智能制造管理 課件 第四章 智能制造基本原理

第四章智能制造基本原理1工廠物理學(xué)2透明制造3智能產(chǎn)品4智能物料5智能生產(chǎn)6智能服務(wù)第一節(jié)工廠物理學(xué)工廠物理學(xué)定義：工廠物理學(xué)（FactoryPhysics）是對(duì)制造系統(tǒng)基本行為的系統(tǒng)描述。意義：①識(shí)別改善目前系統(tǒng)的機(jī)會(huì)；②設(shè)計(jì)有效的新系統(tǒng)；③權(quán)衡不同領(lǐng)域的政策。工廠物理學(xué)生產(chǎn)排程Schedule往往譯作“排程”，也譯作“計(jì)劃”。在企業(yè)中，高層管理者希望能準(zhǔn)時(shí)交貨、最小化在制品，縮短交貨期，以及最大化資源利用率。在現(xiàn)實(shí)生活中，這些目標(biāo)相互沖突，存在此消彼長(zhǎng)的關(guān)系。因此，計(jì)劃排程的目標(biāo)就是在這些沖突的目標(biāo)中達(dá)到一個(gè)利益最大化的平衡。工廠物理學(xué)2.運(yùn)營(yíng)管理中的人因人在制造系統(tǒng)中的作用是復(fù)雜的且具有多面性的，一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)包含設(shè)備、邏輯，以及人是很重要的。就算是技術(shù)性很強(qiáng)的主題，例如排班，能力計(jì)劃，質(zhì)量控制，以及機(jī)器維護(hù)，都在基本的方式上包含了人。工廠物理學(xué)3.車間作業(yè)控制車間作業(yè)控制（ShopFloorControl，SFC）是計(jì)劃與部件的結(jié)合處，因此，它是生產(chǎn)計(jì)劃與控制體系的基礎(chǔ)。由于Sfc模塊處于執(zhí)行實(shí)時(shí)控制決策的位置，它也很自然地處于實(shí)時(shí)監(jiān)控這些類型的變化的位置。除了收集實(shí)時(shí)狀態(tài)的信息，SFC模塊也有益于收集、加工超出實(shí)時(shí)的與未來相關(guān)的信息。工廠物理學(xué)4.全面質(zhì)量管理全面質(zhì)量管理改變了原來質(zhì)量管理的觀念，引入了新的理念，即改變?cè)瓉頇z查最終產(chǎn)品或服務(wù)為監(jiān)控產(chǎn)品或服務(wù)全過程。TQM的出發(fā)點(diǎn)就是在第一時(shí)間預(yù)防產(chǎn)品質(zhì)量問題的發(fā)生。第二節(jié)透明制造透明制造1.透明工廠2.數(shù)字化工廠解決方案第三節(jié)智能產(chǎn)品智能產(chǎn)品1.智能產(chǎn)品的不同定義：Cena等認(rèn)為智能產(chǎn)品是物理域和信息域的緊密結(jié)合，這使其具有特定的智能化特性。依靠物理域與信息域的迭代交互，智能產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶和環(huán)境的自適應(yīng)。Wong等將智能產(chǎn)品的自適應(yīng)特性歸結(jié)于其自身一套成熟的軟件智能體系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)可以根據(jù)智能產(chǎn)品其他模塊的輸入數(shù)據(jù)或使用環(huán)境的變化進(jìn)行推理并做出反應(yīng)。Venta等認(rèn)為智能產(chǎn)品應(yīng)該具有以下功能：持續(xù)監(jiān)控自身狀態(tài)和使用環(huán)境；對(duì)環(huán)境和操作條件做出反應(yīng)和適應(yīng)；在不同使用環(huán)境下保持最優(yōu)使用狀態(tài)；與用戶或環(huán)境及其他智能產(chǎn)品和系統(tǒng)進(jìn)行交互。Mcfarlane等提出智能產(chǎn)品應(yīng)該具有以下特性：唯一標(biāo)識(shí)符；能與環(huán)境進(jìn)行有效交互；能夠保留或存儲(chǔ)自身相關(guān)信息；運(yùn)用某種機(jī)器語(yǔ)言展現(xiàn)自身特性、生產(chǎn)要求等；能夠參與有關(guān)自身的決策。智能產(chǎn)品2.智能車間：智能化的車間中主要包括智能機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)、通信技術(shù)、控制中心四大部分組成。其中主要的工作原理就是控制中心輸入命令通過網(wǎng)關(guān)的傳輸，

讓智能機(jī)床能夠進(jìn)行好的工作，同時(shí)智能機(jī)床對(duì)自身的數(shù)據(jù)分析也可以通過網(wǎng)關(guān)傳輸給控制中心，使其工作的人員能夠?qū)ζ湓O(shè)備進(jìn)行一定的分析。以此判斷設(shè)備的運(yùn)行情況是否達(dá)到規(guī)范的要求標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也可以對(duì)設(shè)備的安全性做出一定的檢測(cè)。3.智能機(jī)床：智能機(jī)床具備感知、推理、決策及學(xué)習(xí)能力。機(jī)床具有感知能力：就要求機(jī)床將裝備更多的傳感器，例如，溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、扭矩傳感器、聲控傳感器等，為智能機(jī)床推理、決策提供已知條件或感知條件的變化。機(jī)床具有推理、決策能力，就要求機(jī)床能夠根據(jù)現(xiàn)有條件得出正確的結(jié)果或根據(jù)現(xiàn)有條件的變化采取應(yīng)對(duì)措施，以保證結(jié)果的正確性。第四節(jié)智能物料智能物料生產(chǎn)物流及智能化發(fā)展：最初的人工物流是靠人工完成的，隨著工業(yè)革命的推進(jìn)，采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行物料輸送，再到自動(dòng)化物流自動(dòng)輸送、搬運(yùn)和自動(dòng)分揀，信息化將物流系統(tǒng)進(jìn)行信息集成，現(xiàn)如今隨著新一代信息技術(shù)的影響，將人工智能集成到物流系統(tǒng)發(fā)展成為智能物流。智能化物流配送：智能物料配送系統(tǒng)是智能制造中的關(guān)鍵部分，利用RFID技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)等，使生產(chǎn)制造過程與物流運(yùn)輸過程互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)快速?zèng)Q策、智能調(diào)度、動(dòng)態(tài)配送等生產(chǎn)物流過程。物料管理體系框架：①資源感知層；②網(wǎng)絡(luò)傳輸層；③信息集成層；④應(yīng)用層智能物料4.基于實(shí)時(shí)定位的智能物料配送系統(tǒng)：①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；②三維數(shù)字化車間系統(tǒng)；③物料配送執(zhí)行系統(tǒng)；④企業(yè)內(nèi)部管理系統(tǒng)。5.智能倉(cāng)庫(kù)：現(xiàn)代的智能倉(cāng)庫(kù)主要是采用物流高層貨架、巷道式堆垛機(jī)、出入庫(kù)工作臺(tái)、AGV、智能管理控制系統(tǒng)和RFID等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，大大提高了倉(cāng)庫(kù)管理的效率，簡(jiǎn)化的操作流程，同時(shí)也提高了物流配送的效率。智能倉(cāng)庫(kù)主要包括：①高層貨架。用于存儲(chǔ)貨物的鋼結(jié)構(gòu)。②托盤。用于承載貨物的器具。③巷道式堆垛機(jī)。用于自動(dòng)存取貨物的設(shè)備。④輸送機(jī)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到堆垛機(jī)，或者是將貨物從堆垛機(jī)運(yùn)送走。輸送機(jī)系統(tǒng)中的輸送機(jī)有很多種類，通常的使用的有鏈條輸送機(jī)，升降臺(tái)，分配車，提升機(jī)，皮帶機(jī)等。第五節(jié)智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)智能裝備與控制系統(tǒng)：智能裝備與控制系統(tǒng)是智能生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)裝備，它由若干柔性制造系統(tǒng)FMS組成，具有以下特征：機(jī)器柔性、工藝柔性、生產(chǎn)能力柔性、維護(hù)柔性、擴(kuò)展柔性、運(yùn)行柔性。智能倉(cāng)儲(chǔ)和物流系統(tǒng)：建設(shè)智能倉(cāng)儲(chǔ)和物流配送系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)的重要組成部分。智能倉(cāng)儲(chǔ)和物流系統(tǒng)由倉(cāng)儲(chǔ)物流信息管理系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、物流設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)組成。智能制造執(zhí)行系統(tǒng)：MES在工廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中起著中間層的作用，在ERP系統(tǒng)產(chǎn)生的長(zhǎng)期計(jì)劃指導(dǎo)下，MES根據(jù)底層控制系統(tǒng)采集的與生產(chǎn)有關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)短期生產(chǎn)作業(yè)的計(jì)劃調(diào)度、監(jiān)控、資源配置和生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。生產(chǎn)指揮系統(tǒng)以及智能生產(chǎn)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成：①與ERP系統(tǒng)的集成；②與研發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的集成；③與智能服務(wù)系統(tǒng)的集成。第六節(jié)智能服務(wù)智能服務(wù)智能服務(wù)定義：Carstena把構(gòu)建智能服務(wù)的過程分為四個(gè)階段，即：內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施、外部基礎(chǔ)設(shè)施、連接物理平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)。因此，智能服務(wù)的實(shí)現(xiàn)不僅僅依賴智能互聯(lián)和數(shù)字化的設(shè)備、平臺(tái)或服務(wù)系統(tǒng)，也依賴智能化的服務(wù)供應(yīng)鏈對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并反饋至顧客及供應(yīng)商。Porter和Heppelmann認(rèn)為所有智能、互聯(lián)的產(chǎn)品或系統(tǒng)都包含三個(gè)核心要素:物理部件(如機(jī)械和電子部件)、智能組件(傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、控制、軟件、嵌入式操作系統(tǒng)和數(shù)字用戶界面)以及連接性組件(端口、天線、協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品和產(chǎn)品云之間的通信等)。首先，通過智能組件(傳感器、微處理器等)的分析處理；其次，將結(jié)果通過連接性組件反饋給物理部件去執(zhí)行或呈現(xiàn)。在這個(gè)過程中，它更強(qiáng)調(diào)多平臺(tái)、多系統(tǒng)、多終端的協(xié)同化、一體化、數(shù)字化和信息化的管理。智能服務(wù)智能服務(wù)歷經(jīng)的階段：農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代：很少存在服務(wù)活動(dòng)，在這一時(shí)期，主要依靠簡(jiǎn)單的人力勞動(dòng)來提供服務(wù)，例如傳統(tǒng)的酒樓、旅館、驛站等，工作效率低、成本高，智能化程度趨近于零。20世紀(jì)以后：隨著工業(yè)革命的興起以及機(jī)器設(shè)備的出現(xiàn)，人們開始使用機(jī)器取代人力，生產(chǎn)效率得到很大提高，逐漸產(chǎn)生半自動(dòng)半人工的服務(wù)活動(dòng)，智能化程度得到一定的提高。此時(shí)，交通運(yùn)輸開始成為服務(wù)業(yè)的代表，并逐漸占據(jù)著主導(dǎo)地位。20世紀(jì)50年代：社會(huì)進(jìn)入“服務(wù)經(jīng)濟(jì)時(shí)代”，計(jì)算機(jī)的普及使得各類服務(wù)活動(dòng)變得更加方便和快捷，人工逐漸被取代，社會(huì)開始進(jìn)入半智能化時(shí)代，智能化程度得到很大提高。金融、銀行、證券、保險(xiǎn)等服務(wù)業(yè)也開始不斷涌現(xiàn)；21世紀(jì)的今天，新的服務(wù)形式和新的服務(wù)活動(dòng)層出不窮，大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)使得人類社會(huì)從此邁入“智能服務(wù)經(jīng)濟(jì)時(shí)代”。智能服務(wù)智能服務(wù)歷經(jīng)的實(shí)現(xiàn)路徑：首先，應(yīng)建立以顧客需求為導(dǎo)向的服務(wù)意識(shí)與服務(wù)體系；其次，服務(wù)智能化的實(shí)現(xiàn)也依賴企業(yè)自身動(dòng)態(tài)能力的強(qiáng)弱，感知能力越強(qiáng)有助于企業(yè)發(fā)現(xiàn)和捕捉市場(chǎng)機(jī)會(huì)，獲取最新的信息和最新的技術(shù)，對(duì)市場(chǎng)需求做出快速的