智能制造的內(nèi)涵

（一）概念關(guān)于智能制造的研究大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：起始于20世紀(jì)80年代人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用，智能制造概念正式提出，發(fā)展于20世紀(jì)90年代智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)的提出 ， 成熟于21世紀(jì)以來新一代信息技術(shù)條件下的“智能制造（Smart Manufacturing）”。

世紀(jì)80年代：概念的提出。1998年，美國(guó)賴特（Paul Kenneth Wright ）、伯恩（David Alan Bourne）正式出版了智能制造研究領(lǐng)域的首本專著《制造智能》（Smart Manufacturing），就智能制造的內(nèi)涵與前景進(jìn)行了系統(tǒng)描述，將智能制造定義為“通過集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺和機(jī)器人控制來對(duì)制造技工們的技能與專家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)技術(shù)大學(xué)Williams教授對(duì)上述定義作了更為廣泛的補(bǔ)充，認(rèn)為“集成范圍還應(yīng)包括貫穿制造組織內(nèi)部的智能決策支持系統(tǒng)”。麥格勞 - 希爾科技詞典將智能制造界定為，采用自適應(yīng)環(huán)境和工藝要求的生產(chǎn)技術(shù)，很大限度的減少監(jiān)督和操作,制造物品的活動(dòng)。

——20世紀(jì)90年代：概念的發(fā)展。20世紀(jì)90年代，在智能制造概念提出不久后，智能制造的研究獲得歐、美、日等工業(yè)化發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍重視，圍繞智能制造技術(shù)（IMT）與智能制造系統(tǒng)（IMS）開展國(guó)際合作研究。1991年，日、美、歐共同發(fā)起實(shí)施的“智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃”中提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過程中貫穿智能活動(dòng)，并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合,將整個(gè)制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮生產(chǎn)力的杰出生產(chǎn)系統(tǒng)”。

——21世紀(jì)以來：概念的深化。21世紀(jì)以來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，智能制造被賦予了新的內(nèi)涵，即新一代信息技術(shù)條件下的智能制造（Smart Manufacturing）。2010年9月，美國(guó)在華盛頓舉辦的“21世紀(jì)智能制造的研討會(huì)”指出，智能制造是對(duì)杰出智能系統(tǒng)的強(qiáng)化應(yīng)用，使得新產(chǎn)品的迅速制造，產(chǎn)品需求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)優(yōu)化成為可能。德國(guó)正式推出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，雖沒明確提出智能制造概念，但包含了智能制造的內(nèi)涵，即將企業(yè)的機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到虛擬網(wǎng)絡(luò)—實(shí)體物理系統(tǒng)（CPS）。在制造系統(tǒng)中，這些虛擬網(wǎng)絡(luò)—實(shí)體物理系統(tǒng)包括智能機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，能夠相互獨(dú)立地自動(dòng)交換信息、觸發(fā)動(dòng)作和控制。

綜上所述，智能制造是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間和產(chǎn)品全生命周期的實(shí)時(shí)管理和優(yōu)化的新型制造系統(tǒng)。

（二）特征

智能制造的特征在于實(shí)時(shí)感知、優(yōu)化決策、動(dòng)態(tài)執(zhí)行等三個(gè)方面：一是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知。智能制造需要大量的數(shù)據(jù)支持，通過利用高能、標(biāo)準(zhǔn)的方法實(shí)時(shí)進(jìn)行信息采集、自動(dòng)識(shí)別，并將信息傳輸?shù)椒治鰶Q策系統(tǒng)；二是優(yōu)化決策。通過面向產(chǎn)品全生命周期的海量異構(gòu)信息的挖掘提煉、計(jì)算分析、推理預(yù)測(cè)，形成優(yōu)化制造過程的決策指令。三是動(dòng)態(tài)執(zhí)行。根據(jù)決策指令，通過執(zhí)行系統(tǒng)控制制造過程的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行和動(dòng)態(tài)調(diào)整。

（三）構(gòu)成

1、智能產(chǎn)品（裝備）

智能產(chǎn)品是發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)與前提，由物理部件、智能部件和聯(lián)接部件構(gòu)成。智能部件由傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、控制裝置和軟件以及內(nèi)置操作和用戶界面等構(gòu)成；聯(lián)接部件由接口、有線或無線聯(lián)接協(xié)議等構(gòu)成；物理部件由機(jī)械和電子零件構(gòu)成。智能部件能加強(qiáng)物理部件的功能和價(jià)值，而聯(lián)接部件進(jìn)一步強(qiáng)化智能部件的功能和價(jià)值，使信息可以在產(chǎn)品、運(yùn)行系統(tǒng)、制造商和用戶之間聯(lián)通，并讓部分價(jià)值和功能脫離物理產(chǎn)品本身存在。

智能產(chǎn)品具有監(jiān)測(cè)、控制、優(yōu)化和自主等四個(gè)方面的功能。監(jiān)測(cè)是指通過傳感器和外部數(shù)據(jù)源，智能產(chǎn)品能對(duì)產(chǎn)品的狀態(tài)、運(yùn)行和外部環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)；在數(shù)據(jù)的幫助下，一旦環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)品就會(huì)向用戶或相關(guān)方發(fā)出警告?？刂剖侵缚梢酝ㄟ^產(chǎn)品內(nèi)置或產(chǎn)品云中的命令和算法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。算法可以讓產(chǎn)品對(duì)條件和環(huán)境的特定變化做出反應(yīng)；優(yōu)化是指對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或歷史記錄進(jìn)行分析，植入算法，從而大幅提高產(chǎn)品的產(chǎn)出比、利用率和生產(chǎn)效率；自主是指將檢測(cè)，控制和優(yōu)化功能融合到一起，產(chǎn)品就能實(shí)現(xiàn)前所未有的自動(dòng)化程度。

2、智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)是指以智能制造系統(tǒng)為核心，以智能工廠為載體，通過在工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間以及產(chǎn)品全生命周期形成以數(shù)據(jù)互聯(lián)互通為特征的制造網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)管理和優(yōu)化。智能生產(chǎn)涵蓋產(chǎn)品、工藝設(shè)計(jì)、工廠規(guī)劃的數(shù)字設(shè)計(jì)與仿真，底層智能裝備、制造單元、自動(dòng)化生產(chǎn)線，制造執(zhí)行系統(tǒng)，物流自動(dòng)化與管理等企業(yè)管理系統(tǒng)等。

3、智能服務(wù)通過采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳至企業(yè)數(shù)據(jù)中心（企業(yè)云），系統(tǒng)軟件對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、控制，并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析提早進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。例如維斯塔斯通過在風(fēng)機(jī)的機(jī)艙、輪轂、葉片、塔筒及地面控制箱內(nèi)，安裝傳感器、存儲(chǔ)器、處理器以及SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。還通過在風(fēng)力發(fā)電渦輪中內(nèi)置微型控制器，可以在每一次旋轉(zhuǎn)中控制扇葉的角度，從而最大限度捕捉風(fēng)能，還可以控制每一臺(tái)渦輪，在能效最大化的同時(shí)，減少對(duì)鄰近渦輪的影響。維斯塔斯通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理預(yù)測(cè)風(fēng)機(jī)部件可能產(chǎn)生的故障，以減少可能的風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并使用不同的工具優(yōu)化這些數(shù)據(jù)，達(dá)到風(fēng)機(jī)性能的最優(yōu)化。

（四）作用發(fā)展智能制造的核心是提高企業(yè)生產(chǎn)效率，拓展企業(yè)價(jià)值增值空間，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是縮短產(chǎn)品的研制周期。通過智能制造，產(chǎn)品從研發(fā)到上市、從下訂單到配送時(shí)間可以得以縮短。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維護(hù)為機(jī)器和工廠減少高昂的停機(jī)時(shí)間，生產(chǎn)中斷時(shí)間也得以不斷減少。