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1、智能制造智能制造技术技术（IMSIMS） 本讲主要内容：本讲主要内容： 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS） 智能制造系统的含义与发展智能制造系统的含义与发展 智能制造系统的特征智能制造系统的特征 智能加工与智能加工设备智能加工与智能加工设备 在中国的发展轨迹在中国的发展轨迹智能制造智能制造技术技术（IMSIMS）一、智能制造系统的含义与发展一、智能制造系统的含义与发展n 智能制造智能制造突出了知识在制造活动中的价值地位突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成为影响未来经济发展
2、过程中制造业的重要生产模式。为影响未来经济发展过程中制造业的重要生产模式。n 智能制造系统智能制造系统(Intelligent Manufacturing System, (Intelligent Manufacturing System, IMS)IMS)是一种是一种由智能机器和人类专家共同组成由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系的人机一体化系统。统。n 智能制造突出了在制造环节中，智能制造突出了在制造环节中，以一种高度柔性与集成以一种高度柔性与集成的方式的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、判，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制
3、造环境中人的部分脑断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专力劳动，同时收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。家的制造智能。 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）一、智能制造系统的含义与发展一、智能制造系统的含义与发展 n 近半个世纪特别是近近半个世纪特别是近2020年来，随着产品性能的完善化及其结年来，随着产品性能的完善化及其结构的复杂化、精细化，以及功能的多样化，各类产品制造过程和构的复杂化、精细化，以及功能的多样化，各类产品制造过程和管理工作的信息量呈爆炸性增长趋势，促使管理工作的信息量呈爆炸性增长趋势，
4、促使制造技术的发展转向制造技术的发展转向如何提高制造系统的信息处理能力和效率上来如何提高制造系统的信息处理能力和效率上来。n 目前，先进制造设备离开了信息的输入和处理就无法运转，目前，先进制造设备离开了信息的输入和处理就无法运转，柔性制造系统柔性制造系统(FMS)(FMS)一旦被切断信息来源就会立即停止工作。一旦被切断信息来源就会立即停止工作。 专专家们认为，家们认为，制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但要具有柔性，而且还要表现出智能这就要求制造系统不但要具有柔性，而且还要表现出智能，否则，否则是难以处理如此大量而
5、复杂的信息工作量。是难以处理如此大量而复杂的信息工作量。n 虽然，智能制造尚处于概念和实验阶段，但各国政府均将智虽然，智能制造尚处于概念和实验阶段，但各国政府均将智能制造模式列为国家发展计划能制造模式列为国家发展计划, ,大力推动实施。大力推动实施。智能制造是制造技智能制造是制造技术的发展，特别是信息技术发展的必然，是自动化和集成技术向术的发展，特别是信息技术发展的必然，是自动化和集成技术向纵向发展的结果。纵向发展的结果。二：智能制造技术的特征：二：智能制造技术的特征：自律能力人机一体化虚拟现实技术自组织与超柔性学习能力与自我维护能力 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）自律能力：自律能
6、力：即搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的设备称为“智能机器”。“智能机器”在一定程度上表现出独立性、自主性和个性，甚至相互间还能协调运作与竞争。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）IMS不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能。基于人工智能的智能机器只能进行机械式的推理、预测、判断，它只能具有逻辑思维（专家系统），最多做到形象思维（神经网络）。人机一体化一方面突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能 机器的配合下，更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相
7、互“理解”、相互协作的关系，使二者在不同的层次上各显其能，相辅相成。在智能制造系统中，高素质、高智能的人将发挥更好的作用，机器智能和人的智能将真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。人机一体化：人机一体化： 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）虚拟现实（虚拟现实（Virtual Reality）技术：）技术：这是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。虚拟现实技术是以计算机为基础，融信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真和多媒体技术为一体；借助各种音像和传感装置，虚拟展示现实生活中的各种过程、物件等，因而也能拟实制造过程和未来的产品。但其特点是可以按照人们的意愿任
8、意变化，这种人机结合的新一代智能界面，是智能制造的一个显著特征。 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）自组织与超柔性：自组织与超柔性：智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。其柔性不仅表现在运行方式上，而且表现在结构形式上，所以称这种柔性为超柔性，如同一群人类专家组成的群体，具有生物特征。 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）智能制造系统能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能。在运行过程中自行故障诊断，并具备对故障自行排除、自行维护的能力。这种特征使智能制造系统能够自我优化并适应各种复杂的环境。学习能力与自我维护能力：学习能力与自我维护能力：
9、智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS） 上图所示为具有自律能力的智能生产线，若其中的一台钻削加工机床刀具上图所示为具有自律能力的智能生产线，若其中的一台钻削加工机床刀具发生了断折，当被系统检测后将自动减慢传送带传送速度，以便后面机床代替发生了断折，当被系统检测后将自动减慢传送带传送速度，以便后面机床代替加工。为了不影响生产效率加工。为了不影响生产效率,系统能够作出自我决策，可提高切削速度，加大进系统能够作出自我决策，可提高切削速度，加大进给量等措施，以维持系统原来的生产节拍。给量等措施，以维持系统原来的生产节拍。智能制造系统（智能制造系统（IMSI
10、MS）三、智能加工与智能加工设备三、智能加工与智能加工设备 智能加工是一种智能加工是一种柔性度和自动化水平更高柔性度和自动化水平更高的制造技术，的制造技术，它不仅减轻人们的体力劳动，还能减轻人们的脑力劳动，使它不仅减轻人们的体力劳动，还能减轻人们的脑力劳动，使产品制造过程能够连续、准确、高速地自动进行。产品制造过程能够连续、准确、高速地自动进行。 与现有加工方式比较，智能加工与现有加工方式比较，智能加工综合应用了传感和处理综合应用了传感和处理技术、人工智能技术、实时控制技术这三项基础技术技术、人工智能技术、实时控制技术这三项基础技术。采用。采用智能加工技术的系统具有智能加工技术的系统具有自进化
11、的能力自进化的能力，即，即: :能自主选取所需能自主选取所需数据，不断积累经验；能根据连续监视获取的状态信息创造数据，不断积累经验；能根据连续监视获取的状态信息创造出新的知识的能力。出新的知识的能力。2 2 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）三、智能加工与智能加工设备三、智能加工与智能加工设备 在切削过程中，在切削过程中，传感器对加工精度、传感器对加工精度、工具状态、切削过工具状态、切削过程进行在线监测，程进行在线监测，依据神经网络系统依据神经网络系统诊断刀具磨损或破诊断刀具磨损或破损、工艺系统颤振损、工艺系统颤振等异常状态；当故等异常状态；当故障发生时，便启动障发生时，便启动知识处理
12、机，参照知识处理机，参照已存储积累的知识，已存储积累的知识，决策修正加工条件，决策修正加工条件，排除机床的异常状排除机床的异常状态。态。 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）该机床选用了一个六自由度力传感工作台，分别用来检测该机床选用了一个六自由度力传感工作台，分别用来检测X X、Y Y、Z Z三个轴向分力和三个力矩三个轴向分力和三个力矩分力。力传感工作台固定在一个二维失效保护工作台上，当力矩超过额定载荷时，它将自分力。力传感工作台固定在一个二维失效保护工作台上，当力矩超过额定载荷时，它将自动移动并发出报警信号。在刀杆内装有内装式力传感器、失效保护元件或可塑性元件，可动移动并发出报警信号
13、。在刀杆内装有内装式力传感器、失效保护元件或可塑性元件，可用来检测和传递切削力信息，以保证机床安全运行。在立柱、主轴箱等机床表面布置有机用来检测和传递切削力信息，以保证机床安全运行。在立柱、主轴箱等机床表面布置有机床变形传感器，可直接检测机床在受热、受力作用下的结构变形。机床附近还布置了视觉床变形传感器，可直接检测机床在受热、受力作用下的结构变形。机床附近还布置了视觉传感器和声传感器，用来监视机床的整个加工过程。该机床方案还给立柱设计了一个执行传感器和声传感器，用来监视机床的整个加工过程。该机床方案还给立柱设计了一个执行机构，它能根据智能控制器的命令作出相应的位移补偿。机构，它能根据智能控制器的命令作出相应的位移补偿。三、智能加工与智能加工设备三、智能加工与智能加工设备四：在中国的发展轨迹：四：在中国的发展轨迹：中国80年代末也将“智能模拟”列入国家科技发展规划的主要课题，已在专家系统、模式识别、机器人、汉语机器理解方面取得了一批成果。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分，智能制造将是该项工程中的重要内容。 智能制造系统（智能制造系统（IMSIMS）
