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工业4.0下的生产智能制造系统

日期: 2017-06-30
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 工业化经历了机械化的工业1.0、电气化的工业2.0、自动化的工业3.0之后,将跨入基于互联网、物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的工业4.0阶段。工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划,旨在提升制造业的智能化水平,建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂。为应对工业4.0的挑战,中国政府推出了《中国制造2025》计划,并确定以智能制造为主攻方向。

在工业4.0战略内涵中,包括机器人、3D打印和物联网等基于现代信息技术和互联网技术兴起的产业,其核心就是通过CPS网络实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流,从而构建一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造模式。


CPS实质上是通过智能感知、分析、优化和协同等手段,使计算、通信和控制实现有机融合和深度协同,实现实体空间和网络空间的相互指导和映射。CPS的典型应用包括智能交通领域的自主导航汽车,生物医疗领域的远程精准手术系统、植入式生命设备以及智能电网、精细农业、智能建筑等,是构建未来智慧城市的基础。在制造领域,CPS是实现智能制造的重要一环,但其应用仍处于初级阶段,目前研究集中在抽象建模、概念特征及使用规划等方面。


如Dworschak等从自动化、机械工具及制造工艺的角度概括了CPS的使用规划;Monosto-ri综述了信息物理生产系统(CyberPhysicalProductionSystem,CPPS)的研究前沿与挑战;Verl等介绍了如何进一步发展CPS,以满足多功能网络化自适应生产的要求。Lee等定义了基于CPS的制造系统5C层级结构,包括智能连接层、数据信息转换层、信息层、认知层和配置层。


工业4.0理念下的智能制造是面向产品全生命周期的、泛在感知条件下的制造,通过信息系统和物理系统的深度融合,将传感器、感应器等嵌入制造物理环境中,通过状态感知、实时分析、人机交互/自主决策、精准执行和反馈,实现产品设计、生产和企业管理及服务的智能化,工业4.0模式下,智能装备的控制方式和人机交互将会有很大的变化,基于平板电脑、手机和可穿戴设备等泛在计算设备越来越普及;机器具有自适应性和局部的自主权以及广泛的人机合作和协同,机器与机器(物与物)之间、人与机器之间能够相互进行通信,感知相关设备和环境的变化,协同完成加工任务;智能工厂还可以通过云计算和服务网络连接成庞大的社会化制造系统,必将导致工业结构、经济结构和社会结构从垂直向扁平转变、从集中向分散转变。

 

 

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