智能制造系统 IMS
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智能制造技术是指利用计算机模拟制造专家的分析、判断、推理、构思和决 策等智能活动，并将这些智能活动与智能机器有机地融合起来，将其贯穿应用于
整个制造企业的各个子系统(如经营决策、采购、产品设计、生产计划、制造、
装配、质量保证和市场销售等)，以实现整个制造企业经营运作的高度柔性化和
集成化，从而取代或延伸制造环境中专家的部分脑力劳动，并对制造业专家的智
能信息进行收集、存储、完善、共享、继承和发展的一种极大地提高生产效率的
先进制造技术。
智能制造系统是指基于IMT，利用计算机综合应用人工智能技术(如人工神经网络、遗传算法等)、智能制造机器、代理(agent)技术、材料技术、现代管理
技术、制造技术、信息技术、自动化技术、并行工程、生命科学和系统工程理论
与方法，在国际标准化和互换性的基础上，使整个企业制造系统中的各个子系统
分别智能
化，并使制造系统形成由网络集成的、高度自动化的一种制造系统。
IMS是智能技术集成应用的环境，也是智能制造模式展现的载体。IMS理念建立在自组织、分布自治和社会生态学机制上，目的是通过设备柔性和计算机人
工智能控制，自动地完成设计、加工、控制管理过程，旨在解决适应高度变化的
环境制造的有效性。 2
20世纪60年代的数控机床(CNC)实现了机械加工过程的可编程 自动化 ：2O世纪70年代的柔性制造系统(FMS)将车间级的机床设备 、工艺装备 、工业机器人及搬运小车等通过计算机在线控制实现了以物流为基础的系统 自动化．进一步满足制造系统的柔性化要求;20世纪80年代的计算机集成制造 (CIM)通过信息技术将工厂中CAD、CAPP、CAM及经营管理等集成起来 ，按照人们预测的方式实现加工过程的 自动化。而智能制造可以在确定性不明确、不能预
测的条件下完成拟人的制造工作。主要表现在下列的特征 ：自组织能力、自律
能力、自学习能力 、系统的智能集成、人机一体化智能系统等等。可以看出IMS作为一种模式，它是集自动化、柔性化、集成化和智能化于一身，并不断向纵深
发展的先进制造系统。 3
智能制造系统结构的主要类型有 ：以提高制造系统智能为 目标 ，智能机器人、智能体等为手段的智能制造系统；通过互联网把企业的建模 、加工 、测量 、机器人的操作一体化的智能制造系统；采用生物问题的求解方法的生物智能制造
系统等。目前 ，较多采用的是基于Agent的分布式网络化IMS的模型，见图l。
一方面通过Agent赋予各制造单元以 自主权．使其成为功能完善自治独立的实
体；另一方面，通过Agent之间的协同与合作．赋予系统自组织能力。 4
传统的机电控制系统的建模方式是根据系统的物 理原理推出模型结构，根 据实验 、经验选出参数及修正 值。这种方法对于复杂的非线性系统的建模不是
很有 效。智能制造系统是一个非常复杂的大系统 ，它是多因 素、高阶、非线性的系统，传统的建模方法很困难。它表 现在离散性、在线检测困难 、过程模型的不确定性 、过程的快速性、以及系统处理多级信息反馈的不稳定性。智能
建模方法可用模糊数学、神经网络等方法来实现。根据不同的需求从不同的侧面
对智能制造系统进行抽象和描述 ，形成了各具特色的建模方法 。基于IDEF 的功能 模 型 ，该模 型在 结构 化分 析基 础上 用 图形符号描述的功能模型，
它可以表达某种功能活动的下列内容 ：定义，输出，输入 ，约束与控制 ，支持机制 ．功
能间关系等等见图2。
面向对象建模法 (OOM)为智能制造系统的建模提供了新的思路和方法。它 是一种运 用对象、类、继承、封装、继 承、聚合、消息传递、多态性等概念来
构造系操作工机床刀具统的软件开发方法。OOM中的基本建模元素“对象”是 对问题域中事物完整映射，OOM 中的结构与连接反映了问题域中事物之间的关 系。
基于Petri网的动态模型，Petri网是由德国学Carl A．Petri于1962年提出的一种用于描述事件和条件关系的网络。它用一种简单图 形表示组合模型 ．具有直观、易懂、易用等特点。图3 为简单Petri网 。 在普通Petri网的基础上已扩展成 许 多Petri网 。其 中包括：有 色 Petri网 (Colored Petri Net)、随机Petri网(Stochastic Petri Net)、模 块化／递 阶 Petri网(Mdolar／hierarchacal Petri Net)等。
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从智能制造系统和智能制造单元最根本的技术特征来看，其智能体现在系统
整体的“自组织能力”和工作单元的“自主性”两个层次上，系统或单元的柔性
也体现在系统单元组织的柔性和加工单元的柔性上它与计算机集成制造(CIM)有着明显的区别:CIM的策略是把单个自动化子系统组成一个生产线，以提高生产
效益参考.CIM的控制基础是计算机集中控制的信息网，在这种机构中，虽然有 多层管理和决策，但最主要还有由中央计算机控制z7智能制造的思路是基于组
件的系统，且具有在分布式异构环境中的操作能力，以最快的速度响应市场需求，
获得最大的利益，其技术基础是分布式人工智能中的多Agent系统。CIM最主要的问题是尽量在制造过程中排除人的因素，在对异构环境连接时，应用的情况十
分复杂，对于既具有高度自动化机器，又具有半自动化设备的加工车间来说，把
它们集成为CIM模式 既复杂又需要大量的资金投人，因此，对于我国的制造业
企业来说，尤为困难.基于Agent技术的智能制造系统为解决这一难题提供了一
条思路.
智能制造系统 IMS
