HCPS视角下智能制造的发展与研究

基于"以人为本"和"两化融合"的理念,人—信息—物理系统(HCPS)为认识和发展新一代智能制造提供了理论支撑.为了更好地理解HCPS和智能制造之间的关系,以及把握智能制造的发展趋势,详细分析了HCPS的系统组成与内涵,在此基础上,讨论了智能制造的发展演进和新一代智能制造的主要特征.基于HCPS视角综述了智能制造的相关研究进展,包括新一代人工智能、新一代智能制造、智能制造与其他系统融合等方面.最后,从人、信息系统、物理系统及系统集成等角度提出发展建议,以期为我国相关领域践行HCPS理念与发展智能制造技术提供参考.     

智能制造及其关键技术研究现状与趋势综述

新一代信息技术、人工智能等迅猛发展及其在制造领域的融合不断促使各先进制造国家积极探索智能制造的发展战略,以实现全制造流程与全生命周期数据的互联互通、业务的协同联动及决策的动态优化,最终达到制造系统的智能化、协同化、透明化、绿色化。为更全面地理解智能制造的内涵、现状与趋势,本文详细介绍了智能制造的历史与起源、制造模式的发展与演化,分析了国内外典型智能制造战略的内涵与特点,并从中抽取了若干影响智能制造有效实施的关键使能技术。最后,结合团队在智能制造领域近年来的研究基础,分析和讨论了智能制造未来的发展趋势。     

智能制造装备的发展现状与趋势

智能制造装备是先进制造技术、信息技术以及人工智能技术在制造装备上的集成和深度融合,是实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的下一代制造装备。在综述了智能制造装备国内外发展现状的基础上,重点论述了智能制造装备的内涵及其发展重点,并得出结论,认为德国的"工业4.0"和美国的工业互联网装备将是智能制造装备未来的发展方向。     

[学科发展]驱动制造业从“互联网+”走向“人工智能+”的大数据之道

“互联网+制造”和“人工智能+制造”已成为我国制造业转型升级的国家战略。阐述了两者的发展历程及其代表制造模式;从历史渊源出发,梳理了两者在大数据驱动下走向融合的发展演化进程,它们产生了 “互联网+人工智能+制造”的智能制造,并将统一于社会信息物理生产系统旗下。     

离散车间制造物联网及其关键技术研究与应用综述

物联网在制造领域的深度渗透和落地应用催生了一种以"物物互联、泛在感知"为特征的新型制造技术—制造物联网。在解析制造物联网基本概念、特征和应用需求的基础上,以多源制造数据的感知、传输、分析和应用为主线,阐述了面向离散车间的制造物联网关键技术;通过分析国内外制造物联网技术的相关应用研究文献,分别从车间制造资源管理、生产过程调控、车间物流优化、质量监控与追溯、智能服务与保障5方面,总结了制造物联网在离散车间的应用模式;基于制造物联网核心技术的应用和发展需求,以及与云制造、大数据、信息物理系统的紧密关联,探讨了智能制造背景下制造物联网的未来发展趋势。     

几种新兴智能制造模式研究评述

信息技术已对制造业产生深刻而长远的影响,以感知、互联、智能化为特点的新一代信息技术(如云计算、物联网、信息物理系统、大数据等)将为制造业的升级提供突破性技术手段。为更全面地理解制造物联、信息物理融合生产系统、泛在制造、云制造、社会化企业、主动制造和智慧制造等几种典型新兴智能制造模式,从产生背景、基本概念和支撑技术等角度进行了系统阐述。在此基础上对这些模式的联系和区别进行了归纳与总结,然后介绍了其初步应用,最后对新一代智能制造模式的未来研究进行了展望。     

[工程应用]智能制造场景的5G应用展望

为满足智能制造领域物联网当前发展的需求，研究了相应制造场景的5G应用技术。介绍了5G的关键技术，包括5G支持的应用场景、网络切片、网络功能虚拟化（NFV）/软件定义网络（SDN）、多接入边缘计算、设备对设备通信技术等；给出了基于扩展的信息物理系统5层框架，基于该框架分析了多个智能制造场景的5G应用（包括人机界面和生产信息技术、流程自动化、工厂自动化、物流和仓储、设备监控和维护等）；给出了以上应用的5G边缘计算开发框架，以集成上述场景；探讨了5G应用于智能制造场景所面临的多个挑战，以助于5G使能智能制造的落地应用。     

宝鸡机床:BM8-H智能立式加工中心

正新世纪以来,移动互联网、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术日新月异、飞速发展,形成了群体性跨越。这些技术进步,集中汇聚在新一代人工智能技术的战略性突破,其本质特征是具备了知识的生成、积累和运用的能力。新一代人工智能与先进制造技术深度融合所形成的新一代智能制造技术,成为新一轮工业革命的核心驱动力,也为机床发展到智能机床,实现真正的智能化提供了重大机遇。智能制造的最终目的是提高生产效率和质量,降低制造成本。     

iNC-848D:华中数控新一代iNC智能数控系统

正一、研发背景《中国制造2025》从国家层面确定了我国建设制造强国的总体战略,明确提出:要以创新驱动发展为主题,以新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,实现制造业由大变强的历史跨越。智能制造为中国制造业跨越发展提供历史性机遇,新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合所形成的新一代智能制造技术,成为了新一轮工业革命的核心驱动力。今后二十     

数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟操控技术

针对悬臂式掘进机智能控制时面临的远程操控问题,结合数字孪生和虚拟仿真等技术,提出面向煤矿井下装备智能控制的"人—信息—物理系统"(HCPS)交互机制,实现掘进工作面物理空间与掘进信息虚拟空间的深度融合与交互;结合悬臂式掘进机模型,提出数字孪生驱动的悬臂式掘进机智能操控系统,从工况数据感知、数字孪生体构建、人—机—环交互3个方面实现地面虚拟掘进与井下实际掘进的深度融合;搭建悬臂式掘进机远程虚拟操控实验平台,以验证孪生数据驱动下的虚实同步等功能,截割轨迹跟踪测试表明,系统可实现掘进机虚实同步控制,截割头位置精度偏差小于40 mm,满足煤矿开采中巷道开拓的质量控制要求.基于数字孪生驱动和虚拟现实呈现的井下设备智能操控方法,在煤矿巷道可视化掘进系统和智能掘进机器人系统中应用效果良好,为煤矿井下综采综掘工作面设备的远程智能监测与控制提供了全新的思路,对促进工作面智能化系统发展重要的借鉴意义.     

走向新一代可持续制造 —— 包容性制造

全球人口及其对产品需求的日益增长导致环境问题与日俱增,伴随着工业4.0而来的新兴技术和新型工业模式也对社会生产、分配、交换、消费产生了前所未有的巨大影响,因此如何在实现可持续制造的同时,满足社会包容性发展理念就成为新工业革命时代亟需解决的问题。首先从产品、生产过程和系统层面分析了可持续制造面临的机遇和挑战,然后阐述了包容性制造的诞生背景及其在新一轮科技与产业革命下的发展动态,接着论述了从可持续制造走向包容性制造的技术路线,并在集成长尾制造与可持续制造(再制造)的基础上融合社会信息物理系统、大数据和区块链技术,构建了以人为本的包容性制造体系架构——社会经济技术生产系统,最后对比分析了包容性制造和可持续制造的异同,并从螺旋动力学视角阐述从面向环境的可持续制造走向以人为本的包容性制造的必然性。     

面向智能制造的柴油机数字化车间构建与实施

数字化车间技术是数字化、自动化、物联网技术(IoT)在制造业车间的典型应用,它将柔性制造技术与工艺设计系统、智能识别技术、生产组织系统以及其他管理系统的信息进行高度集成,构成具有综合信息流及自动化性质的集成制造系统.本文结合国内柴油发动机行业智能制造生产线建设的先进经验,研究了面向智能制造的柴油发动机数字化车间建设的基本需求、总体框架和构建策略.采用柴油发动机企业的实际项目案例说明了研究内容,并结合已经建成的数字化车间对其效率进行分析和对比,以及针对现有生产线数字化建设中存在的问题提出了进一步优化的思路和方法.     

[成形过程的数据挖掘与深度学习方法]塑料注射成形智能技术及其应用

总结了当前塑料注射成形的产业需求和技术瓶颈，阐明了未来的发展趋势。根据塑料注射成形特性，提出“注射成形智能制造体系”的科学框架，建立以传感技术、工业以太网及互联网为基础的智能注射成形解决方案。围绕智能设计、智能优化、智能监控及制造数据平台四个层面，总结了注射成形中知识的组织与重用、自主决策与优化、过程感知与检测及云服务等技术，为实现塑料注射成形与新一代人工智能技术的深度融合指出了重要发展方向。     

[设备健康管理]基于CPS方法与脆弱性评估的制造系统健康状态智能诊断

现有的制造系统健康管理技术很少应用信息物理系统(CPS)，也很少有学者从脆弱性的角度探究制造系统的“病因”。根据制造系统的结构特征和健康管理技术原理，提出在其关键设备上嵌入基于CPS与脆弱性分析的健康管理模块，以实现系统健康状态与影响因素的在线动态分析。重点研究基于脆弱性的系统健康状态判断方法、基于数据驱动的制造系统性能异常判断和亚健康状态下设备异常因素的识别。基于嵌入式CPS的制造系统设备健康状态诊断与分析可以根据设备服役过程中的脆弱性状况判断设备的健康状态，基于数据驱动的设备异常因素判断方法可以监测设备服役过程中的性能参数变化情况，及时判断造成设备异常的关键因素。通过柔性制造系统仿真实验，证明了所提方法可实时判断系统的健康状态，有效识别导致设备亚健康状态的性能参数。     

自动化技术加速工业4.0时代到来

前三次工业革命的到来造就了机械、电气和信息技术。如今,物联网和制造业服务正宣告着第四次工业革命——工业4.0的到来。在未来,厂商们将以"信息物理系统"为框架建立包含其设备、仓储系统和工业产品的全球性网络。在制造业领域,CPS包含能够独立交换信息的小型智能机     

数字孪生在制造中的应用进展综述

随着工业4.0、CPS、智能制造等研究的深入,如何解决制造中物理世界与信息世界之间的交互共融成为进一步推进制造业变革的核心问题。在此背景下,学术界和工业界提出了数字孪生的概念及技术体系,用于解决上述难题。为了全面了解数字孪生研究进展,首先梳理了数字孪生的基本概念,综述了其在航空航天、产品、制造设备及制造车间等阶段的应用进展,重点分析了数字孪生与物联网、大数据、CPS之间的联系与区别,最后指出了数字孪生在制造领域的发展趋势。     

厚积薄发 智造谋变——访机械工业仪器仪表综合技术经济研究所所长欧阳劲松先生

<正>自"中国制造2025"发布,世界各大经济体也都确立了各自的工业振兴计划和发展蓝图,积极绸缪未来新的世界经济格局中的地位和话语权。智能制造是"中国制造2025"五大工程之一,它是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节融合,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自     

基于人工智能技术的大数据分析方法研究进展

人工智能、大数据、云计算、物联网等信息技术为推动集成制造快速发展提供了关键技术手段。近年来,采用人工智能技术进行大数据分析取得了突破性进展。系统总结了基于人工智能技术的大数据分析方法的最新研究进展。从大数据的聚类、关联分析、分类和预测4个主要的数据挖掘任务出发,分析了大数据环境下机器学习的研究现状;针对深度学习这一热点,总结了基于MapReduce、Spark的分布式深度学习实现,以及面向大数据分析的深度学习算法改进相关研究;从群智能、进化算法两方面梳理了基于计算智能的大数据分析相关研究;针对大数据平台,特别对大数据分析和深度学习集成框架进行了归纳,介绍了大数据机器学习系统和算法库;分析了大数据分析中人工智能技术面临的主要挑战,并提出了进一步的研究方向。     

把握智能制造技术 迎接智造机床未来——工业4.0的启示

介绍先进制造业在国家发展战略中的地位和发展愿景。利用制造技术、数字技术、智能技术、信息通信技术以及网络技术的交叉融合,变革制造方式、经营管理和服务模式,创新智造思维和新技术的集成应用,开启未来机床智造。     

面向服务的智能制造

新一代信息技术(如物联网、大数据、云计算、数字孪生等)与制造的融合发展,促使各制造强国纷纷出台各自的先进制造发展战略,如美国的"工业互联网"和德国的"工业4.0"等。同时,在"制造强国"和"网络强国"大战略背景下,我国也先后出台"中国制造2025"和"互联网+"等制造业国家发展实施战略。其共同主题之一是结合和使用新一代信息技术和人工智能技术,实现制造的物理世界和信息世界互联互通与融合,最终实现智能制造。同时,服务也被各制造强国共同列为实现智能制造的关键技术内容之一。智能服务已成为产业模式变革的核心,制造业的服务化趋势日益凸显。在分析总结智能制造的发展趋势和典型特征基础上,结合新一代信息技术与服务的思想,探索提出了面向服务的智能制造(Service-oriented smart manufacturing,SoSM),设计了SoSM的实施架构,讨论了SoSM的内涵、关键实施技术与未来研究方向。