先进制造技术课件 第5章 现代制造系统

先进制造技术第5章现代制造系统5.25.35.4计算机集成制造系统（CIMS）并行工程（CE）精益生产（LP）CONTENTS目录5.1虚拟制造技术（VM）5.5敏捷制造（AM）5.6智能制造5.7绿色制造（GM）5.1虚拟制造技术（VM）虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程5.1.1虚拟现实的概念指物质世界的数字化，即对真实世界的动态模拟和再现，即虚拟现实。它是通过综合利用计算机图形系统和各种显示及控制接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境。虚拟现实精益生产敏捷制造绿色制造虚拟现实系统三个基本要素操作者计算机人机接口操作者在系统中处于主导地位计算机是虚拟环境的核心人机接口将虚拟环境与操作者连接起来智能制造5.1.2虚拟制造的分类与特点指实际制造过程在计算机上的一种虚拟，即虚拟现实技术在制造中的应用或者实现。虚拟制造采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上创造一个虚拟的制造环境，操作者身处其中，可以虚拟实现产品的设计、工艺规则、加工制造、性能分析、质量检验，包括企业各级过程的管理与控制等产品制造。通过这个过程，可以增强人们对制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造技术虚拟制造可分为三类：1）以设计为中心的虚拟制造（面向设计的虚拟制造）2）以生产为中心的虚拟制造（面向生产的虚拟制造）3）以控制为中心的虚拟制造（面向控制的虚拟制造）虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.2虚拟制造的分类与特点与实际制造相比较，虚拟制造的主要特点：1）产品与制造环境是虚拟模型，在计算机上对虚拟模型进行产品设计、制造、测试，甚至设计人员或用户可进入虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖于传统的原型样机的反复修改；还可将已开发的产品（部件）存放在计算机里，不但大大节省仓储费用，更能根据用户需求或市场变化快速改变设计，快速投入批量生产，从而能大幅度压缩新产品的开发时间，提高质量、降低成本。2）可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产品模型上同时工作，相互交流，信息共享，减少大量的文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.3虚拟制造体系结构虚拟制造的体系结构示例虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-1虚拟制造的体系结构示例5.1.3虚拟制造体系结构虚拟制造事实上研究的是产品的可制造性可制造性指所设计的产品的可加工性和可装配性可加工性指企业在已有资源的约束下，如何优化生产计划和调度，以满足市场或顾客的要求虚拟制造还为企业动态联盟的“可合作性”提供支持虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.3虚拟制造体系结构虚拟加工平台支持产品的并行设计、工艺规划、加工、装配及维修过程，进行可加工性分析（包括性能分析、费用估计、工时估计等）。其内容包括：虚拟加工平台基于产品技术复合化的产品设计与分析基于仿真的零部件制造设计与分析产品虚拟装配材料加工成型仿真基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.4虚拟制造的关键技术虚拟制造的实现主要依赖于CAD/CAM/CAE和虚拟现实等技术。一般可以归结为两个方面，一是侧重于计算机以及虚拟现实的技术，另一方面是侧重于制造应用的技术。产品虚拟装配1.虚拟现实技术虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，包括操作者、计算机及人机接口三个基本要素。特征自主性交互性沉浸感虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.4虚拟制造的关键技术制造系统是制造工程及所涉及的硬件和相关软件组成的具有特定功能的一个有机整体。其中硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置，软件包括制造理论、制造技术、和制造信息等。2.制造系统的建模需建立一个针对产品相关信息进行组织和描述的集成产品模型，主要强调制造过程中产品和周围环境之间，以及产品各个加工阶段之间的内在联系。主要针对制造系统中各种加工和检测设备，建立其几何模型、运动学模型和功能模型等。是在分析产品加工和装配的复杂过程以及众多影响因素的基础上，建立产品加工和装配过程规划信息模型，是联系设备模型和产品模型的桥梁，并反映两者之间的相互作用。设备模型产品模型制造系统模型工艺模型虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.4虚拟制造的关键技术虚拟产品开发又称产品的虚拟设计和数字化设计，主要包括实体建模和仿真两个方面。3.虚拟产品开发制造过程仿真可分为制造系统仿真和具体的生产过程仿真。具体的生产过程仿真又包括加工过程仿真、装配过程仿真、检测过程仿真等。4.制造过程仿真主要包括产品设计的合理性和可加工性、加工方法、机床和切削工艺参数的选择以及刀具和工件之间的相对运动仿真和分析。加工过程仿真根据产品的形状特征和精度特征，在虚拟环境下对零件装配情况进行干涉检查。

装配过程仿真虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.4虚拟制造的关键技术可制造性评估主要包括对技术可行性、加工成本、产品质量和生产效率等方面的评估。虚拟的根本目的是精确地进行产品的可制造性评估，以便对产品开发和制造过程进行改进和优化。5.可制造性评估虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.1.5虚拟制造技术在制造业中的应用1）提供关键的设计信息和管理策略对生产成本、周期以及生产能力的影响信息2）提高生产过程开发效率3）通过生产计划的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和敏捷制造，降低生产成本。4）可以根据用户的要求修改产品设计，及时作出报价和保证交货期。给企业带来效益：产品外形设计、产品布局设计、产品运动学和动力学仿真，热加工工艺模拟、加工过程仿真、产品装配仿真、虚拟样机与产品工作性能评测、产品广告与漫游、企业生产过程仿真与优化等应用效果明显的领域虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.2计算机集成制造系统（CIMS）5.2.1CIMS产生的背景CIMS一词由美国哈灵顿博士提出与CIMS有关的各项单元技术（如CAD、CND、CAPP、MIS、FMC、FMS……）发展已较完善，并形成一个个自动化“孤岛”。在这种形势下，为取得更大的经济效益，需要将这些“孤岛”集成起来，CIMS概念受到重视并被普遍接受。197420世纪80年代以后20世纪80年代中后期CIMS逐渐开始实施，并迅速显示出明显提高企业生产率和市场竞争力的效益。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.2.2CIM与CIMS的基本概念CIM：信息技术和生产技术的综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能力。企业所有功能、信息、组织管理等方面都是集成起来的整体的各个部分。CIM是一种制造哲理，是一种思想。CIMS是CIM制造哲理的具体体现。是一种基于CIM理念构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统12CIM的两个基本理念企业生产活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务是一个统一的不可分割的整体。整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终产品可视为数据的物化表现。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.2.2CIM与CIMS的基本概念CIM往往和人们经常提到的“三无工厂”（无图纸、无库存、无人化),等概念相联系。CIMS的核心是集成，而集成的本质是信息集成。系统观点从系统工程观点出发，将自动化孤岛进行整体优化。信息化的观点CIMS的两个基本观点虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.2.3CIMS的构成CIM往往和人们经常提到的“三无工厂”（无图纸、无库存、无人化),等概念相联系。CIMS的构成企业的活动层驱动轮子的轴心——顾客企业组织中的人员和群体工作方法第五层第二层第一层信息（知识）共享系统第六层第四层第三层企业的管理层，它的功能是合理配置资源，承担企业经营的责任企业的外部环境，受用户、竞争者、合作者等的影响虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-2CIMS的基本结构轮图5.2.3CIMS的构成虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-3CIMS的的基本组成结构CIMS的体系结构以现代信息技术的观点建立的企业管理模型框架。是建立在两个支撑系统（网络系统和数据库系统）基础上。通常，CIMS可划分为5个分系统。125功能研究对象43是将企业生产经营过程中产、供、销、人、财、物等进行统一管理计算机系统。目的：缩短产品生产周期，降低流动资金占有，提高企业应变能力。经营管理信息分系统设计自动化分系统：利用计算机辅助进行产品设计、工艺设计、制造准备及产品性能测试等工作。目的：使产品开发活动更高效、更优质的进行。设计自动化分系统使直接完成制造活动的基本环节，是CIMS中信息流和物流的结合点。制造自动化分系统设计自动化分系统包括质量决策、质量检测和数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能。目的：实现产品高质量、低成本、提高企业竞争力。质量保证信息分系统采用国际标准和工业规定的网络协议，实现异种机互联、异构局域网及多种网络互联。计算机网络分系统虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.2.4我国CIMS的发展情况“十五”国家863/CIMS主题目标为：从国民经济和国家安全的需求出发，有重点地选择能够促进我国制造业发展和升级的战略性、前沿性和前瞻性关键技术进行突破、开发。为了实现上述战略目标，我国已建立了开展CIMS研究与技术推广的体系结构，如图5-4所示。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-4我国CIMS研究与技术推广的体系结构5.3并行工程（CE）5.3.1并行工程的产生和概念1.并行工程的产生

并行工程：ConcurrentEngineering——CE

市场竞争的焦点——以最短的时间开发出高质量、低成本的产品投放市场，并提供用户好的服务，其中时间（time）是核心。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.3.1并行工程的产生和概念2.并行工程的定义虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-5串行工程工作方式图5-6并行工程工作方式5.3.1并行工程的产生和概念虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造2.并行工程的定义

并行工程的两个关键思想：①并行工程是一种工作模式，而不是具体的工作方法；②并行工程着重于从产品设计一开始就对产品的关键因素进行全面考虑，以保证产品设计一次成功。并行工程对现有生产模式的冲击技术方面组织方面管理方面并行工程的特性并行特性整体特性约束特性3.并行工程的特性协同特性5.3.2并行工程的体系结构和运行特性1工程设计分系统2制造分系统并行工程4个分系统4产品数据管理系统3支撑环境分系统1.并行工程的体系结构虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.3.2并行工程的体系结构和运行特性1.工程设计分系统

工程分系统以CIMS信息集成和CAD/CAE/CAPP/CAM为基础，扩展面向装配的设计(DFA)和面向制造的设计（DFM）功能，实现基于产品数据管理系统（PDM）的并行设计和产品全生命周期的数字化定义。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-7工程分系统体系结构5.3.2并行工程的体系结构和运行特性2.制造分系统

制造分系统的各类活动在管理调度系统的协调控制下进行，同时接受并行开发过程管理的控制。

制造系统的主要活动是：快速工装准备、加工制造及快速原型的制造。制造设备、工具系统、夹具系统、物料储运系统及各种计算机软硬件构成对上述活动的支持。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-8制造分系统体系结构5.3.2并行工程的体系结构和运行特性3.支撑环境分系统

并行工程的研究开发环境基于计算机网络结构，其特点如下。

１）Client/Server结构的计算机环境支持并行产品开发。

２）异构的广域网络支持群组协同工作。

３）并行工程的研发基于开放的计算机软件系统和开发工具，如产品数据管理系统Metaphase，群组协同工作软件Notes，多媒体会议系统Showme，CAD开发工具Pro/Develop，面向对象的数据库ObjectStore，信息集成开发工具STEPDT，关系数据库Oracle。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.3.2并行工程的体系结构和运行特性4.产品数据管理系统

PDM系统可以作为支持并行工程的集成框架，在PDM环境中建立多功能开发团队的组织模式及协作环境，实现过程的管理与监控。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-9

PDM集成框架5.3.2并行工程的体系结构和运行特点2.并行工程的运行特性1）突出人的作用，强调人的协同工作。2）一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计。3）重视满足客户的要求，注重产品质量。4）持续地改善产品有关过程。5）制造/支持等过程的约定和定义，重视过程质量和效率。6）注重信息与知识财富的开发、利用与管理。7）注重目标的不变性。8）并行工程不能省去串行工作中的任一环节。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.3.2并行工程的体系结构和运行特点3.并行工程的关键技术（1）产品开发过程的重构；（2）集成的产品信息模型；（3）并行设计过程的协调和控制；4.并行工程的支持工具（1）全数字化定义的计算机辅助设计（CAX）工具（2）面向X的设计技术（DFX）（3）产品数据管理（PDM）（4）协同的网络通信手段虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.4精益生产（LP）5.4.1精益生产的提出及发展背景虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造日本丰田汽车公司丰田生产系统20世纪50年代初1953年

20世纪80年代初改革生产管理为中心的LP体系1953年1953年1990年统一制造技术的发展方向20世纪50年代初1992年精益生产方式1990年21世纪5.4.2精益生产的概念与生产方式1.精益生产的基本概念

精益生产，英文原意是“瘦型”生产方式。精益生产简练的含义就是运用多种现代管理方法和手段，以社会需求为依托，以充分发挥人的作用为根本，有效配置和合理使用企业资源为企业谋求经济效益的一种新型企业生产方式。

精益生产方式的资源配置原则，是以彻底消除无效劳动和浪费为目标虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.4.2精益生产的概念与生产方式2.生产方式虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造精益生产思维方式逆向思维方式逆境中的拼搏精神无止境的尽善尽美追求精益生产的思维方式大多都是逆向思维、风险思维，很多问题都是倒过来看，也是倒过来干的。精益生产方式是市场竞争的产物，来自逆境中的拼搏精神。在思维方法上，精益生产与以往生产经营目标的根本差别在于追求尽善尽美，这是丰田公司的精神动力。5.4.3精益生产方式的特点1）以销售部门作为企业生产过程的起点2）产品开发采用并行工程方法和主查制3）在生产制造过程中实行“拉动式”的准时化生产4）以人为中心5）追求无废品、零库存、零故障等目标6）消除一切影响工作的“松弛点”7）将主机厂与协作厂之间的关系变为血缘关系虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.4.4

精益生产的体系结构

精益生产要求不仅是在技术上实现制造过程和信息流的自动化及其集成。而更重要的是从系统工程的角度对企业的活动及其社会影响进行全面的、整体的优化。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-10精益生产体系结构5.4.5精益生产的主要内容虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造

精益生产方式的应用涉及企业的产品开发、制造和经营管理的各个方面，主要是改进企业生产劳动组织和现场管理，彻底消除生产制造过程中的无效劳动和浪费，科学、合理地组织与配置生产要素，增强企业适应市场的应变能力，取得更高经济效益。1.主查制的开发组织，并行式的开发程序2.拉动式的生产管理3.以人本管理为根本的劳动组织体制4.简化产品检验环节，强调一体化的现场质量管理5.总装厂与协作厂之间的相互依存6.以顾客为中心的销售策略

5.5敏捷制造（AM）5.5.1敏捷制造提出的背景

敏捷制造，又称灵捷制造（AM，AgileManufacturing），是由海里（Lehigh）大学亚柯卡（Iaccoca）研究所与美国通用汽车公司等企业进行联合研究，于1991年正式提出阿里的一种新型生产模式。该生产模式公开后，立即受到世界各国的关注和重视。敏捷制造是在如下的背景下提出的。

（1）全球商品市场的形成

（2）对制造业进行认识虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.5.2

敏捷制造的基本原理和特点特点1）敏捷制造企业不仅能迅速设计、试制全新的产品，而且还易于吸收实际经验和工艺改革建议，不断改进老产品。2）敏捷制造企业能在整个生命周期中满足用户要求。3）敏捷制造企业的生产成本与生产批量无关。4）敏捷制造企业采用多变的动态组织结构。5）敏捷制造企业通过所建立的基础结构，以实现企业经营目标。6）敏捷制造企业把最大限度地调动、发挥人的租用作为强大的竞争武器。基本原理

采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各类企业，构成虚拟制造环境；以竞争合作为原则在虚拟制造环境内动态选择成员，组成面向任务的虚拟公司进行快速生产；系统运行目标是最大限度满足客户的需求。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.5.2

敏捷制造的基本原理和特点特点虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-11敏捷制造概念示意图5.5.3

敏捷制造的关键因素1.企业的信息系统

随着全球通信技术的飞速发展，信息已日益成为企业成功最重要的因素之一。企业信息系统的建立和管理，交流各种与企业有关的信息，是敏捷制造的支持环境。企业信息系统主要有企业内管理信息系统（MIS）和企业外信息互联网两部分组成。在实施敏捷制造过程中，企业内的MIS是影响企业信息系统最重要的因素。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.5.3

敏捷制造的关键因素2.虚拟公司

虚拟公司是指企业群体为了赢得某一个机遇性市场竞争，把某复杂产品迅速开发生产出来并推向市场，由一个企业内部有优势的不同部分和有优势的不同企业，按照资源、技术和人员的的最优配置，快速组成一个功能单一的临时性的经营实体，从而迅速抓住市场机遇。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造图5-12虚拟公司的生命周期图5-12虚拟公司的生命周期5.5.3

敏捷制造的关键因素2.虚拟公司

虚拟公司改变了传统的静态不变的组织结构，是敏捷制造的核心，具有以下几个明显的优点：1）中小企业可以通过分享其他合作者的资源完成过去只有大企业才能完成的工作，而大企业在不需要大量投资的情况下通过转包生产的方式迅速扩大它的生产能力和市场占有率，从另一角度也降低了失败的风险。2）由于合作者有着各自的专长和优势,虚拟公司可以在经济和技术实力上很方便地超过它的所有竞争对手。3）跨地区、跨国界的国际合作，使每一个合作者都有机会进入更广泛的市场，各自的资源可以得到充分的利用，取得局部最优基础上的全局最优。4）可兼容企业间的竞争和合作，保存竞争的活力，又避免过度的竞争。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.5.3

敏捷制造的关键因素3.敏捷制造的基础结构

1）物理基础结构

指虚拟公司运行所必需的厂房、设备、实施、运输、资源等必要的物理条件，是指一个企业乃至全球范围内的物理设施。2）法律基础结构

指国家关于虚拟公司的法律和政策条文。3）社会基础结构

虚拟公司要能够生存和发展，还必须有社会环境的支持。4）信息基础结构

指敏捷制造所需要的信息支持环境，包括企业信息网络、各种服务网点、中介机构等一切为虚拟公司服务的信息手段。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.5.3

敏捷制造的关键因素4.敏捷型的员工

拥有敏捷型员工的企业优势：1）敏捷型员工能够充分发挥主动性和创造性，积极有效地掌握信息和新技术；2）敏捷型员工反应迅速灵活，能快速地从一个项目转换到另一个项目；3）敏捷型员工得到授权后，能自己组织和管理项目，在各个层次上作出适当的决策；4）敏捷型员工具有协作精神，在虚拟公司中能与各种人员保持良好的合作关系。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造表5-1敏捷型员工的特征5.5.3

敏捷制造的关键因素5.虚拟制造

虚拟制造是指在计算机环境下将现实制造系统映射为虚拟制造系统，借助三维可视交互环境，对产品从设计、制造到装配的全过程进行全面仿真的技术。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造虚拟制造系统特征功能一致性结构相似性集成化组织的灵活性5.5.4

敏捷制造对制造业的影响5.虚拟制造

（1）联合竞争

（2）技术和技能交叉

（3）环境意识加强

（4）信息成为产品虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.6智能制造（GM）5.6.1智能制造的背景

制造产业希望减少对人类智慧的依赖，以解决人才供求的矛盾。智能制造技术和智能制造系统正是适应上述情况而得以发展。1992年，美国执行新技术政策，大力支持关键重大技术，包括信息技术和新的制造工艺等，智能制造技术列在其中，美国政府希望借助此举改造传统工业并启动新产业。

加拿大制订的1994-1998年战略发展规划认为，未来知识密集型产业是驱动全球经济和加拿大经济发展的基础，发展和应用智能系统至关重要，并将具体研究项目选择为智能计算机、人机界面、机械传感器、机器人控制、新装置及动态环境下系统集成等方面。

日本1989年提出智能制造系统，且于1994年启动了先进制造国际合作研究项目，包括了公司集成和全球制造、制造知识体系、分布智能系统控制、快速产品实现的分布智能系统技术等。欧洲联盟的信息技术相关研究有ESPRIT项目，该项目大力资助有市场潜力的信息术。1994年又启动了新的R&D项目，选择了39项核心技术，其中3项（信息技术、分子物学和先进制造技术）中均突出了智能制造的位置。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.6.1智能制造的背景

我国20世纪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。科技部正式提出了“工业能工程”，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重要内容。《中国制造2025》明确了我国制造业发展的十大重点领域，其中智能制造是主攻方向或是最重要的突破口。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造5.6.２

智能制造的含义

智能制造源于人工智能的研究。智能制造（IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。应当指出的是智能制造具有鲜明的时代特征，内涵也不断完善和丰富。智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统两部分。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.２

智能制造的含义1智能制造技术

智能制造技术包括人类对制造过程的行为认识，以及对解决制造问题各种方法的认识等，是指在制造工业的各个环节，以一种高度柔性与高度集成的方式，通过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，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、储存、完善、共享、继承与发展的技术。2智能制造系统

智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统，这种系统可以在确定性受到限制，或在没有经验知识和不能预测的环境下，根据不完全的、不精确的信息来完成拟人的制造任务。由于这种制造模式，突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.3智能制造的特征智能制造的特征5.虚拟现实技术2.人机一体化4.学习能力与自我维护能力1.自律能力3.自组织与超柔性虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.4智能制造研究的内容1智能制造理论和系统设计技术

智能制造概念的正式提出至今时间不长，其理论基础和技术体系仍在形成过程中，它的精确内涵和关键设计技术仍需进一步研究。其内容包括：智能制造的概念体系，智能制造系统的开发环境与设计方法以及制造过程中的各种评价技术等。

智能制造的支撑技术是人工智能技术、并行工程、虚拟现实技术和信息网络技术。其中IMT的目标是用计算机模拟制造业人类专家的智能活动，取代或延伸人的部分脑力劳动，而这些正是人工智能技术研究的内容。虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.4智能制造研究的内容2智能制造单元技术的集成

人们在过去的工作中，以研究人工智能在制造领域中的应用为出发点，开发了众多的面向制造过程中特定环境、特定问题的智能单元，形成了一个个“智能化孤岛”。它们是智能制造研究的基础。为使这些“智能化孤岛”面向智能制造，使其成为智能制造的单元技术，必须研究它们在IMS中的集成，并进一步完善和发展这些智能单元。它们包括：（１）智能设计（２）生产过程的智能规划（３）生产过程的智能调度（４）生产过程的智能控制（５）智能检测、诊断和补偿（６）智能质量控制（７）生产与经营的智能决策（８）智能机器的设计虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.5智能制造研究的内容1智能技术智能技术模块化、嵌入式控制系统设计技术新型传感技术识别技术特种工艺与精密制造技术故障诊断与健康维护技术系统协同技术功能安全技术高可靠实时通信网络技术先进控制与优化技术虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.5

智能技术与智能设备1穿戴式智能设备图5-13智能穿戴设备（a）智能手表；（ｂ）智能手环；（ｃ）谷歌眼镜虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.5

智能技术与智能设备2智能电视图5-14智能电视手势操作图虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.5

智能技术与智能设备图5-15智能汽车的组成装置3智能汽车图5-16Google无人驾驶汽车虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.5

智能技术与智能设备图5-17智能家居4智能家居虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.5

智能技术与智能设备图5-17建筑智能化工程4智能家居虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色制造智能制造５.６.5

智能技术与智能设备图5-19智能电网5智能电网虚拟制造技术计算机集成制造系统并行工程精益生产敏捷制造绿色