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智能制作的展开进程
日期:2022-06-23 15:33:52 来源:ballbet贝博体育狼堡

  跟着制作业面对的竞赛与应战日益加剧,将传统的制作技能与信息技能、现代办理技能相结合的先进制作技能得到了注重和展开,先后呈现核算机集成制作、灵敏制作、并行工程、大批量定制、合理化工程等相关理念和技能。

  1973年美国约瑟夫哈林顿(Joseph Harrington)博士在《Computer Integrated Manufacturing》一书中初次提出 CIM(computer integrated manufacturing)理念。它的内在是凭借核算机, 将企业中各种与制作有关的技能体系集成起来, 然后进步企业习惯商场竞赛的才能。其间, 特别强调: ①企业各个出产环节是不可分割的, 需求统一安排与安排“体系的观念”;②产品制作进程实质上是信息收集、传递、加工处理的进程“信息化的观念”;20世纪90年代,我国曾推出863/CIMS主题方案,在一些大型骨干企业尝试了核算机集成制作体系的使用。

  1970年美国未来学家阿尔文托夫(Alvin Toffler)在《Future Shock》一书中提出了一种全新的出产办法的想象:以类似于规范化和大规模出产的本钱和时刻,供给客户特定需求的产品和服务。1987年,斯坦戴维斯(Start Davis)在《Future Perfect》一书中初次将这种出产办法称为大规模定制(mass customization,MC)。1993年B约瑟夫派恩(BJoseph Pine II)在《大规模定制:企业竞赛的新前沿》一书中写到:“大规模定制的中心是产品品种的多样化和定制化急剧添加,而不相应添加本钱;范畴是个性化定制产品的大规模出产:其最大长处是供给战略优势和经济价值。”我国学者祈国宁教授以为,大规模定制是一种集企业、客户、供货商、职工和环境于一体,在体系思维指导下,用全体优化的观念,充分使用企业已有的各种资源,在规范技能、现代规划办法、信息技能和先进制作技能的支撑下,依据客户的个性化需求,以大批量出产的低本钱、高质量和功率供给定制产品和服务的出产办法。MC的根本思路是根据产品族零部件和产品结构的相似性、通用性,使用规范化模块化等办法下降产品的内部多样性。添加顾客可感知的外部多样性,经过产品和进程重组将产品定制出产转化或部分转化为零部件的批量出产,然后灵敏向顾客供给低本钱、高质量的定制产品。

  20世纪90年代,信息技能日新月异,为从头夺回美国制作业的世界领先地位,美国政府把制作业展开战略方针瞄向21世纪。美国通用汽车公司(GM)和里海(Leigh)大学的雅柯卡(Iacocca)研讨所在国防部的赞助下,安排了百余家公司,由通用汽车公司、波音公司、IBM、德州仪器公司、AT&T、摩托罗拉等15家闻名大公司和国防部代表共20人,历时三年,于1994年末提出了《21世纪制作企业战略》。在这份陈述中,提出了既能表现国防部与工业界各自的特别利益,又能获取一起利益的一种新的出产办法,即灵敏制作。灵敏制作的意图可归纳为:“将柔性出产技能,有技能、有常识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间协作的灵敏办理(三要素)集成在一起,经过所树立的一起根底结构,对灵敏改动的商场需求和商场实践做出快速呼应”。从这一方针中能够看出,灵敏制作实践上首要包含三个要素:出产技能、办理和人力资源。

  1988年,美国国家防护剖析研讨所提出了并行工程(concurrent engineering,CE)理念。并行工程是集成、并行地规划产品及其相关进程(包含制作进程和支撑进程)的体系办法。这种办法要求产品开发人员在一开端就考虑产品整个生命周期从概念构成到产品作废的一切要素,包含质量、本钱、进展方案和用户要求。并行工程的方针为进步质量、下降本钱、缩短产品开发周期和产品上市时刻。并行工程的具体做法是:在产品开发初期,安排多种功能协同作业的项目组,使有关人员从一开端就取得对新产品需求的要求和信息,活跃研讨触及本部门的作业事务,并将所需求求供给给规划人员,使许多问题在开发前期就得到解决,然后确保了规划的质量,避免了很多的返工糟蹋。

  合理化工程首要针对按订单规划(engineering-to-order,ETO)的制作企业。这类企业的产品一般需求按顾客的特别要求进行规划制作。假如规划周期过长,导致产品交货期过长,则有或许失掉顾客;假如要求在规则的时刻内交货,产品规划周期过长,则产品的制作周期有必要进行紧缩,会影响产品的制作质量。因而关于ETO企业,紧缩产品的规划周期非常重要。推动合理化工程的意图是选用先进的信息处理技能,进行产品结构的重组、产品规划开发进程的重组和规划,尽或许削减产品零部件类别,然后缩短产品研制周期,进步产品质量,缩短产品制作周期,下降产品本钱,改进售后服务。

  1948年诺伯特维纳宣布《操控论》,奠定了工业自动化技能展开的理论根底。自第三次工业革命以来,工业自动化技能取得了长足展开,从PLC的诞生到DCS、人机界面、PC-Based,从工业现场总线到工业以太网,从前史数据库到实时数据库,从面向流程职业的进程自动化,到面向离散制作业的工厂自动化,从单机自动化到产线的柔性自动化,从工业机器人的广泛使用到AGV和全自动立体仓库的物流自动化,工业自动化技能的繁荣展开为智能制作奠定了坚实的根底。

  从1957年Patrick Hanratty先生研制出全球第一个数控编程软件PRONTO至今,全球工业软件现已阅历了60多年汹涌澎湃的立异进程。很多闻名的工业软件源于世界级制作企业,尤其是航空航天与汽车职业的立异实践。例如,大名鼎鼎的仿真软件Nastran就源于美国NASA,其称号的内在便是NASA Structural Analysis;达索体系的CATIA软件则源于达索航空,而波音、麦道航空、通用电气和通用汽车也孕育了当今很多干流的工业软件。这些世界级企业在工业实践中提出的需求,成为工业软件立异的源泉。另一方面,今日广泛使用的ERP软件,发源于20世纪30年代在制作业办理实践中提出的订购点法,后来又进一步展开出物料需求方案(material requirement planning,MRP)、制作资源方案(manufacturing resources planning,MRPII),20世纪90年代,伴跟着核算机体系走向C/S架构,图形界面广泛使用,Gartner提出了ERP理念,并将使用范畴扩展到流程制作业。

  从深刻影响全球制作业的CIM、并行工程、灵敏制作、大批量定制、合理化工程等先进理念,到工业自动化、工业软件的长足展开,以及在工业实践中繁荣展开的工业工程和精益出产办法,成为智能制作繁荣展开的柱石。而互联网、物联网的鼓起,人工智能技能的实践使用,又为智能制作理念的落地实践供给了有力支撑。

  智能制作的概念阅历了提出、展开和深化的不同阶段。最早在20世纪80年代,美国赖特(Paul Kenneth Wright)和伯恩(David Alan Bourne)在专著《制作智能》(Smart Manufacturing)中初次提出“经过集成常识工程、制作软件体系、机器人视觉和机器人操控来对制作技工们的技能与专家常识进行建模,以使智能机器能够在没有人工干预的情况下进行小批量出产”。在此根底上,英国Williams教授对上述界说作了更为广泛的弥补,以为“集成规模还应包含贯穿制作安排内部的智能决议方案支撑体系”。之后不久,欧、美、日等工业化发达国家环绕智能制作技能与智能制作体系展开国际协作研讨。1991年,日、美、欧一起建议施行的“智能制作国际协作研讨方案”中提出“智能制作体系是一种在整个制作进程中贯穿智能活动,并将这种智能活动与智能机器有机交融,将整个制作进程从订购、产品规划、出产到商场出售等各环节以柔性办法集成起来的能发挥最大出产力的先进出产体系”。

  美国国家规范与技能研讨院(National Institute of Standards and Technology,NIST)在《智能制作体系现行规范体系》的陈述中说到,智能制作差异于其他根据技能的制作范式,是一个有着增强才能,然后面向下一代制作的方针愿景,它根据新式的信息和通讯技能,并结合了前期制作范式的特征(图1)(原文:Smart manufacturing, different from technology-based manufacturing paradigms, defines a vision of next-generation manufacturing with enhanced capabilities. It is built on emerging information and communication technologies and enabled by combining features of earlier manufacturing paradigms)。

  我国最早的智能制作研讨始于1986年,杨叔子院士展开了人工智能与制作范畴中的使用研讨作业。杨叔子院士以为智能制作体系是“经过智能化和集成化的手法来增强制作体系的柔性和自安排才能,进步快速呼应商场需求改变的才能。”吴澄院士以为,从有用、广义视点了解智能制作,是以智能技能为代表的新一代信息技能,包含了大数据、互联网、云核算、移动技能等,以及在制作全生命周期的使用中所触及的理论、办法、技能和使用。周济院士则以为,智能制作的展开阅历数字化制作、智能制作1.0和智能制作2.0三个根本范式的制作体系逐层递进组成。智能制作1.0体系的方针是完成制作业数字化、网络化,最重要的特征是在全面数字化的根底上完成网络互联和体系集成。智能制作2.0体系的方针是完成制作业数字化、网络化、智能化,完成真实意义上的智能制作。

  国家工信部在《智能制作展开规划(2016-2020年)》中界说智能制作是“根据新一代信息通讯技能与先进制作技能深度交融,贯穿于规划、出产、办理、服务等制作活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决议方案、自履行、自习惯等功能的新式出产办法。实践上,智能制作是制作业价值链各个环节的智能化,交融了信息与通讯技能、工业自动化技能、现代企业办理、先进制作技能和人工智能技能五大范畴技能的全新制作形式,完成企业的出产形式、运营形式、决议方案形式和商业形式的立异。

  现在国际上与智能制作对应术语是Smart manufacturing和Intelligent manufacturing,“Smart”被了解为具有数据收集、处理和剖析的才能,能够精确履行指令、完成闭环反应,但没有完成自主学习、自主决议方案和优化提高;“Intelligent”则被了解为能够完成自主学习、自主决议方案和优化提高,是更高层级的才智制作。从现在的展开来看,国际上达到的遍及一致是智能制作还处于“Smart”阶段,跟着人工智能的展开与使用,未来将完成“Intelligent”。智能制作技能是核算机、工业自动化、工业软件、智能配备、工业机器人、传感器、互联网、物联网、通讯技能、人工智能、虚拟实际/增强实际、增材制作、云核算,以及新材料、新工艺等相关技能繁荣展开与穿插交融的产品。智能制作并不是一种单元技能,而是企业继续使用先进制作技能、现代企业办理,以及数字化、自动化和智能化技能,提高企业中心竞赛力的归纳集成技能。能够说,智能制作是一个“海纳百川”的集大成者,参见图2。