人机一体化理念强调智能制造系统不仅仅是“人工智能系统”,更是一种混合智能系统。试图以人工智能全面取代制造过程中人类专家的智能,独立承担所有分析、判断和决策任务,是不现实的。因此,人机一体化突出了人在制造系统中的核心地位,强调人与智能机器的协作。
智能制造的实际意义及带来的新发展是什么?
在语言理解、图像识别、遗传编程以及自动程序设计等方面,智能制造同样展现了强大的能力。它不仅限于简单的自动化,而是深入到了智能控制、机器人学等核心领域。这些技术的结合,使得制造过程能够处理更复杂的任务,实现从感知到执行的全面智能化,从而大幅提升生产效率和质量。
关于发展前景,人工智能技术是智能制造的关键基石。因为智能制造的目标就是模拟人类专家的智能活动,以此来取代或延伸人的部分脑力劳动。在这个过程中,专家系统、人工神经网络以及模糊逻辑等人工智能技术成为了不可或缺的核心支撑,它们让机器具备了类似人类的认知和判断能力。
高可靠实时通信网络技术是智能制造的信息高速公路。这包括嵌入式互联网技术、高可靠无线通信网络构建技术,以及工业通信网络信息安全技术。异构通信网络间信息无缝交换技术的实现,确保了数据在不同网络环境下的实时、准确传输,为智能制造提供了坚实的网络保障。
特种工艺与精密制造技术提升了产品的制造精度和质量。这包括多维精密加工工艺、精密成型工艺,以及焊接、粘接、烧结等特殊连接工艺。微机电系统(MEMS)技术、精确可控热处理技术和精密锻造技术等,使得制造能够突破传统极限,实现更高精度和更复杂结构的制造。
在人机一体化的框架下,智能机器的配合能够更好地发挥人的潜能,使人与机器达到一种相互协作、平等共事的关系。二者在不同层次上各显其能,相辅相成。这种模式既利用了机器的精确和高效,又保留了人类的灵活性和创造力,实现了1+1大于2的效果。
在智能技术方面,新型传感技术至关重要。这包括具有高传感灵敏度、精度、可靠性和环境适应性的传感技术。采用新原理、新材料、新工艺的传感技术,如量子测量、纳米聚合物传感、光纤传感等,正在不断涌现。同时,微弱传感信号的提取与处理技术也是提升感知精度的关键。
故障诊断与健康维护技术保障了制造系统的稳定运行。这包括在线或远程状态监测与故障诊断、自愈合调控与损伤智能识别以及健康维护技术。对于重大装备,寿命测试和剩余寿命预测技术,以及可靠性与寿命评估技术,能够有效预防故障,延长设备使用寿命,降低维护成本。
识别技术在智能制造中发挥着重要作用。低成本、低功耗RFID芯片设计制造技术,超高频和微波天线设计技术,以及低温热压封装技术,推动了RFID核心模块的发展。基于深度三位图像识别技术和物体缺陷识别技术,使得产品检测更加智能化和自动化,提高了质检效率和准确性。
自律能力构筑是智能制造系统的重要特征。这意味着系统能够收集和理解环境信息及自身状态,并据此进行分析判断和规划自身行为。这种能力建立在强大的知识库和基于知识的模型基础之上。拥有自律能力的制造系统,能够在无人干预的情况下,自动适应变化,优化生产流程。
虚拟制造技术为产品设计阶段提供了强大的模拟能力。它可以在产品实际制造之前,就模拟出该产品的整个生命周期。这种方法使得生产组织变得更加有效、经济和灵活。通过虚拟制造,企业能够保证产品开发周期最短、成本最低、质量最优以及生产效率最高,这是传统制造方式难以企及的优势。
先进控制与优化技术是智能制造的核心驱动力。这涉及工业过程多层次性能评估技术、基于大量数据的建模技术,以及大规模高性能多目标优化技术。对于大型复杂装备系统,仿真技术和高阶导数连续运动规划、电子传动等精密运动控制技术,确保了生产过程的精准和高效。
并行工程在智能制造中扮演着重要角色。针对制造业而言,这是一种极其重要的技术方法学。当并行工程被应用于智能制造系统时,它能够最大限度地减少产品设计阶段的盲目性,同时大幅降低设计的重复性工作。这意味着产品从概念到成品的过程更加高效,资源浪费更少。
信息网络技术则是制造过程实现“智能集成”化的重要支撑。它不仅是连接制造系统各个环节的纽带,更是制造信息及知识流动的通道。通过高效的信息网络,数据可以在不同部门、不同工序之间无缝流转,确保了整个制造体系的协同运作,实现了信息的实时共享和快速响应。
系统协同技术解决了大型制造工程项目复杂自动化系统的整体方案设计问题。这包括安装调试技术、统一操作界面和工程工具的设计技术,以及统一事件序列和报警处理技术。一体化资产管理技术的引入,使得整个制造系统的运行更加透明和可控,提升了整体协同效率。
智能制造的实际意义首先体现在它极大地拓展了工业应用的范围。从机器视觉到指纹、人脸、虹膜等生物特征识别,再到掌纹识别,这些技术都在制造业中落地。此外,专家系统、自动规划、智能搜索以及定理证明等人工智能领域的应用,也通过智能制造融入了生产环节,让机器能像人类专家一样进行复杂的逻辑推理和决策。
自组织和超柔性是智能制造系统的另一大亮点。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。这种柔性不仅体现在运行方式上,更突出在结构形式上,因此被称为“超柔性”。它类似于生物所具有的特征,就像一群人类专家组成的整体,能够灵活应对各种挑战。
功能安全技术关注智能装备硬件和软件的安全性能。这包括功能安全分析、设计、验证技术及方法,建立功能安全验证的测试平台,以及研究自动化控制系统整体功能安全评估技术。通过这些措施,可以确保智能制造系统在复杂环境下依然能够安全可靠地运行,防止意外事故发生。
模块化、嵌入式控制系统设计技术为智能制造提供了硬件基础。这包括不同结构的模块化硬件设计技术,微内核操作系统和开放式系统软件技术,以及组态语言和人机界面技术。此外,实现统一数据格式和统一编程环境的工程软件平台技术,也极大地简化了系统开发和集成过程。