與岸基、岸基與云中心等的網絡聯結，實現信息共享、遠程控制與通信交流等。

3）智能性。智能船舶系統是一個多智能體系統，通過云計算平臺對船舶相關大數據的分析、預測、評估、推理等，實現正確的決策，通過傳感技術、虛擬技術、識別技術等理論方法，實現船舶設計、制造、操縱、運營、服務過程的智能化。

4）協同性。智能船舶系統涵蓋了船舶設計企業、制造企業、運營企業以及服務企業，實現信息共享，企業之間可以相互提出請求和提供服務，實現協調運作與競爭，共同發展。5）柔韌性。系統能夠適應快速變化的船舶設計、制造、運營和服務需求，通過大數據分析和溝通交流，能夠對變化的市場需求做出及時的反應，具有較強的適應性。

6）追溯性。系統對船舶從設計、制造、使用、淘汰的全過程進行跟蹤，對船舶出現的問題能夠及時的追溯和處理。

7）服務性。智能船舶系統是船舶與岸基一體化的智能信息服務體系，能夠及時提供各種增值服務，從設計、制造、使用、維護、維修、物流等全方位提供不同的服務需求。3.2數字化造船

3.2.1數據集成平臺技術

船舶平臺信息集成系統是進行數據交換和業務系統運行的平臺，它規范了信息交換和系統運行標準及接口定義等，為業務應用系統提供良好的系統接口、穩定的運行環境和嚴格的管理界面。船舶信息系統的結構如圖3所示，其中處理機、智能傳感器和帶有數字化接口的設備物理地分布于船上的各個部位，各自獨立運行，它們通過網絡設備連接，構成一個分布式系統。該系統又是通過集成支撐環境將各個獨立的系統連通集成進行信息交換和消息傳遞，形成一個有機的整體。船舶平臺信息集成系統負責除指控系統外其他所有信息的共享與交換。資源管理中心、控制中心、信息管理中心和操控臺之間的信息傳輸和消息傳遞統一通過船舶平臺信息集成系統控制完成。

圖3船舶信息系統的結構

船舶平臺信息集成系統的核心是任務管理調度子系統和數據訪問中間件兩大部分，平臺本身也是作為中間件以通用組件的形式對應用要求的功能提供支持，包括流程調度與控制、權限控制和數據訪問等支持。系統的最底層是各類分布的異構數據庫管理系統。船舶平臺信息集成系統的體系結構，任務管理調度子系統通過傳遞消息控制應用系統中模塊的運行演程、數據訪問中間件通過發送和接收數據控制應用系統的數據流程。權限控制子系統、任務與信息監控子系統通過對數據流和控制流的監控和控制完成自身的功能。3.2.2虛擬現實技術

虛擬現實技術最早由美國vpl research inc．公司提出的，涉及計算機、微電子、仿真與傳感測量等眾多高新技術，它是利用計算機在電腦上構造出一個與現實世界相同或相似的環境，人們通過虛擬設備就可以與虛擬環境進行交流互動，就像在現實世界中一樣。人們不僅能從視覺上感知虛擬世界，同時也可以從嗅覺、聽覺甚至觸覺等方面來感知虛擬世界。在計算機中構造的虛擬世界是一個開放的環境，不僅能夠對人們通過虛擬設備傳遞給它的信息做出反饋，還能夠讓人們“真實”地感知虛擬環境下的虛擬實物。

虛擬現實系統主要由五方面組成：虛擬引擎、輸入/輸出設備、軟件和數據庫、用戶以及任務，其中虛擬引擎和i/o設備是虛擬現實系統的核心，他們之間是通過以下組成關系來完成虛擬任務的，如圖3所示：

圖3 虛擬現實系統組成部分

vr引擎是虛擬仿真系統的核心部位，通過讀取輸入設備中的數據信息，訪問與任務相關的數據庫并進行實時計算，完成相應工作任務，最后通過輸出設備反饋任務結果。

i/o設備是實現虛擬環境交互性的基礎。人們通過專門的數據接口給計算機發送命令，同時計算機也會將實時的模擬信息反饋給用戶。比較常見的i/o設備有三維位置跟蹤器，即傳感衣、三維聲音發生器、數據傳感手套等。

軟件和數據庫，根據各個領域的應用側重點不同，目前虛擬現實系統的vr仿真軟件

有很多種，軟件和數據庫的主要功能有兩部分：

1)建立虛擬對象的幾個模型，根據需要也可以加入物理屬性和行為特性，同時構造虛擬對象層次結構，建立i/o設備到虛擬場景的映射。

2)創建虛擬環境，創建連通應用程序與虛擬世界的數據接口，從而實現人機交互。任務指的是虛擬現實系統需要完成的命令和工作。傳統的虛擬現實系統主要運用在教育、娛樂、醫療和軍事，新型的虛擬現實系統主要運用在機器人、制造業和信息可視化等領域。

虛擬現實技術的特點主要通過四個方面來表現，他們之間的關系如圖4所示：

圖4虛擬現實技術的特點

多感知性：所謂多感知性就是除了一般計算機所具有的視覺感知之外，還擁有其他方面的感知，比如聽覺感知、觸覺感知、嗅覺感知、味覺感知、甚至運動感知等。沉浸感：沉浸感是指計算機生成的虛擬環境讓人有一種真實的存在感，猶如身臨其境，所有感知就像在真實世界一樣。要有沉浸感，除了逼真的三維模型，還必須有人機交互作用才能夠實現。

想象性：在進入虛擬環境時，不僅僅是依靠外設的一些虛擬設備，像數據手套之類的來提供沉浸感，同時也要通過想象把虛擬的環境構造出來，想象性從一方面也表達了作者的設計思路。

交互性：虛擬環境是一個開放的環境，它能通過人們輸入的信息感知人們的意愿，并做出相應的反饋，交互性的優劣主要由實時性和自然性來體現。

在經濟全球化的今天，國際市場競爭非常激烈，尤其是工程制造領域。新技術、新產品日新月異，這對新產品的設計開發和制造提出了更高的要求，企業要在這樣嚴峻的挑戰下生存發展，就必須有全新的、強有力的技術支撐，虛擬現實技術就是工程制造領域未來發展的技術力量。

虛擬現實技術最早是由國外提出的，經過多年的發展已經在航空航天、汽車制造、醫療康復、教育娛樂以及軍事等領域得到了廣泛的應用。而我國在上世紀九十年代，工程界和科學界才開始關注虛擬現實技術的研究和開發，雖然起步較晚，但是信息技術的快速發展和信息共享，目前虛擬現實技術在我國的各個領域也得到了廣泛的應用，同時國內的科研院所和高校也在不斷的對其進行深入地研究。虛擬現實技術在工程制造業的應用主要體現在兩個方面：產品外形結構設計，產品裝配工藝過程的優化確定。產品外形結構的設計又分為三個方面：以設計為中心的虛擬制造技術、以生產為中心的虛擬制造技術和以控制為中心的虛擬制造技術。4.船廠項目案例

4.1南通中遠川崎船舶智能制造項目案例

南通中遠川崎的船舶制造智能車間建設，實現了各加工系列的智能制造，達到工裝自動化、工藝流水化、控制智能化、管理精益化，保障了產品質量的穩定，縮短了加工周期，極大地提高了生產效率，產品質量和建造效率達到世界先進水平。

南通中遠川崎在船舶智能化制造方面，率開國內先河，高度自動化的流水作業生產線加上柔性化的船舶生產工藝流程，實現了船舶制造的自動化操作和流水式作業。

1．型鋼生產線

型鋼是船體常川部材之一，原先的生產方式．從畫線、寫字到切割、分料．完全采用手工作業，效率低。周期長．勞動強度大，且難免出現誤操作。型鋼自動化生產線建成后．實現了從進料一切割一自動分揀一成材分類疊放全過程的智能制造．包括物料信息傳輸和物料切割智能化以及物料分類感知智能化．配員由原來的20人減少為7人．有效減少了人工成本，縮短了生產周期．降低了勞動強度，為后續擴大機器人應用積累了經驗。

2．條材機器人生產線

條材是分段制造的主要部材之一，它的特點是數量多，大部分部材比較短小原來的生產方式．包括畫線、寫字、開條、端部切割、打磨、分料等全是手工作業．效率低．生產周期長，容易出錯。條材機器人生產線的投產，實現了信息傳輸和物料傳輸感知智能化以及加工智能化．配員南原來的22人減少為8人，提高了生產效率．縮短了生產周期，降低了勞動強度． 3．先行小組立機器人生產線

盡管造船中厚板電弧焊接實現機器人作業困難很多，但南通巾遠川崎還是從最簡單的先行小組材開始，推進機器人焊接。傳統的制造方式是，鋼板在定盤上全面鋪開。一塊一塊地裝配、焊接、翻身、背燒，占用面積大，制造周期長．效率低。先行小組立機器人生產線投產后．實現了工件傳輸和焊接智能化，以及自動背燒、自動工件出料．整條生產線僅配一名員員操作，配員減少一半以上。流水線生產方式是工業化大生產的必然要求．對造船業而言．車間內生產作業的流水線化將是今后實施船舶智能制造的一個重要發展方向。目前南通中遠川崎已實施了大艙肋骨生產線、y龍筋生產線、焊接裝置等數個半自動化生產線技改項目，取得了良好的效果。

4．智能物流系統

采用“橫向到邊、縱向到底”的設計原則，建立了功能完善的智能物流系統，并與設計系統高度集成，從而將企業的人力、資金、信息、物料、設備、時間、方法等各方面資源充分調配和平衡，為企業加強財務管理、提高資金運營水平、減少庫存、提高生產效率、降低成本等提供強有力的支持。

4.2金海重工打造智能船廠之路

船舶制造是一項傳統產業，近年來，金海重工股份有限公司對其進行數字化和智能制造的改造，以期把企業打造成先進的智能船廠。目前，這項工作取得了一定進展和成效。

攻堅重點

金海重工在開始打造智能化船廠時，非常重視數字化基礎工作的落地。目前，金海重工主要圍繞以下3個核心開展工作：一是生產計劃管理與實施核心；二是物流核心；三是設計核心。

3個核心中有一個靈魂，就是生產計劃管理與實施。這項計劃管理工作不是一個數據管理，而是一個行為管理。它的里面包括了計劃的制訂和計劃實施的監控，以及可控化的計劃的落實。此項工作是金海重工眾多數字化項目中比較通順的。船廠的物流情況通常十分復雜，不僅廠外供應商物流復雜，而是廠內各種配料、送料等情況也十分繁瑣。為此，金海重工搭建了一套完整的供應鏈系統。這套供應鏈系統從設計環節開始，包括設計、預算/規劃、供應商、詢價/合同、送貨/質檢、廠區物流、領導生產、托盤集配、倉諸管理等子項目。

金海重工十分重視設計工作，無圖紙化設計是其目前大力推廣的一項內容。與設計相關的各種工作，都離不開數據的支撐。為此，金海重工重點實施了把行為變成數據、讓數據變成可控狀態的一項工作。這項工作緊要，卻十分艱巨，僅其中一項編碼工作，就花了6個月的時間。注重工作協同船廠工作千端萬緒，若要做好工作，必須加強協同。

計劃生產

計劃生產這項工作，既涉及到銷售環節，又涉及到供應鏈環節，而且它最后要落實到工人的崗位——金海重工采用的是給每個工人發派工作包的形式。這個工作包就是每名工人在作業開始的時候就必須要明確的落實的工作內容，包括工作對象、工作量、工作場地和工作中需要注意之處。

供應鏈

金海重工的供應鏈很長，包括從供應商開始，經計劃調度、項目管理到進庫，及進庫后的模塊化出庫。出庫兩個含義，一是外來產品組裝件的組合，另一個是廠內產品和外來產品的組合——船舶行業稱之為“托盤管理”。托盤管理需要在物流環節、運輸環節等供應鏈中間充分地組合好?！巴斜P管理”中可能要涉及到上千個零部件，所以，這項工作的內容也是數字化集成和邏輯關系的一種表現。

生產過程智能化

智能船廠的生產過程必須用自動化和數據化來完成，以實現產品的成本降低、質量提升和安全生產。目前，金海重工對此領域進行積極而成功的探索。

鋼板自動標記

這項工作遠非一般人認為的買一塊鋼板然后在其上貼二維碼那么簡單。船廠在生產過程中會遇到一個很大的困難，鋼板進廠后，必須進行高溫高壓條件下的預處理。如果事先把二維碼貼在上面，那么鋼板預處理結束后，二維碼肯定消失了。所以，這就要求廠方加強鋼板預處理前的一個編碼控制。金海重工經過大量實驗，解決了這個難題。鋼板在預處理之后，編碼也會留在上面，而且經過多少道工序，都會被找到，甚至它與其他原配料結合一起成為一個零件，都會留有數據基礎。

數控聯合集成

數控設備已經應用了幾十年，傳統方式下都是單機操作，金海重工把它們改造成流水線作業組合的操作模式。目前在切割環節中進行了成功的應用。汽車行業是用機器人進行切割，而金海重工根據自身生產的特點和需求，用了焊接組合的方式來進行代替，取得了不錯的效果。這種通過對現有設備以適應智能制造要求的模式，在以后還有很大的發展空間。

柔性模具

船體的形狀多變，不同的船型，所以要根據實際情況運用冷加工和熱加工。所以，船廠就要設計一個柔性模態。用同一個模態應對所有船舶曲線、平面的加工。這其中數據的采集點和數據量，包括有線源的控制，金海重工投入很大精力才完成。

自動涂裝系統

涂裝工序是一項高風險工作，企業面臨招不到工人從事此項工作的困境。涂裝的機器人作為一種理想的解決方案，在船廠向智能化推進過程還面臨著一些問題，金海重工目前正存積極研究，博采眾長，準備攻克這個難題。5.結語

船舶智能制造，需要在現有信息化、自動化條件下構建網絡—實體融合架構，通過適應于各類用戶需求的評估、分析、預測和優化體系，以“多源數據條件下的多維評估與預測、實現協同優化”為核心，形成更具高附加值的船舶制造、使用、管理、物流等面向全生命周期的中國船舶工業全產業鏈，從而使得中國船舶工業未來能夠更好地以市場為導向，以智能船舶為紐帶，走向定制規?；?、管理精細化、服務高效化，以更好地創造和實現新價值。船舶智能制造將促使造船廠借助物聯網、大數據、人工智能取代封閉性的生產制造系統，成為未來船舶工業的根基，徹底使我國由造船大國向造船強國轉變。雖然船舶智能制造還在探索，但新的變革浪潮必然會席卷而來，企業只有占得先機才能成為行業的引領者。

目前國內船舶業尤其是海工裝備產品以型多量少、船東個性化要求高、船型復雜技術含量高著稱，但市場的低迷、傳統生產的瓶頸、高端技術的缺乏等越來越影響到船舶業的發展，以智能化為核心的裝備制造業變革正牽引著傳統工業發展革命性的演變，為船舶業產品生產的智能化指明了方向：建立智能化的生產系統和車間，使智能化設備機器代替人工操作的機器，搭建設計、生產、采購一體化智能生產流程設施，通過云技術把所有生產資源都連接起來，使目前的半自動化生產向智能化生產系統轉變，促使船舶及海工產品向定制化、規?；?、管理精細化、以最小代價獲取最大利益的方向發展，實現定制化與規?；?、個性化與普適化、虛擬與實體、微觀與宏觀、當前與未來的結合。參考文獻

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智能制造發展報告智能制造研究報告篇4

智能制造綜述

馮劍龍 1043115257 摘要

本文評述了智能制造技術與智能制造系統，指出了智能制造確系21世紀的制造技術，分析了智能制造在發展中的問題，提出我國智能制造的近期研究重點應為其關鍵基礎技術。

關鍵詞智能制造智能制造技術智能制造系統智能機器 集成化智能化 智能制造系統的研究背景與發展現狀

近來年，人們對制造過程的自動化程度賦予了極大的研究熱情，這是因為從1870年到1980年間，制造過程的效率提高了20倍，而生產管理效率只提高了1.8～2.2倍，產品設計的效率只提高了1.2倍。這表明體力勞動通過采用自動化技術得到了極大的解放，而腦力勞動的自動化程度(其實質是決策自動化程度)則很低，制造過程中人的因素尚未得到充分的認識，人尚未真正地從復雜的生產過程中解放出來，各種問題求解的最終決策在很大程度上仍依賴于人的智慧。因而，人類群體所面臨的眾多問題(包括社會問題、生理問題等)在制造過程中都有所反映。面對批量小、品種多、質量高、更新快的產品市場競爭要求以及各種社會因素的綜臺影響.制造過程的自動化程度的提高面臨眾多問題，譬如；(1)專家人才的短缺和轉移致使一些專門技能不能及時或長久地得到提供；(2)現代制造過程中信息量大而繁雜，傳統的信息處理方式已不能滿足要求，大量的信息資源需要開發與共享；(3)制造環境柔性要求更大，決策過程更加復雜，決策時問要求更短。各種跡象表明，“我們正處在制造歷史上的一個危險時期” 幸運的是，計算機與計算機科學以及其它高技術的發展，通過集成制造技術、人工智能等而發展起來的一種新型制造工程—— 智能制造技術(intelligent manufacturing technology，imt)與智能制造系統(inteliigent manufacturingsystem，ims)使我們有可能走出這個危機，“帶來真正的第二次工業革命”。這是因為，制造過程所面臨的眾多問題的核心是“制造智能(nlanufacturing iteliigence)”和制造技術的“智能化(intellecturallzation)。imt是指在制造工業的各個環節以一種高度柔性與高度集成的方式，通過計算機模擬人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，旨在取代或延伸制造環境中人的部分腦力勞動；并對人類專家的制造智能進行收集、存貯、完善、共享、繼承與發展。未來工業生產的基本特征應該是知識密集型.制造自動化的根本是決策自動化。目前，imt~ims的研究正迅速受到眾多國家的政府、工業界和科學家們的廣泛重視，研究方向從最初的“人工智能在制造領域中的應用”發展到今天的ims，研究課題涉及的范圍由最初僅一個企業內部的市場分析、產品設計、生產計劃、制造加工、過程控制、材料處理、信息管理、設備維護等技術型環節的自動化.發展到今天的面向世界范圍內的整個制造環境的集成化與自組織能力+包括制造智能處理技術、自組織加工單元、自組織機器人、智能生產管理信息系統、多級競爭式控制網絡、全球通訊與操作網等?？傊?，智能制造是21世紀的制造技術，作為其特征的雙i(integration＆ intelligence)將是21世紀制造業賴以行進的基本軌道。從更深刻的意義上講，智能制造是從信息時代走向智能時代面臨的第一個嚴重任務。存在的問題

總的說來，目前ims的研究仍處在人工智能在制造領域中應用的階段，研究課題涉及到市場分析、產品設計、制造過程控制、材料處理、信息管理、設備維護等眾多方面，取得了豐碩的成果.開發了種類繁多的面向特定領域的專家系統、基于知識的系統和智能輔助系統，甚至智能加工工作站(imw)，形成了一系列“智能化孤島”(islands of intelligence)。這中間包括cims研究中所取得的有關進展然而，隨著研究與應用工作的深入，人們逐漸地認識到自動化程度的進一步提高依賴制造系統的自組織能力，研究工作還面臨著一系列理論、技術和社會問題，問題的核心是“智能化”。一般說來，現代工業生產作為一個有機的整體要受技術(包括生產系統)、人(包括間接影響生產過程的社會群體)和經濟(包括市場競爭和社會競爭)-方面因素的制約。從技術的角度來看，對于一個企業來說，市場預測、生產決策、產品設計、原料訂購與處理、制造加工、生產管理、原料產品的儲運、產品銷售、研究與發展等環節彼此相互影響，構成產品生產的全過程。該過程的自動化程度取決于各環節的集成自動化(integrated automatlon)水平，而生產系統的自組織能力取決于各環節的集成智能(inte—grated intelligence)水平。目前，尚缺乏這種“集成”制造智能的技術，這也是目前“并行工程”的研究重點。由日本提出的國際合作研究計劃對ims的解釋可看出，ims的研究包括三個基本方面：智能活動、智能機器和兩者的有機融合技術，其中智能活動是問題的核心。在ims研究的眾多基礎技術中.制造智能處理技術(manufacturing in—telligence processing technology)是最為關鍵和追切需要研究的問題之一，因為它負責各環節的制造智能的集成和生成智能機器的智能活動。從人的因素方面來看，其一，企業內部負責各個環節的專家和技術人員有著各自不同的知識背景和解決問題的策略，他們應該“坐”在一起，通過相互之間充分的合作、協商與理解，“并行”地開睫制造過程中各環節的工作，把以后可能出現的“隱患”和“反復”降低到最低程度。其二，人們參與制造過程的智能行為和知識存在著多種層次水平、多種類型。因而要采用多種表示方式。其三，參與制造過程的群體，作為社會中的一子集，受社會發展變更的影響，這種影響都將對制造過程產生既有積極又有消極的作用 最后.人與人之間存在生活、語言、社會背景等方面的差別?？傊?，人的因素對現代生產的自動化程度有著關鍵作用。事實證明，人的因素是ims中制造智能的重要來源。從經濟因素來看，它包括三個方面：第一，ims系統的主要目標之一是全面提高制造過程的生產與經濟效益，它將把制造過程自動化的概念更新和拓寬到“集成化”和“智能化”的高度，從而具有更強的市場競爭能力 但如何設定和評價ims的各項經濟性指標和性能則是一個問題。第二，目前，在工業發達國家普遍存在著勞動力昂貴，所占生產成本的比例越來越高的問題。從當前的經濟利益出發，大量的制造企業被轉移至發展中國家，致使生產技術和勞動者因素等方面受到牽制，存在喪失他們產品市場競爭力的危險這也是智能制造國際合作研究計劃提出的重要原因之一。方向與課題

根據國內現有的工作基礎和國家的需要，以及imt＆ims研究與開發工作的特點，我們認為近期的研究點應該放在imt＆ims的關鍵基礎技術上，它主要包括以下內容：

3.1 智能制造系統理論基礎與設計技術ims的概念正式提出至今僅二三年時間。作為制造工程中的一個全新的概念，ims理論基礎與體系尚未完全形成.它的精確內涵和設計技術亟待進一步研究，具體研究內容應包括：

3.1.1 體系結構與發展戰略 需要建立ims統一的概念體系，研究ims的系統組成和發展方向以及跟蹤國際上該領域的研究前沿

3.1.2 開發環境與設計方法學ims的開發與設計方法將有別于現有任何制造系統的設計方法，因為ims是面向整個制造過程的系統和各個環節的“智能化”的 因此.有必要研究ims的設計策略和開發環境(包括開發語言、操作系統、開發工具等)必須強調ims設計過程的標準化、模塊化和通用化。

3.1.3 評價技術研究制造過程中的設計評價、生產評價、材料評價、管理評價、市場評價、經濟評價、報價評價和功能評價等問題。

3.2 制造智能理論及處理技術現代工業生產作為一個有機整體不僅是指各制造環節之間存在的技術型聯系，而且還表現在人類專家的制造智能的統一體特性方面。制造智能理論及處理技術就是要研究整個制造環境中的各種智能源的開發、描述、集成、共享與處理，最后生成智能機器的智能活動，具體研究內容包括： 3.2.1 制造環境的描述與建模研究描述制造環境的一致性概念體系、制造過程建模，影響制造過程的多因素分析與不確定性處理。

3.2.2 制造智能處理技術重點研究制造智能源的開發與獲取、制造智能的表示、制造智能的集成與共享

3.2.3 智能活動的生成與融合研究智能活動的生成策略，智能活動的機器化技術。3.3 智能制造單元技術的集成近10年來，人工智能在制造領域中的應用研究取得較大進展，建立了一些智能制造單元技術。為了應用于實際制造過程和面向21世紀制造工業，這些單元技術除了需要進一步完善與發展外，更重要的是研究如何集成這些單元技術。

3.3.1 并行智能設計并行工程方法學這一概念是1986年由美國國防部定義，并首先應用于美國軍事武器系統開發計剞dos cals的。.為了制造過程的設計階段能有效地模仿由來自各環節制造專家組成的專家組(expeit team)的智能行為，集成和共享各環節與各方面的制造智能，并行地開展產品環節的設計工作，必須研究并行智能設計的支撐環境、產品描述的統一模型、設計智能交互和并行智能設計方法學。

3.3.2 生產過程的智能調度、規劃、仿真與優化現代生產過程要面臨多信息源、多因素、多對象的及時處理問題，生產過程的調度與規劃中的智能決策問題的研究是迫在眉睫的。仿真與優化是實現設計和過程評估的有效途徑。目前，更強調對設計、制造、裝配、使用、維修等過程的優化與動態仿真。3.3 產品質量信息的智能處理系統研究整個制造過程的“全質量(total quality)模型和建立相應的質量數據庫，研究質量狀態的智能決策和質量過程的智能控制.3.3.4 制造過程與系統的智能監視、診斷、補償與控制研究面向在強干擾、多因素條件下監視與診斷模型，研究制造過程的動態辨識與自適應技術。

3.3.5 生產與經營管理的智能決策系統研究多因素、多目標智能決策模型，研究生產過程的實時跟蹤技術，研究產品市場評估與預測模型。

3.4 知識庫系統與網絡技術知識庫系統與信息網絡技術是制造過程的系統與各環節“集成智能化”的支撐，在imt＆ims研究中占有重要地位。

3.4.1 分布式異構聯想知識庫系統研究知識庫異構、知識庫分布式策略與維修、知識庫聯想和分布數據庫技術。

3.4.2 信息控制與網絡通訊技術研究ims中各種信息的交換接el、網絡通訊技術、系統操作控制策略。

3.5 智能機器的設計智能機器是ims中模仿人類專家智能活動的工具之一，是新一代的制造工具，因而，研究智能機器的設計方法及其相關技術將有劃時代的意義。

3.5.1 機器人智能技術智能機器人將在ims中占有重要的地位，主要體現在機器的視覺和機器^控制兩個方面。有必要研究智能機器眼(視覺)、信息感知與智能傳感器、智能機器手(控制)和智能機器的自適應定位與夾具設計等技術。

3.5.2 機器自學習與自維護技術研究智能機器的自適應學習模型，系統誤差的自動恢復與維護技術。

3.5.3 智能制造單元機的設計與制造研究智能制造單元機的結構組成與設計方法、新型材料的應用技術。

3.6 制造中人的因素ims的宗旨之一就是減輕人類制造專家的艱苦的腦力勞動負擔，因此.與腦力勞動有密切聯系的制造中人的因素理應受到充分的重視，研究內容包括：

3.6.1 人一系統柔性交互技術研究人一系統柔性、聯想、容錯交互模型以及交互環境。3 6.2 未來制造環境的設計研究人在未來制造環境中的地位和作用以及未來舒適、友好的制造環境的設計。

3.6.3 人才培養與教學系統研究面向imt＆ims的^才培養計劃.研制教學示范系統。