智能制造技術與系統可行性分析構架

李小賓

（陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司，陜西西安 710075）

0 引言

智能制造系統是由智能化的機器和人類專家構成的智能化系統，其具備了人類的多種思維，能夠通過系統分析和數據判斷進行獨自生產，大大提升了工業生產效率和質量。智能制造系統能夠在生產過程中學習人的思維模式和技術方法，并通過計算機對數據進行分析總結，形成特定的工作思維，更好地為工業制造領域服務。

1 智能制造系統模式

在智能制造發展過程中，出現了許多先進的制造模式，對工業文明的發展發揮了不可忽視的作用。

1.1 精良制造

日本豐田汽車公司是精良制造的代表，其結合國內發展特點設計出這種先進的智能制造模式。1980—2000 年是豐田企業發展的鼎盛時期，豐田汽車在國際市場上的影響力非常強，使得歐美國家也意識到精良制造的意義。

1985 年美國開始對汽車生產模式進行研究，并對精良制造模式進行分析并形成了系統化的理論。精良制造的核心為“消除浪費，精簡組織”，其不僅在表現特征上提出了圍繞著“人”進行生產，而且也從生產過程中提出“精簡”理念，經過許多企業改善形成了完整的智能制造體系。這種模式能夠實現對生產時間的嚴格控制，在有限的生產時間內生產效率得到大幅提升。

1.2 敏捷制造

隨著工業體系的不斷完善，許多生產企業都意識到了生產制造方法改進的重要性。福特公司提出按照用戶需求生產制造的理念，并保障在獲取用戶需求的是3 個工作日內完成生產，在有效縮短生產周期的基礎上實現了對生產質量的控制。在這種生產理念支撐下剛性的、傳統的以及大批量流水線作業方式逐漸被一些大型的制造業企業淘汰。通用汽車公司隨后研究出一種敏捷制造模式，其對于現代制造業的發展產生了不可忽視的影響。許多應用敏捷制造模式的企業都認為在持續變化的市場中，這種模式不僅可以節省更多生產資源，而且也能減少因為盲目生產帶來的各類浪費。

1.3 集成制造

在智能制造技術發展過程中，集成化制造模式成為了工業制造的主要形式。目前世界上所有的大型制造企業都采用集成制造模式。這種模式也是建立在智能制造技術不斷成熟的基礎上，其最大的特點是通過體系化的流水線完成一個商品的整個制造環節，大大提升了商品生產效率。汽車制造企業幾分鐘就能組裝一臺汽車，這是傳統人工組裝模式無法實現的。集成制造的發展進一步推動了智能制造系統的發展，各類集成化的智能制造系統被各制造企業應用到生產過程中，雖然目前智能制造系統依然處于發展階段，但當前的生產效率已經超過了傳統的制造方式，其對于現代制造產業的良性發展發揮了重要作用。

1.4 綠色制造

智能制造的一個特點是實現綠色生產過程。傳統的制造方法消耗大量的資源，同時也帶來的一系列的環境問題。智能制造技術通過機器將生產環境緊密地聯系在一起，一些高污染和高能耗的產業得到了優化，智能制造的整個過程變得更加綠色和環保。綠色制造是制造業未來發展中必須實現的目標，能耗和污染的降低意味著能源的節約和轉型，這也是工業文明由傳統的發展形式向著現代化發展的重要標志。在綠色制造的整個環節中智能制造系統的設計極為關鍵，其有效地解決了工業發展與人類社會發展之間的矛盾，進一步推動工業的轉型發展。

2 智能制造技術概述

智能制造技術是智能制造系統重要的組成部分，是支撐制造工作有序進行的基礎。智能制造技術中包含多種智能化技術，其可以有效處理大量復雜的信息，通過計算機對復雜數據進行計算，為智能制造系統提供技術支撐，圖1 為現代智能制造系統架構。

圖1 現代智能制造系統架構

2.1 智能數控技術

智能數控技術可以實現對各項生產參數的有效控制，保障整個生產過程的有序性。智能數控技術主要以人工智能技術為主，其可以結合制造過程所需的條件，合理地選擇生產制造工具，實現工具選擇的最優化目標，這是傳統工藝不具備的優勢。現階段智能數控技術在智能制造系統的構建中應用廣泛，國內外開發了許多智能數控軟件，如基于STEP 的CAD 和CAM 平臺，可以為智能化數控系統的構建提供基本的參照。隨著智能數控技術的完善與發展，更多類型的智能數控技術被應用于企業的生產過程中。一些高端制造業企業正在積極研發與自身生產技術相符合的智能數控技術，推動了產業的發展。圖2 為智能數控系統架構。

圖2 智能數控系統架構

2.2 智能削切技術

在機械零部件制作工藝中，削切技術非常關鍵，是影響機械零部件制造的主要因素。智能化削切技術能夠實現自動選擇刀具和自動控制削切力度，生產的機械零部件尺寸和規格有著高度一致性。例如，在輪船發動機轉軸生產過程中，系統可以根據生產情況自動選擇刀具的數量、規格和各類參數，然后按照削切工藝進行生產，這種生產方式不僅效率高，而且生產質量遠高于傳統的生產方式。此外，智能削切技術的另一個優勢在于能夠避免人為操作帶來的各種問題，利用該技術生產的機械零部件合格率高，可以提高企業的經濟效益。

3 智能制造系統可行性分析

機電控制系統建模主要圍繞機械運行原理進行，結合實驗數據設計合理的參數控制機械，其缺點是無法控制復雜的非線性系統。而智能制造系統能夠解決這一問題，其由高階、多因素以及非線性系統構成，在建模方面效果突出。智能制造系統能夠處理在線檢測、運行模式和過程模型建立過程中存在的問題，提升制造系統的智能性。

3.1 IMS 系統模型

IMS 系統模型是一種建立在傳統制造系統上的制造模型，其為智能制造系統的實現提供了基本的參照。智能制造系統的構建需要將各生產環節包含在內，使得加工、制造和組裝等各個環節協調一致。IMS 系統具有一定的自主性和開放性，可以結合各項制造數據的變化改變生產方式，其為智能系統的總體框架構建提供了更為具體的方案。

IMS 系統在當前的智能制造系統中有著廣泛應用，在實現更為智能化發展方向上依然是研究學者們的參考內容，而且在當前的網絡通信環境下，解決了智能系統通信不暢的問題。總體而言，IMS 系統的構建是智能制造系統建設過程中的一個重要環節，對于系統穩定運行意義重大。

3.2 Petri 網加工中心系統

Petri 網理念出現于1960 年，發展至今已應用于制造業的多個學科中。Petri 網的應用為智能系統提供了數據處理的渠道，處理各類加工信息時都可以在Petri 網加工中心完成。在智能制造系統中加工中心的存在意義非常重要，各類生產信息需要在統一的系統中完成集成，如果其中部分信息傳輸或者處理出錯，那么某個生產環節或者加工過程就會受到影響。

Petri 網中心使用復雜的數據處理技術，針對大量復雜的數據時，該系統可以結合具體的計算規則對數據進行計算，得出精確的數據參數并傳輸至下一級系統中，系統根據這些數據進行生產，保障了工業生產的準確度。此外，在智能制造系統中Petri網還提供智能程序，其是支撐智能制造系統運行的重要邏輯，如果缺少這項系統整個智能制造系統的主體功能將無法得到發揮，最終影響工業生產的質量。

3.3 CAD/CAM 服務平臺

CAD/CAM 服務平臺主要針對各類智能指令的控制，其存在于各獨立的系統中，能夠發送系統收集的各類數據信息，并對各項工藝流程進行協調，使得各項生產流程得以順利和有序地進行。

CAD/CAM 服務平臺的存在對于智能制造系統功能的完善至關重要，如果系統無法解決各生產環節相關工藝技術協調問題，則可能導致整個生產線出現混亂。基于CAD/CAM 的各項系統功能的實現，大大提升了智能制造系統的運行效率，保障了系統間的協調性。因此在設計現代智能制造系統時，需要重點考慮到CAD/CAM 服務系統的應用，并提出更為理想的設計方案。該平臺的構建是智能制造系統中的重中之重，設計系統時需要考慮的問題眾多，相關人員需要集合智能制造系統功能實現的目標制定更為科學的方案，不斷完善與改進數據服務系統。

3.4 數據交換中心系統

智能制造系統中最為核心的一項內容是數據交換系統，數據的交換對各項智能功能的實現有著重要作用。數據交換中心應用多種數據處理系統，例如大數據處理技術和云計算技術。系統運行的各項數據都可以在數據交換中心完成交換或者轉化，大大方便了各系統間的溝通。在制造過程中，系統獲取數據后需要轉化為系統可以識別的內容，但整個生產線由多種不同類別的智能系統構成，不同類型的數據需要轉化為特定機器可以識別的數據才能根據具體的指令進行工作，而數據交換中心提供這種功能，保障了系統運行的穩定性。

4 結束語

現代制造業的發展越來越智能化，智能制造系統在制造業中的應用能夠有效地提升現代制造業的生產效率。在研究和設計智能制造系統時需要借助各類智能制造技術構建完善的系統，因此研究智能制造技術的應用對于實現高智能的智能制造系統發揮著重要作用。隨著智能技術的完善與發展，更多的智能技術將會出現在制造業中，進而推動制造業繁榮發展，使得制造業更好地服務于社會，推動人類社會向更加智能化的方向發展。