智能制造技术与系统可行性分析构架

李小宾

（陕西法士特汽车传动集团有限责任公司，陕西西安 710075）

0 引言

智能制造系统是由智能化的机器和人类专家构成的智能化系统，其具备了人类的多种思维，能够通过系统分析和数据判断进行独自生产，大大提升了工业生产效率和质量。智能制造系统能够在生产过程中学习人的思维模式和技术方法，并通过计算机对数据进行分析总结，形成特定的工作思维，更好地为工业制造领域服务。

1 智能制造系统模式

在智能制造发展过程中，出现了许多先进的制造模式，对工业文明的发展发挥了不可忽视的作用。

1.1 精良制造

日本丰田汽车公司是精良制造的代表，其结合国内发展特点设计出这种先进的智能制造模式。1980—2000 年是丰田企业发展的鼎盛时期，丰田汽车在国际市场上的影响力非常强，使得欧美国家也意识到精良制造的意义。

1985 年美国开始对汽车生产模式进行研究，并对精良制造模式进行分析并形成了系统化的理论。精良制造的核心为“消除浪费，精简组织”，其不仅在表现特征上提出了围绕着“人”进行生产，而且也从生产过程中提出“精简”理念，经过许多企业改善形成了完整的智能制造体系。这种模式能够实现对生产时间的严格控制，在有限的生产时间内生产效率得到大幅提升。

1.2 敏捷制造

随着工业体系的不断完善，许多生产企业都意识到了生产制造方法改进的重要性。福特公司提出按照用户需求生产制造的理念，并保障在获取用户需求的是3 个工作日内完成生产，在有效缩短生产周期的基础上实现了对生产质量的控制。在这种生产理念支撑下刚性的、传统的以及大批量流水线作业方式逐渐被一些大型的制造业企业淘汰。通用汽车公司随后研究出一种敏捷制造模式，其对于现代制造业的发展产生了不可忽视的影响。许多应用敏捷制造模式的企业都认为在持续变化的市场中，这种模式不仅可以节省更多生产资源，而且也能减少因为盲目生产带来的各类浪费。

1.3 集成制造

在智能制造技术发展过程中，集成化制造模式成为了工业制造的主要形式。目前世界上所有的大型制造企业都采用集成制造模式。这种模式也是建立在智能制造技术不断成熟的基础上，其最大的特点是通过体系化的流水线完成一个商品的整个制造环节，大大提升了商品生产效率。汽车制造企业几分钟就能组装一台汽车，这是传统人工组装模式无法实现的。集成制造的发展进一步推动了智能制造系统的发展，各类集成化的智能制造系统被各制造企业应用到生产过程中，虽然目前智能制造系统依然处于发展阶段，但当前的生产效率已经超过了传统的制造方式，其对于现代制造产业的良性发展发挥了重要作用。

1.4 绿色制造

智能制造的一个特点是实现绿色生产过程。传统的制造方法消耗大量的资源，同时也带来的一系列的环境问题。智能制造技术通过机器将生产环境紧密地联系在一起，一些高污染和高能耗的产业得到了优化，智能制造的整个过程变得更加绿色和环保。绿色制造是制造业未来发展中必须实现的目标，能耗和污染的降低意味着能源的节约和转型，这也是工业文明由传统的发展形式向着现代化发展的重要标志。在绿色制造的整个环节中智能制造系统的设计极为关键，其有效地解决了工业发展与人类社会发展之间的矛盾，进一步推动工业的转型发展。

2 智能制造技术概述

智能制造技术是智能制造系统重要的组成部分，是支撑制造工作有序进行的基础。智能制造技术中包含多种智能化技术，其可以有效处理大量复杂的信息，通过计算机对复杂数据进行计算，为智能制造系统提供技术支撑，图1 为现代智能制造系统架构。

图1 现代智能制造系统架构

2.1 智能数控技术

智能数控技术可以实现对各项生产参数的有效控制，保障整个生产过程的有序性。智能数控技术主要以人工智能技术为主，其可以结合制造过程所需的条件，合理地选择生产制造工具，实现工具选择的最优化目标，这是传统工艺不具备的优势。现阶段智能数控技术在智能制造系统的构建中应用广泛，国内外开发了许多智能数控软件，如基于STEP 的CAD 和CAM 平台，可以为智能化数控系统的构建提供基本的参照。随着智能数控技术的完善与发展，更多类型的智能数控技术被应用于企业的生产过程中。一些高端制造业企业正在积极研发与自身生产技术相符合的智能数控技术，推动了产业的发展。图2 为智能数控系统架构。

图2 智能数控系统架构

2.2 智能削切技术

在机械零部件制作工艺中，削切技术非常关键，是影响机械零部件制造的主要因素。智能化削切技术能够实现自动选择刀具和自动控制削切力度，生产的机械零部件尺寸和规格有着高度一致性。例如，在轮船发动机转轴生产过程中，系统可以根据生产情况自动选择刀具的数量、规格和各类参数，然后按照削切工艺进行生产，这种生产方式不仅效率高，而且生产质量远高于传统的生产方式。此外，智能削切技术的另一个优势在于能够避免人为操作带来的各种问题，利用该技术生产的机械零部件合格率高，可以提高企业的经济效益。

3 智能制造系统可行性分析

机电控制系统建模主要围绕机械运行原理进行，结合实验数据设计合理的参数控制机械，其缺点是无法控制复杂的非线性系统。而智能制造系统能够解决这一问题，其由高阶、多因素以及非线性系统构成，在建模方面效果突出。智能制造系统能够处理在线检测、运行模式和过程模型建立过程中存在的问题，提升制造系统的智能性。

3.1 IMS 系统模型

IMS 系统模型是一种建立在传统制造系统上的制造模型，其为智能制造系统的实现提供了基本的参照。智能制造系统的构建需要将各生产环节包含在内，使得加工、制造和组装等各个环节协调一致。IMS 系统具有一定的自主性和开放性，可以结合各项制造数据的变化改变生产方式，其为智能系统的总体框架构建提供了更为具体的方案。

IMS 系统在当前的智能制造系统中有着广泛应用，在实现更为智能化发展方向上依然是研究学者们的参考内容，而且在当前的网络通信环境下，解决了智能系统通信不畅的问题。总体而言，IMS 系统的构建是智能制造系统建设过程中的一个重要环节，对于系统稳定运行意义重大。

3.2 Petri 网加工中心系统

Petri 网理念出现于1960 年，发展至今已应用于制造业的多个学科中。Petri 网的应用为智能系统提供了数据处理的渠道，处理各类加工信息时都可以在Petri 网加工中心完成。在智能制造系统中加工中心的存在意义非常重要，各类生产信息需要在统一的系统中完成集成，如果其中部分信息传输或者处理出错，那么某个生产环节或者加工过程就会受到影响。

Petri 网中心使用复杂的数据处理技术，针对大量复杂的数据时，该系统可以结合具体的计算规则对数据进行计算，得出精确的数据参数并传输至下一级系统中，系统根据这些数据进行生产，保障了工业生产的准确度。此外，在智能制造系统中Petri网还提供智能程序，其是支撑智能制造系统运行的重要逻辑，如果缺少这项系统整个智能制造系统的主体功能将无法得到发挥，最终影响工业生产的质量。

3.3 CAD/CAM 服务平台

CAD/CAM 服务平台主要针对各类智能指令的控制，其存在于各独立的系统中，能够发送系统收集的各类数据信息，并对各项工艺流程进行协调，使得各项生产流程得以顺利和有序地进行。

CAD/CAM 服务平台的存在对于智能制造系统功能的完善至关重要，如果系统无法解决各生产环节相关工艺技术协调问题，则可能导致整个生产线出现混乱。基于CAD/CAM 的各项系统功能的实现，大大提升了智能制造系统的运行效率，保障了系统间的协调性。因此在设计现代智能制造系统时，需要重点考虑到CAD/CAM 服务系统的应用，并提出更为理想的设计方案。该平台的构建是智能制造系统中的重中之重，设计系统时需要考虑的问题众多，相关人员需要集合智能制造系统功能实现的目标制定更为科学的方案，不断完善与改进数据服务系统。

3.4 数据交换中心系统

智能制造系统中最为核心的一项内容是数据交换系统，数据的交换对各项智能功能的实现有着重要作用。数据交换中心应用多种数据处理系统，例如大数据处理技术和云计算技术。系统运行的各项数据都可以在数据交换中心完成交换或者转化，大大方便了各系统间的沟通。在制造过程中，系统获取数据后需要转化为系统可以识别的内容，但整个生产线由多种不同类别的智能系统构成，不同类型的数据需要转化为特定机器可以识别的数据才能根据具体的指令进行工作，而数据交换中心提供这种功能，保障了系统运行的稳定性。

4 结束语

现代制造业的发展越来越智能化，智能制造系统在制造业中的应用能够有效地提升现代制造业的生产效率。在研究和设计智能制造系统时需要借助各类智能制造技术构建完善的系统，因此研究智能制造技术的应用对于实现高智能的智能制造系统发挥着重要作用。随着智能技术的完善与发展，更多的智能技术将会出现在制造业中，进而推动制造业繁荣发展，使得制造业更好地服务于社会，推动人类社会向更加智能化的方向发展。