智能制造的原理、系统架构与实践VIP专享VIP免费

智能制造以智能加工与装配为核心，同时覆盖面向智能加工与装配的设计、服务及管理等多个环节。智能工厂中的全部活动可以从产品设计、生产制造及供应链三个维度来描述。在这些维度中，如果所有活动均能在网络空间中得到充分的数据支持、过程优化与验证，同时在物理系统中能够实时地得以执行并与网络空间进行深度交互，这样的工厂可称为智能工厂。1.智能工厂的基本特征与传统的数字化工厂、自动化工厂相比，智能工厂具备以下几个突出特征。（1）制造系统的集成化作为一个高端的智能制造系统，智能工厂表现出了鲜明的系统工程属性。具有自循环特性的各技术环节与单元按照功能需求组成不同规模、不同层级的系统，系统内所有元素均是互相关联的。在智能工厂中，制造系统的集成主要体现在两个方面，具体内容如图所示。・企业数字化平台的集成才、在智能工厂中，产品设计、工艺设计、工装设计与制造，零部件加工与装配、检测尊各制造环节均是数宁化的*待f环节所需的软件系统均集成在同一数字化平台上*避免了在制造过程中因平台不统--Ifll致的数据转换等问题T虚拟工厂与真实制造现场的集成基于全资源的虚拟制造T.厂是智能T.厂的重耍组成部分：：在产話虫产之前•制造过程中的所有坏节均在虚拟工厂中进行建棋、伪真与验证。在制造过押屮’虚拟丁厂管控系统向制逍现场传送制造指令，制进现场将加工数据实时反馈至管控系统.进而形成村制造过程的闭环皆控（2）决策过程的智能化传统的人机交互中，作为决策主体的人有支配“机器”的行为，而智能制造中的“机器”因拥有扩展人类智能的能力，使人与“机器”共同组成决策主体，在同一信息物理系统中实施交互。信息的种类以及交流的方法更加丰富，从而使人机交互与融合达到前所未有的深度。制造业自动化的本质是人类在设备加工动作执行之前，将制造指令、逻辑判断准则等预先转换为设备可识别的代码，并将其输入制造设备中。此时，制造设备可根据代码自动执行制造动作，从而节省了此前在制造机械化过程中人类的劳动。在这个过程中，人是决策过程的唯一主体，制造设备仅仅是根据输入的指令自动地执行制造过程，而并不具备如判断、思维等高级智能化的行为能力。在智能工厂中，“机器”具有不同程度的感知、分析与决策能力，它们与人共同构成决策主体。在“机器”的决策过程中，人向制造设备输入决策规则，“机器”基于这些规则与制造数据自动执行决策过程，这样可将由人为因素造成的决策失误降至最低。与此同时，在决策过程中形成的知识可作为后续决策的原始依据，使决策知识库得到不断优化与拓展，进而不断提升智能制造系统的智能化水平。（3）加工过程的自动化服务对按儘1S^[服务车间与生产线中的智能加工单元是工厂中产品制造的最终落脚点，智能决策过程中形成的加工指令将全部在加工单元中实现。为了能够准确、高效地执行制造指令，企业必须确保智能制造单元数字化、自动化、柔性化。首先，智能加工单元中的加工设备、检验设备、装夹设备、储运设备等都是基于单一数字化模型驱动的，这就避免了传统加工中由于数据源不一致而带来的大量问题。其次，智能制造车间中的各种设备、物料等，大量采用如条码、二维码、RFID等识别技术，使车间中的任何实体均具有唯一的身份标识，在物料装夹、储运等过程中通过对这种身份的识别与匹配，实现了物料、加工设备、刀具、工装等的自动装夹与传输。最后，智能制造设备中大量引入智能传感技术，通过在制造设备中嵌入各类智能传感器，实时采集加工过程中机床的温度、振动、噪声、应力等制造数据，并采用大数据分析技术来实时控制设备的运行参数，使设备在加工过程中始终处于最佳效能状态，实现设备的自适应加工。例如，传统制造车间中往往存在由于地基沉降而造成的机床加工精度损失，通过在机床底脚上引入位置与应力传感器即可检测到不同时段地基的沉降程度，据此通过对机床底脚的调整即可弥补该精度损失。此外，通过对设备运行数据的采集与分析，还可总结在长期运行过程中设备加工精度的衰减规律、设备运行性能的演变规律等；通过对设备运行过程中各因素间的耦合关系进行分析，可提前判断设备运行的异常，并实现对设...