数字孪生技术与工程实践:模型+数据驱动的智能系统
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3.1 智能制造与智能工厂

3.1.1 智能制造的内涵与定义

智能制造的概念起源于20世纪80年代人工智能在制造业领域中的应用。1991年,日本、美国、欧共体发起实施的“智能制造国际合作研究计划”中把智能制造系统定义为:“智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动,并将这种智能活动与智能机器有机融合,将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统。”它从侧面说明了智能制造的一些特点。

进入21世纪,随着信息技术的不断成熟和发展,智能制造的概念不断完善,技术体系逐渐成熟,形成了“新一代智能制造”的概念。它把智能技术、网络技术和先进制造技术等应用于产品设计、生产和服务的全过程中,实现对产品全生命周期和制造系统全生命周期的管理。它改变了制造业中的生产方式、人机关系和商业模式,智能制造不是简单的技术突破,也不是简单的传统产业改造,而是计算机技术、控制技术、通信技术、人工智能技术等和制造业的深度融合、创新集成。

针对新一代智能制造,不同组织和专家在不同时期从不同角度对其概念进行了定义,下面列举一些:

1)2011年 6月,美国智能制造领导联盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition,SMLC)发表了《实施 21世纪智能制造》报告。定义智能制造是先进智能系统强化应用、新产品快速制造、产品需求动态响应,以及工业生产和供应链网络实时优化的制造。其核心技术是网络化传感器、数据互操作性、多尺度动态建模与仿真、智能自动化以及可扩展的多层次网络安全。其融合了从工厂到供应链的所有制造,并使得对固定资产、过程和资源的虚拟追踪横跨整个产品的生命周期。结果将是在一个柔性的、敏捷的、创新的制造环境中,优化性能和效率,并且使业务与制造过程有效地串联在一起。

2)《智能制造发展规划(2016—2020年)》(工信部联规〔2016〕349号)指出,智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。《国家智能制造标准体系建设指南(2018年版)》引用了这个定义。

3)2018年,周济、李培根等院士联合发表的《走向新一代智能制造》[40]一文中指出,广义而论,智能制造是一个大概念,是先进信息技术与先进制造技术的深度融合,贯穿于产品设计、制造、服务等全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成,旨在不断提升企业的产品质量、效益、服务水平,减少资源消耗,推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。

4)2021年7月,《国家智能制造标准体系建设指南(2021年版)》(征求意见稿)提出了智能制造是基于先进制造技术与新一代信息技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等产品全生命周期,具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征,旨在提高制造业质量、效率效益和柔性的先进生产方式。

综合上述众多定义,可以理解智能制造为一类新一代制造模式和制造方法的总称,是信息化和工业化的高度融合,贯穿产品全生命周期,包含制造及其服务各个环节,具有自学习、自组织和自适应等特征,是人、信息系统、物理系统高度融合的新兴生产方式智能制造的目标是能适应制造环境的变化,有效缩短产品研发周期、降低运营成本、提升产品质量、降低资源消耗、提高生产效率,满足用户对高品质产品的个性化需求。随着信息技术和工业技术的不断发展,智能制造的内涵和特点也会不断发展。