先进生产模式之智能制造
一、 先进制造技术的提出背景
先进制造技术（Advanced Manufacturing Technology, AMT）首先是由美国于22世纪80年代末提出的。
以前，美国政府只对基础研究，卫生健康、国防技术等给予经费支持，而对产业技术不予支持，主张产业技术通过市场竞争，有企业自主发展。其结果导致了美国在经济上竞争力下降，贸易逆差剧增，日本家电、汽车大量涌入并占领了美国市场。20世纪80年代，美国政府开始认识到问题的严重性，于1988年开始投资进行大规模“21世纪制造企业战略”研究。其后不久提出了先进制造技术发展目标，制定并实施了先进制造技术计划和制造技术中心计划。1992年克林顿政府上台后，又提出先进制造技术为国家关键技术，在1994年财政年度预算中拨款14亿美元支持先进制造技术。
“先进制造技术”这个名词一经提出，立即获得欧洲各国、日本及亚洲新兴工业化国家的响应。例如：日本与1995年1月正式启动为期19年，总投资40亿美元的智能制造系统。
先进制造技术是为了适应时代要求提高竞争能力，对制造技术不断优化及推陈出新而形成的。它是一个相对的、动态的概念。
二，先进制造技术的内涵和特点
先进制造技术是在传统制造技术的基础上不断地吸收机械、电子、信息、材料、能源、以及现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工装配、检验测试、经营管理、售后服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。
先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁生产的基础制造技术，其目的是满足用户个体化、多样化的市场需求，提高制造业的综合经济效益，赢得激烈的市场竞争。为此，先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，重视制造过程组织和管理体制的简化及合理化。
与传统的制造技术比较，先进制造技术具有以下的特征。
(1) 系统性 由于计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术和先进管理的技术的引
入，并与传统技术的结合，使先进制造技术成为一个能驾驭生产过程中的物质流、信息流和能量流的系统工程；而传统制造技术一般只能驾驭成产过程中的物质流和能量流。
(2) 广泛性 传统制造技术通常只是将原材料成为成品德各种加工工艺；而先进制造技术则贯穿了从产品设计、加工制造到产品售后及使用维护的整个过程，成为”市场—设计开发—加工制造—市场“的大系统。
(3) 集成性 传统的制造技术的学科专业单一、独立、相互间的界限分明；而先进制造技术由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合，其界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科——制造系统工程。
(4) 动态性 先进制造技术使针对一定的应用目标，不断吸收各种高新技术逐渐形成和发展起来的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。反映在不同的时期，不同的国家和地区，先进制造技术有自身不同的特点、重点、目标和内容。
(5) 实用性 先进制造技术的发展是针对某一具体的制造需求而发展起来的先进、实用的技术，有着明确的需求导向。先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的，而是注重产生最好的实践效果，以促进国家经济增长和提高企业综合竞争力。
三、先进制造技术的体系结构及其分类
美国联邦科学、工程和技术协调委员会（FCCSET）下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组提出的先进制造技术结构，它由主体技术群、支撑技术群和制造技术环境组成，也被称为三位一体的体系结构。这种体系不是从技术学科内涵的角度来描述先进制造技术组成以及各个部分在制造技术发展过程中的作用。
从先进制造技术的定义可知，先进制造技术包括产品生命周期全过程，并需要综合应用机械与电子技术、自动化技术、计算机技术、信息科学、管理科学、乃至社会科学等方面的知识，对传统的制造技术进行改进、充实并使其发展、创新。根据先进制造技术的功能和研究对象，可将先进制造技术归纳为如下的四大类，即：现代设计技术，先进制造工艺，加工自动化技术和现代系统管理技术。它们横跨多个学科，并组成一个有机整体。其中1、现代设计技术包括：现代设计技术、数字化设计技术与数字化产品开发CAD技术、有限元分析技术、结构优化设计技术、逆向工程技术、可靠性设计技术、 绿色设计与制造技术。2、先进制造工艺技术包括：超精密加工技术、高速加工技术、
微细加工技术、激光加工技术、高压水射流加工技术、快速原型制造技术、虚拟设计与制造技术。3、制造自动化技术包括：工业机器人技术、柔性制造技术、并联机床技术。 4、现代生产管理技术包括：制造业（企业）信息化技术、现代生产管理信息系统、现代集成制造系统、产品数据管理技术。5、先进生产制造模式包括：并行工程、精益生产与及时生产、敏捷制造技术与智能制造。
下面主要系统介绍：先进生产模式中的智能制造系统（Intelligent Manufacturing System, IMS）。
智能制造系统（IMS）是一种由智能机器人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、延伸和部分的取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。
IMS是以取代制造中人的脑力劳动为目标的自动化技术，也就是要把人的智能活动变为制造机器或系统的智能活动，IMS就是要通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人的控制等来对制造技术的技能与专家知识进行建模，以使智能机器或系统在没有人工干预的情况下进行生产。
该系统具有以下特征（1）自组织能力 是指IMS中的各种智能设备，能够按照工作任务的要求，自行集结成一种最合适的结构，并按照最优的方式运行。完成任务后，该结构随即自行解散，以备在下一个任务中集结成新的结构，整个系统具有超柔性特点。自组织能力是IMS的一个重要标志。（2） 自律能力 IMS根据周围的环境对自身作业状况的信息进行监测和处理，并根据处理结果自行调整控制策略，以采用最佳的行动方案。这种自律能力是整个制造系统具备抗干扰能力、自适应和容错能力。（3）自学习和自维护能力 IMS 能以原有的专家知识为基础，在实践中不断地进行学习，完善系统知识库，并删除库中有误的知识，使知识库趋向最优。同时，还能对系统故障进行自我诊断、排除和修复。（4）整个制造环境的智能集成 IMS在强调各生产环节智能化的同时，更注重整个制造环境的智能集成。这是IMS与面向制造过程中的特定环节，特定问题的“智能化孤岛”的根本区别。IMS覆盖了产品的市场、开发、制造、服务与管理整个过程，把它们集成一个整体，系统的加以研究，实现整体的智能化。
IMS不同于计算机集成制造系统CIMS，CIMS强调的是企业内部物流料的集成和信息流的集成；而CIMS强调的则是更大范围的整个制造过程的自组织能力。但两者又
是密切相关的，CIMS中众多的研究内容是IMS发展的基础，而IMS又将对CIMS提出更高的要求。集成是智能的基础，而智能又推动集成达到更高水平，即智能集成。因此，制造工业将只能和集成为标志。
目前，先进制造设备离开了信息的输入和处理就无法运转，柔性制造系统一旦被切断信息来源就会立即停止工作。专家们认为，制造系统正在由原先能量驱动型转变为信息驱动型，这就要求制造系统不但具有柔性、而且还表现出智能，不然的话是难以处理大量的而复杂的信息工作量的。此外，瞬息万变的市场需求和激烈的竞争的复杂环境也要求制造系统表现出更高的灵活性、敏捷和智能。因而，各国政府均将智能制造模式列为国家发展计划，智能制造在未来的生产活动，低碳经济中会越来越受到高度的重视。
采用先进的制造生产模式，使企业能够适应多变的市场，立于不败之地，产品设计及生产管理效率提高，因此为企业节省了大量的物力，财力。使不断地提高生产效率。这使智能系统的机敏性和智能性体现的非常的突出。正因为拥有如此多的优点，所以各国政府非常的重视这一技术，以至于在将来的市场竞争中占领主动权。
参考教材： 《先进制造技术》上海交通大学出版社 黄宗南 洪跃编著 《先进制造技术》 机械工业出版社 王隆太著
先进制造技术
