智能化制造技術和智能化工廠實現要點

智能化工廠是以“智能化”為核心，以智能化、數字化、網絡化為主要特征的生產、經營的智能制造工廠實體。智能化工廠將逐步分層次實現，智能工業機器人在智能自動化制造工廠中扮演著重要角色。

在智能化數控設備中，除了各種數控設備和相關數控配套設備以外，智能工業機器人在智能制造單元、智能制造系統和智能制造工廠中具有重要作用。

例如智能化工業機器人，安裝了三維視覺傳感器和力傳感器，用于數控設備自動上下料和產品組裝方面。視覺傳感器能識別三維圖像、能識別零件的位置和姿態，能抓取散放零件。發那科的智能工業機器人，在安裝了用于生產的視覺傳感器之外，還使用了力傳感器用于產品組裝作業。

最近幾年，國內外的工業機器人專家都把注意力和精力投入到“視覺伺服”智能工業機器人的研究方面，成為國內外最熱門的研究課題。工業機器人的“視覺伺服”研究，包括從視覺信號處理到機器人控制的全過程。包括機器人運動學、控制理論；包括實時圖像的識別與處理，以及三維信息的獲取、處理和重構技術；包括實時計算技術等領域的融合；包括機器人本體標定和攝像機標定技術等。

在各種智能化自動化數控設備的基礎上，智能化工廠將由工廠局部智能自動化、逐步分層次地發展到全工廠智能自動化和社會化智能制造。

第一層次：單機或單元智能自動化。

單機或單元智能自動化，可以實現長時間無人值守。國內外都有用于生產的實例。比如日本發那科在20世紀80年代第一代智能數控加工中心上，加幾個用于人工上下料托盤，可以實現24h連續運轉。20世紀90年代的第二代智能加工系統，以4～6臺加工中心和裝有帶加工夾具的立體托盤架，能擺放待加工的大量毛坯件，可實現60h連續運轉。20世紀末和21世紀初的第三代智能加工系統，稱作“智能機器人化加工單元”，該單元就是用智能化機器人為智能加工數控設備的夾具自動裝卸工件。與第二代加工系統相比，由機器人代替了人工上下工件，解放了工人的繁重勞力，減少了夾具，減少了設備投資，縮短了生產準備時間，加工質量更加穩定，降低了生產成本。

第二個層次：生產制造系統智能自動化。

在第三代“智能機器人化單元”的基礎上，實現計算機網絡控制生產車間全自動化系統。包括毛坯倉儲管理，再制品倉儲管理，成品零件倉儲管理及其搬運、裝卸、裝配作業和質量檢驗等。

第三個層次：智能化數字化網絡制造系統。

在第二層次生產制造系統智能自動化的基礎上，配置網絡綜合管理系統，來實現全工廠的智能化數字化網絡制造。智能化工廠的實現主要是靠信息通信技術(ICT)和智能網絡的可靠運行加以保證。具有實時資料搜集與傳輸功能、高效能計算機與分析預測功能、遠程監控與診斷功能及模擬功能等。

智能化工廠最核心的部分是生產過程和全面經營運行的智能自動化，包括設計智能化，生產排序自動化，生產線自動化，測試檢驗自動化，倉儲自動化，電力管理智能自動化等等，進一步發展到自動化無人化工廠(絕大多數設備可以無人值守)。

除生產過程智能自動化外，還包括人力資源優化調度，物資資源(設備，工具，材料等)智能優化調配，并具有強化專案時程能力，時間彈性應用支配能力，完善調整生產周期，優化生產經營方案，達到提高生產效率和降低成本的目標。

目前，這種工業網絡智能工廠基本形態在技術先進國家有實力的技術先進企業已率先實現。但是用于工業智能網絡不同于一般ICT通信網絡，有不少難點需要克服。工業智能化網絡必須具有防水、防塵、防磁、防爆以及抗高低溫和抗腐蝕的能力。在可靠性、耐用性方面都比一般通信網絡要求高得多。

例如：Tata汽車有限公司投資4億1700萬美元建造一座先進的具有智能化特征的工廠，每一個生產環節都采用“智能化”制造技術，對于來自經銷商的訂單，可以及時對客戶的偏好加以調整，滿足個性化需求。采用“智能化”制造技術，可以追蹤每種零件的來源，可以快速確認及解決任何可能產生的質量缺陷和安全問題。

此外，智能網絡還可以與智能電網相連，以便在能源最為充沛或最便宜時段大量投入設備運行以降低成本。智能化制造工廠，應該具有掌握整體市場的需求與變化能力，適時調整生產經營的彈性靈活運行，協調生產線，推出最適合市場需求的產品。發展智能化制造工廠，絕對勢在必行。這取決于三大關鍵要素：人性化操作接口，高功能高速度計算機運算平臺連接及跨網絡的云端運算與信息集成分析與統計。

第四個層次：智能化社會化生產。

智能化網絡化社會化制造，將由企業內部局域網經因特網向企業外部傳輸。這就是所謂的Internet/Intranet。網絡可使企業與企業之間進行跨地區協同設計、協同制造、信息共享、遠程監控、遠程診斷和服務等。網絡能為制造提供完整的生產數據信息，可以通過網絡將加工程序傳給遠方的設備進行加工，也可遠程診斷并發出指令調整。網絡使各地分散的數控機床聯系在一起，互相協調，統一優化調整，使產品加工不局限于一個工廠內而實現社會化生產。

智能化社會化制造能夠借助Internet網實現跨行業、跨國際智能化制造，進入Internet/Intranet時代。云計算借助Internet網整合了計算機資源，為智能化制造開了先河。智能化網絡化社會化制造將引領社會和全球資源的整合與優化運用，同時將有效地提高人類的生活質量，逐步地減少人類的體力勞動而擴大腦力勞動的比重，進入知識社會，智能社會。

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