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1.2 先进制造系统分类 |
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近年来，随着计算机技术、信息技术以及传感器技术等的快速发展，市场要求企业提供产品的交货期要短、产品质量要高、售后服务要好，企业间的竞争越来越激烈，企业制造模式由大批量生产向小批量甚至单件定制化生产的方式转变，极大地推动了制造企业生产制造模式的创新。制造模式按照制造过程利用资源的范围可分为三种：集成制造，强调企业内部；敏捷制造，强调企业之间；智能制造，强调全局。
计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）是由美国学者Joseph Harrington首次提出的，将企业中的人、技术和管理集成起来，把企业的各个生产环节（市场预测、产品设计、产品加工、产品运输、产品销售等）集成到一块，发挥总体优化作用，达到成本低、质量高和交货期短的目的。CIMS由管理信息系统（Management Information System，MIS）、工程设计自动化系统、制造自动化系统、质量保证系统、计算机系统网络和数据库管理系统6个部分构成，如图1-1所示。
图1-1 CIMS系统构成
敏捷制造系统（Agile Manufacturing System，AMS）是制造系统为了实现快速反应和灵活多变的目标而采取的新的制造模式。通过借助计算机信息集成技术，构建了由多个企业参与的虚拟制造环境，以竞争合作为主，可以动态选择合作伙伴，组成面向任务的虚拟公司，快速进行最优化生产。AMS由虚拟制造环境与虚拟制造企业组成，当接到新的订单产品时，根据不同的功能，网络上的几个企业（设计公司A、供货商A、生产车间1等）动态地联合起来，构建新的虚拟企业去完成该订单任务。若任务完成，该虚拟企业自动解散。AMS企业动态联盟如图1-2所示。
图1-2 AMS企业动态联盟示意
智能制造系统（Intelligent Manufacturing System，IMS）是一种由智能机器和人类相互协作构成的人机一体化制造系统。现代智能制造系统呈现出数字化、集成化、网络化和智能化的特征，其具有智能感知、实时分析与处理、智能决策和自适应调控的功能，如图1-3所示。智能制造系统的支撑技术有MAMS、HMS、人工智能（Artificial Intelligence，AI）等。
图1-3 智能制造系统的功能
MAMS是由多个具有单独处理扰动能力的Agent（智能体）构成的系统，一般采用分布式控制。智能体之间通过协商机制来进行通信协调，系统在制造网络内部发布加工任务信息（招标），各智能体进行竞标。该系统具有自治性、自主性的特点，智能体通过相互协作完成加工任务或者处理各种扰动。
在生产过程中，每个Holon是系统中最小的组成个体，是一个独立自主的单元，HMS就是由很多不同种类的Holon构成的。HMS一般由产品Holon、订单Holon、资源Holon三种基本 Holon 构成。Holon 具有自治性、协作性的特点，同时也接收上级的命令。该系统可以可靠、快速地处理扰动，响应市场的需求，较好地利用资源。
AI主要研究人造的智能机器，通过系统整合，来模拟人类活动的能力。其主要包括机器学习、知识获取、推理与决策、知识处理等方面。机器学习是AI的重要研究课题，主要有分析学习、遗传学习和归纳学习等。
总之，制造系统由原来的能量驱动型向信息驱动型转变，要求制造系统不仅要具备柔性，还要智能，否则难以处理如此复杂而大量的信息。面对多变的市场需要和复杂的竞争环境，要求制造系统表现出更高的机动、敏捷和智能，因此智能制造系统越来越成为学者重点关注的热点问题。随着人工智能技术、5G技术的快速发展，智能化制造技术逐渐成熟，基于信息智能技术的智能制造系统将会成为21世纪制造科学研究领域的重要发展方向。