离散型智能工厂的内涵和特征

离散型智能工厂是建立在面向物联的泛在信息感知和智能信息服务基础环境之上，采用基于泛在信息的智能制造模式和管理模式组织生产，具有高度自动化、柔性化和智能化特点，环境友好，人机和谐，面向未来的新型制造企业。它是以物联技术为基础，以泛在感知技术、人工智能技术与先进制造技术的融合应用为支撑，通过增强机器对制造环境与自身状态的感知能力、增强机器设备对人的指令及行为的理解能力、增强制造系统的动态响应和快速重构能力，实现生产制造过程中人和机器间的能力互补，对产品和环境变化的快速应变，从而大幅度提高生产效率（见图12.1）。

图12.1　离散型智能工厂的支撑技术

离散型智能工厂的基本特征概括而言可以划分为以下几个方面。

1.智能化生产

（1）高度自动化基础上的柔性化生产。高度自动化、少人化甚至无人化的生产是智能生产的主要特征。制造系统具有协调、重组及扩充特性，系统各部分可依据工作任务，自行组成最佳系统结构；生产线能根据客户个性化要求、生产工艺自动调整并组织生产，能根据当前生产实际状况实时地、自动地调整制造资源和生产排程，达到生产智能调整和生产高度柔性化。

（2）面向智能设备的智能化加工。智能的加工设备能够识别工件身份标识，能够智能地选择相应的加工工艺，自动加载数控加工工艺程序，自动装夹与校准，自动选择刀具；能够实时监测加工状态，并根据实时工况自动优选加工参数和自动调整自身状态（张定华等，2010）。

（3）制造资源精准化、自动化周转。在制品、工具等制造资源在工序流转过程中按照精细化的生产指令进行物资转运与集配，如在制品转运过程中的行车调度、刀具调拨、工装夹具配备、人员到位等。

（4）个性化装配与工艺指导。在装配环节，根据在制品身份标识，系统自动载入在制品相关信息及生产工艺文件，用以指导生产。

（5）自动化质量检测与处理。在检测环节，利用自动化检测仪器设备对所要求的各种检测参数进行自动检测，自动生成检测报告和处理意见。

2.智能化管理

（1）制造资源智能化管理。通过各种传感器及其他信号采集设备实时感知生产环境内各生产资源（人员、车辆、可移动设备、容器等）的状态信息（包括各种状态参数、空间位置等），并对感知到的实时信息进行综合分析，从而实现对各种状况的预报、预测、优化控制等。

（2）自我学习及维护能力。通过系统自我学习功能，在制造过程中实现知识库补充、更新，自动执行故障诊断，并具备故障排除与维护或通知正确的系统执行的能力。

（3）制造全过程动态跟踪与追溯。制造全过程跟踪（包括进度跟踪、质量跟踪、位置跟踪、状态跟踪等）与追溯（包括产品质量追溯、资源消耗追溯、生产过程追溯等）。

（4）生产全景监控、分析与实时优化调度。结合信号处理、推理预测、仿真及多媒体技术，将实境展示设计与制造过程，可视化展示及监控生产全过程，分析与预警提示生产过程的动态泛在信息，实时优化调度人机协作的生产。

3.智能化设备

（1）设备自诊断与自调整。可采集与理解外界及自身的状态信息，并分析、判别及规划自身行为，根据设备运行情况对预期故障状况进行诊断并进行预警和自调整。

（2）自主感知、识别、通信与决策能力。自动感知周围环境变化并根据情境变化智能化地调整自身行为，自动识别加工对象身份并根据加工对象的个性化特征执行特定工艺操作，具备与其他智能设备进行自主信息交互和通信的能力，具备信息智能化分析与决策能力。

（3）智能化的人机交互能力。人机之间互相协调合作，各自在不同层次相辅相成，支持多种方便灵活的访问与接入方式，丰富友好的信息展示，支持交互式高级人机对话。

（4）绿色环保。噪音、油污等环境指标监控，能耗、资源消耗监控，能源优化利用等。

4.智能化物流

（1）自动化与智能化仓储。复杂库存操作的自动化与无人化（或少人化），库存物品、设备及装置的自管理、自诊断与自维护，库存状态、库房系统运行状态以及环境状态的智能化感知、监控、判断、分析、决策，库存信息实时动态调整，对上下游请求与服务的无缝接入。

（2）智能化工具管理。工具身份统一标识，自动化存取，维修维护智能化分析，流转过程实时监控。

（3）智能化物流供应。利用识别技术实现物料消耗、物流周转过程的智能化监控，物流各个环节信息实时采集利用，物流定位跟踪。

5.智能化环境

（1）环境感知。生产现场空间环境包括温度、湿度、噪声、电磁辐射、光线、水电油等实际参数的信息采集与获取，实现生产环境自调整。

（2）一体化的网络环境（顾新建等，2010）。将工厂内底层网络与上层网络、有线网络与无线网络实现互联，构建生产现场集成网络环境，充分发挥无线网络的技术优势，支持多种无线传输协议的无线网络互联。

正是由于新型离散型智能工厂具有上述有别于传统工厂的显著特征，才使其在诸多方面具有显著优越性。(www.xing528.com)

1.更透彻的感知

1）企业对其内外环境具有十分强大的感知能力，能够通过感知网络快速感知与企业相关的各种信息。感知网络的基础是泛在网络（见图12.2）。

2）感知网络汇集了来自各生产资源、各种流程、各种设备和系统的信息。通过对制造环境、设备与工件状态、制造能力的感知和处理，达到物理空间与信息空间融合，实现生产过程透明可视化。

3）感知网络为不同企业服务，使企业所感知的信息的范围扩展，深度加深，信息的“搜全率”和“搜准率”有极大的提高。

图12.2　基于泛在信息的生产过程监控

2.更广泛的互联互通

企业能够通过泛在网络（互联网、无线网和物联网）实现企业内外信息互联互通，用户的需求得到精准和及时的满足，资源得到充分利用，工作效率得以实现最大化，各种浪费被控制在最低程度，节能减排取得巨大成功。

3.更彻底的人机融合

1）生产状态实时透明可视，生产过程智能精益管控；

2）人介入制造系统的手段更加丰富，人机功能平衡系统智能协调；

3）对动态不确定生产条件和生产环境的适应性和灵活性增强；

4）系统快速配置与智能重构；

5）人与制造系统能力互补、和谐统一。

4.更深入的智能化

1）海量工业信息实时知识挖掘、仿真优化及专家经验与业务规则相结合，实现生产过程智能管控（见图12.3）；

2）不同层面的知识融合化；

3）企业管理和控制的高效精准化；

4）面对复杂环境变化的自组织化；

5）有效利用外部资源的协同化。

图12.3　海量工业感知信息处理原理

离散型智能工厂要实现高效、精细、快速、智能、人性化的管理，需要一种全新的管理模式，其特点是：

（1）管理的透明化。管理信息对全体员工透明，不仅有助于员工对管理中出现的问题快速反应，而且有助于提高员工的主人翁意识。

（2）管理的扁平化。支持企业实现自我管理为主的管理模式，减少了管理成本，同时提高了管理效率。

（3）管理的精细化。由于所获取的数据和信息比较完整和及时，所以可以实现管理的精细化，如成本计算的精细化。

（4）管理的人性化。根据员工的特长、能力、爱好等，分配给员工最合适的任务，扬长避短，并提供循序渐进的途径。

（5）管理的智能化。利用计算机强大的数据挖掘和分析能力以及丰富的企业内外数据，可以支持快速的智能管理决策。智慧的管理网络将使企业管理更加智能和可控。