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1、现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断袁楚明 Tel:87540381(h)87543555(o)Email:华中科技大学机械科学与工程学院华中科技大学机械科学与工程学院国家数控系统工程技术研究中心国家数控系统工程技术研究中心现代制造系统的现代制造系统的 智能控制、监控与故障诊断智能控制、监控与故障诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断q现代制造系统概述现代制造系统概述q现代制造系统的智能控制现代制造系统的智能控制q现代制造系统的智能监控现代制造系统的智能监控q现代制造系统的智能诊断现代制造系统的智能诊断q现代制造
2、系统的控制、监控与诊断的集成现代制造系统的控制、监控与诊断的集成一、课程的主要内容：一、课程的主要内容：现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断二、课程的学习目的二、课程的学习目的l了解和掌握现代制造系统智能控制、监控与故障诊断了解和掌握现代制造系统智能控制、监控与故障诊断的概念与学科体系；的概念与学科体系；l学习和了解现代制造系统的发展过程与智能体系结构学习和了解现代制造系统的发展过程与智能体系结构l学习和掌握现代制造系统智能控制、监控的主要方法学习和掌握现代制造系统智能控制、监控的主要方法和手段；和手段；l学习和掌握制造系统故障学习和掌握制造系统故障(模
3、型模型)、机理的分析与诊断、机理的分析与诊断方法；方法；l了解当今最新研究成果与发展趋势。了解当今最新研究成果与发展趋势。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断三、课程的教学方式三、课程的教学方式l学习方式：授课、自学相结合，自学为主；专题讨论。学习方式：授课、自学相结合，自学为主；专题讨论。l考核方式：综合报告考核方式：综合报告/试题试题/二者结合。二者结合。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断四、参考书目四、参考书目l周祖德等周祖德等.现代机械制造系统的监控与故障诊断现代机械制造系统的监控与故障诊断.武汉：武汉：
4、华中理工大学出版社，华中理工大学出版社，19991999年年6 6月月.l李小俚等李小俚等.先进制造中的智能监控技术，北京：科学出先进制造中的智能监控技术，北京：科学出版社，版社，19991999年年3 3月月.l有关智能控制、监控与诊断方面的参考书。有关智能控制、监控与诊断方面的参考书。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论本讲主要内容本讲主要内容 一、现代制造系统的定义与构成一、现代制造系统的定义与构成 二、现代制造系统的发展趋势与特征二、现代制造系统的发展趋势与特征 三、现代制造系统的开放式智能体系结构三、现代制造系统的开放式
5、智能体系结构 四、现代新型制造模式与系统（全能制造系统、四、现代新型制造模式与系统（全能制造系统、可重构制造系统、网络制造系统等）可重构制造系统、网络制造系统等）五、现代制造系统智能控制、监控与诊断的需求五、现代制造系统智能控制、监控与诊断的需求 现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论一、制造系统的定义一、制造系统的定义 基基本本定定义义：制制造造过过程程及及其其所所涉涉及及的的硬硬件件包包括括人人员员、生生产产设设备备、材材料料、能能源源和和各各种种辅辅助助装装置置以以及及有有关关的的软软件件包包括括制制造造理理论论、制制造造技技
6、术术(制制造造工工艺艺和和制制造造方方法法等等)和和制制造造信信息息等等组组成成了了一一个个具具有有特特定定功功能能的的有有机机整整体，称之为制造系统。体，称之为制造系统。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论 根根据据所所研研究究的的问问题题的的侧侧重重面面不不同同，又又分分为为三三种种特特定定的定义的定义：l制制造造系系统统的的结结构构定定义义：制制造造系系统统是是制制造造过过程程所所涉涉及及的的硬硬件件(包包括括人人员员、设设备备、物物料料流流等等)及及其其相相关关软软件件所所组组成成的的一一个个统统一整体。一整体。l制制造造
7、系系统统的的功功能能定定义义：制制造造系系统统是是一一个个将将制制造造资资源源(原原材材料料、能源等能源等)转变为产品或半成品的输入、输出系统。转变为产品或半成品的输入、输出系统。l制制造造系系统统的的过过程程定定义义：制制造造系系统统可可看看成成是是制制造造生生产产的的运运行行过过程程,包包括括市市场场分分析析、产产品品设设计计、工工艺艺规规划划、制制造造实实施施、检检验验出厂、产品销售等各个环节的制造全过程。出厂、产品销售等各个环节的制造全过程。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论二、现代制造系统的构成二、现代制造系统的构成
8、现现代代制制造造系系统统的的核核心心是是先先进进制制造造技技术术AMT(Advanced Manufacturing Technology)，它它是是现现代代信信息息技技术术与与制制造造技技术术相相结结合合所所产产生生的的各各种种设设备备、技术、系统的总称，由技术、系统的总称，由AMT的硬件、软件组成的硬件、软件组成。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论l现代制造系统的硬件构成现代制造系统的硬件构成:数控机床数控机床NC(Numerical Control Machine)NC(Numerical Control Machine)
9、；计算机数控计算机数控CNC(Computer Numerical Control)CNC(Computer Numerical Control)；直接数控直接数控(群控群控)DNC(Direct Numerical Control)DNC(Direct Numerical Control)；机器人机器人RobotRobot；计算机工艺过程监视计算机工艺过程监视/控制器控制器CPM/CPCCPM/CPC (Computer(Computer Process Process Monitoring Monitoring and and Computer Computer Process Proce
10、ss Control)Control)；机器视觉技术系统机器视觉技术系统MV(Machine Vision)MV(Machine Vision)；自动运货小车自动运货小车AGV(Automated Guide Vehicle)AGV(Automated Guide Vehicle)；自动物料指挥系统自动物料指挥系统AMH(Automated Materials Handling)AMH(Automated Materials Handling)。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论l现代制造系统的软件构成现代制造系统的软件构成:计
11、算机辅助设计系统计算机辅助设计系统CAD(Computer Aided Design)CAD(Computer Aided Design)；计算机辅助工程系统计算机辅助工程系统CAE(Computer Aided Engineering)CAE(Computer Aided Engineering)；计算机辅助制造系统计算机辅助制造系统CAM(Computer Aided Manufacturing)CAM(Computer Aided Manufacturing)；计计 算算 机机 辅辅 助助 工工 艺艺 规规 划划 系系 统统 CAPP CAPP(Computer(Computer Aid
12、ed Aided Process Process Planning)Planning)；物料需求计划系统物料需求计划系统MRP(MaterialMRP(Material RequirementRequirement Planning)Planning)；主生产计划系统主生产计划系统MPS(Master Production Scheduling)MPS(Master Production Scheduling)；生产作业排序系统生产作业排序系统SequencingSequencing；制造资源计划系统制造资源计划系统MRP(Manufacturing Resources Planning)MR
13、P(Manufacturing Resources Planning)；企业资源规划系统企业资源规划系统ERP/ERPII(Enterprise Resources Planning)ERP/ERPII(Enterprise Resources Planning)。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论三、现代制造系统的发展过程三、现代制造系统的发展过程刚性自动化刚性自动化数控加工数控加工智能制造、敏捷制造智能制造、敏捷制造虚拟制造、网络制造虚拟制造、网络制造全球制造、绿色制造全球制造、绿色制造适应于大批大量的生产适应于大批大量的生
14、产适应于多品种适应于多品种中小批量生产中小批量生产 适应于大规模适应于大规模 可定制生产可定制生产计算机集成制造计算机集成制造柔性制造柔性制造现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论第一阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机第一阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机 时时期期：2020世世纪纪40405050年年代代。应应用用传传统统的的机机械械设设计计与与制制造造工工艺艺方方法法，采采用用专专用用机机床床、组组合合机机床床、自自动动单单机机或或自自动动化生产线进行大批量生产。化生产线进行大批量生产。引入新技术：引入新技术：继
15、电器程序控制、组合机床。继电器程序控制、组合机床。特征：特征：高生产率、刚性结构，难以实现产品更新换代。高生产率、刚性结构，难以实现产品更新换代。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论第二阶段：数控加工，包括第二阶段：数控加工，包括NC和和CNC 时时期期：2020世世纪纪50507070年年代代（NCNC），70708080年年代代（CNCCNC）。计计算算机机技技术术的的迅迅速速发发展展，NCNC被被CNCCNC所所取取代代。数控加工设备包括数控机床、加工中心等。数控加工设备包括数控机床、加工中心等。引入新技术：引入新技术：数控
16、技术、计算机编程技术。数控技术、计算机编程技术。特特征征：柔柔性性好好、加加工工质质量量高高，适适应应于于多多品品种种中中小小批批量量生产。生产。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论第三阶段：柔性制造第三阶段：柔性制造 时时期期：2020世世纪纪70708080年年代代。包包括括计计算算机机直直接接数数控控(DNC)(DNC)、柔柔性性制制造造单单元元(FMC)(FMC)、柔柔性性制制造造系系统统(FMS)(FMS)、柔柔性性加加工工线线(FML)(FML)。涉涉 及及 新新 技技 术术：CADCAD、CAMCAM、成成 组组 技
17、技 术术(GT)(GT)、FMC/FMS/FMLFMC/FMS/FML、离离散散系系统统理理论论与与仿仿真真技技术术、车车间间计计划划调调度与控制、监控与诊断、计算机控制与通讯网络。度与控制、监控与诊断、计算机控制与通讯网络。特征：特征：柔性与高效的理想结合，适应于多品种中小批量生产。柔性与高效的理想结合，适应于多品种中小批量生产。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论第四阶段：计算机集成制造第四阶段：计算机集成制造/系统系统(CIM/CIMS)时时期期：2020世世纪纪8080年年代代。既既可可看看作作制制造造自自动动化化发发展展
18、的的一一个个新新阶阶段段，又又可可看看作作是是包包含含制制造造自自动动化化系系统统的的一一个个更更高高层层次次的的系系统。统。涉涉及及新新技技术术：现现代代制制造造技技术术、CAD/CAM/CAPPCAD/CAM/CAPP集集成成、生生产产管管理理与与调调度度、自自动动化化技技术术与与系系统统、信信息息技技术术、车车间间动动态态调调度与仿真。度与仿真。特特征征：强强调调制制造造过过程程的的系系统统性性和和集集成成性性，以以解解决决企企业业生生存与竞争的存与竞争的TQCSTQCS问题。问题。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论第第五
19、五阶阶段段：智智能能制制造造、敏敏捷捷制制造造、虚虚拟拟制制造造、网网络制造、全球制造、绿色制造等络制造、全球制造、绿色制造等 时时期期：2020世世纪纪8080年年代代末末期期提提出出，9090年年代代兴兴起起，是是制造自动化面向制造自动化面向2121世纪的发展方向。世纪的发展方向。发发展展趋趋势势与与特特征征：集集成成化化、智智能能化化、敏敏捷捷化化、虚虚拟拟化、网络化、全球化、绿色化。化、网络化、全球化、绿色化。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论四、现代制造系统的发展趋势与特征四、现代制造系统的发展趋势与特征 发展趋势与特
20、征之一：制造集成化发展趋势与特征之一：制造集成化 发展趋势与特征之二：制造智能化发展趋势与特征之二：制造智能化 发展趋势与特征之三：制造敏捷化发展趋势与特征之三：制造敏捷化 发展趋势与特征之四：制造虚拟化发展趋势与特征之四：制造虚拟化 发展趋势与特征之五：制造网络化发展趋势与特征之五：制造网络化 发展趋势与特征之六：制造全球化发展趋势与特征之六：制造全球化 发展趋势与特征之七：制造绿色化发展趋势与特征之七：制造绿色化 总总总总趋趋趋趋势势势势：制制制制造数字化造数字化造数字化造数字化现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论 发展趋势与
21、特征之一：制造集成化发展趋势与特征之一：制造集成化 集集成成化化是是2121世世纪纪制制造造自自动动化化技技术术发发展展的的一一个个重重要要特特征征和和主主要要发发展展趋趋势势，将将从从制制造造系系统统内内部部的的信信息息集集成成、功功能能集集成成，发发展展到到实实现现产产品品整整个个开开发发制制造造过过程程的的集集成成，并步入并步入全球制造全球制造的全局集成阶段。的全局集成阶段。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论发展趋势与特征之二：制造智能化发展趋势与特征之二：制造智能化 智智能能制制造造是是未未来来制制造造自自动动化化发发展
22、展的的重重要要特特征征方方向向。所所谓谓智智能能制制造造系系统统是是一一种种智智能能机机器器和和人人类类专专家家共共同同组组成成的的人人机机一一体体化化智智能能系系统统，它它在在制制造造过过程程中中能能对对进进行行诸诸如如分分析析、推推理理、判判断断、构构思思和和决决策策等等智智能能活活动动，以以实实现现制制造造过过程程的的优优化化。专专家家预预言言：2121世世纪纪的的制制造造业业用用两两个个“I”I”来来标标识识：即即Integration(Integration(集成集成)和和Intelligence(Intelligence(智能智能)。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制
23、造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论发展趋势与特征之三：制造敏捷化发展趋势与特征之三：制造敏捷化 敏敏捷捷制制造造是是一一种种面面向向2121世世纪纪的的制制造造战战略略和和制制造造模模式式，当当前前研研究究十十分分活活跃跃。制制造造环环境境与与制制造造过过程程的的敏敏捷捷性性是是敏敏捷捷制制造造的的重重要要组组成成部部分分，它它主主要要包包括括机机器器、工工艺艺等等的的柔柔性性，可重构能力，快速化的集成制造工艺等。可重构能力，快速化的集成制造工艺等。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论发展趋势与特征之四：制造虚拟
24、化发展趋势与特征之四：制造虚拟化 虚虚拟拟制制造造(VM)(VM)是是将将现现实实制制造造环环境境及及制制造造过过程程通通过过建建立立系系统统模模型型映映射射到到计计算算机机及及相相关关技技术术所所支支撑撑的的虚虚拟拟环环境境中中，在在虚虚拟拟环环境境下下模模拟拟现现实实制制造造环环境境及及其其制制造造过过程程的的一一切切活活动动和和产产品品的的制制造造全全过过程程，并并对对产产品品制制造造及及制制造造系系统统的的行行为为进进行预测和评价。它是敏捷制造的重要关键技术。行预测和评价。它是敏捷制造的重要关键技术。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一
25、讲 绪绪 论论发展趋势与特征之五：制造网络化发展趋势与特征之五：制造网络化 2020世世纪纪末末网网络络技技术术特特别别是是Internet/IntranetInternet/Intranet技技术术的的迅迅速速发发展展，导导致致制制造造活活动动新新的的变变革革网网络络制制造造技技术术的的产产生生。基基于于网网络络的的制制造造包包括括制制造造环环境境内内部部的的网网络络化化、制制造造环环境境和和整整个个制制造造企企业业的的网网络络化化、企企业业间间的的网网络络化化、异异地地设设计计与与制制造造等等方方面面。基基于于Internet/IntranetInternet/Intranet的的制制造造
26、已已成成为为2121世纪制造自动化技术发展的重要趋势。世纪制造自动化技术发展的重要趋势。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论发展趋势与特征之六：制造全球化发展趋势与特征之六：制造全球化 制制造造全全球球化化的的概概念念出出于于美美、日日、欧欧等等发发达达国国家家的的智智能能制制造造计计划划，2020世世纪纪末末随随着着InternetInternet技技术术的的发发展展，其其研研究究与与应应用用发发展展迅迅速速。制制造造全全球球化化包包括括的的内内容容非非常常广广泛泛，主主要要有有市市场场的的国国际际化化，产产品品设设计计与与开开
27、发发的的国国际际合合作作，产产品品制制造造的的跨跨国国化化，制制造造企企业业在在全全世世界界范范围围内内的的重重组组和和集集成成，制制造造资资源的跨地区、跨国家协调、共享与优化利用等。源的跨地区、跨国家协调、共享与优化利用等。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论发展趋势与特征之七：制造绿色化发展趋势与特征之七：制造绿色化 环环境境、资资源源、人人口口是是当当今今世世界界面面临临的的三三大大主主要要问问题题。绿绿色色制制造造(Green(Green Manufacturing)Manufacturing)是是一一个个综综合合考考虑虑
28、环环境境影影响响和和资资源源效效率率的的现现代代制制造造模模式式，其其目目标标是是使使产产品品从从设设计计、制制造造、包包装装、运运输输、使使用用到到报报废废处处理理的的整整个个产产品品生生命命周周期期中中，对对环环境境的的影影响响(负负作作用用)最最小小，资资源源效效率率最最高高。绿绿色色制制造是现代制造业的可持续发展制造模式。造是现代制造业的可持续发展制造模式。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论五、现代制造系统的开放式智能体系结构五、现代制造系统的开放式智能体系结构分布式、协同处理的智能制造自动化系统分布式、协同处理的智能制
29、造自动化系统以人为中心的制造自动化系统以人为中心的制造自动化系统APSAPS （Anthropocentric Production SystemAnthropocentric Production System）基于基于InternetInternet的全球制造自动化系统的全球制造自动化系统 现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论分布式、协同处理智能制造自动化系统分布式、协同处理智能制造自动化系统 分布式制造自动化系统集成面临的问题：分布式制造自动化系统集成面临的问题：异异构构性性：异异种种设设备备环环境境、异异种种数数据据库库、
30、异异种种协协议议、异异种种网网络络集成；集成；分布性：分布式数据的一致性、可达性和可操作性。分布性：分布式数据的一致性、可达性和可操作性。解决手段：解决手段：利利用用计计算算机机网网络络连连接接异异构构设设备备，实实现现制制造造系系统统问问题题的的分分布布式协同求解功能。式协同求解功能。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论分布式协同处理的制造自动化系统的两个层次：分布式协同处理的制造自动化系统的两个层次：在在现现有有自自动动化化设设备备的的基基础础上上，采采用用分分布布式式计计算算机机控控制制策策略略，将将自自动动化化程程度度不不
31、同同、通通信信协协议议各各异异的的异异构构设设备备集集成成起起来来，达达到到信息共享和知识的协同处理，提高整体自动化水平。信息共享和知识的协同处理，提高整体自动化水平。由由智智能能多多自自主主体体包包括括智智能能设设计计机机器器、智智能能加加工工工工作作站站、智智能能控控制制器器等等所所构构成成的的分分布布式式、协协同同处处理理结结构构，它它具具备备极极强强的的应应变变能力和自组织能力，是未来自动化制造系统的发展方向。能力和自组织能力，是未来自动化制造系统的发展方向。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论网网 络络开放式分布计算环境
32、开放式分布计算环境网网 络络应用系统应用系统应用系统应用系统异构设备异构设备1 1异构设备异构设备2 2工作站工作站PCPC工作站工作站开放式分布计算环境开放式分布计算环境网网 络络应用系统应用系统应用系统应用系统异构设备异构设备n-1n-1异构设备异构设备n n工作站工作站PCPC工作站工作站自主体自主体1 1智能设计智能设计机机 器器自主体自主体n n智智 能能控控 制制 器器自主体自主体2 2智能加工智能加工工工 作作 站站监监视视器器分布式协同处理的制造自动化系统的体系结构框图分布式协同处理的制造自动化系统的体系结构框图现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、
33、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论以人为中心的制造自动化系统的体系结构框图以人为中心的制造自动化系统的体系结构框图制制 造造建模建模与与仿真仿真产品产品设计设计过程过程规划规划执行执行规划规划维维 护护工程活动工程活动顾顾 客客财政财政管理管理职员职员管理管理供应商供应商管理活动管理活动产品产品规划规划信息系统信息系统知识库管理系统知识库管理系统数据库管理系统数据库管理系统人人用户界面用户界面机器控制器接口机器控制器接口现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论因特网因特网(Internet)(Internet)企业通信网络企业通信网络
34、生产调度生产调度远程远程用户用户智能加工智能加工Manufacturing监监控控基于基于Internet的全球制造自动化系统体系结构框图的全球制造自动化系统体系结构框图工厂通信网络工厂通信网络智能测量智能测量Measurement智能操作智能操作Manipulation建建 模模Modeling异地异地资源资源供供应应商商制造现场制造现场现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论六、全能制造系统（六、全能制造系统（HMS）基本概念；基本概念；与传统制造系统的区别；与传统制造系统的区别；智能结构模式。智能结构模式。现代机械制造系统的智能
35、控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）的基本概念的基本概念 产产生生：上上个个世世纪纪8080年年代代以以来来,为为适适应应快快速速发发展展的的市市场场需需求求,以以美美国国为为代代表表的的发发达达国国家家,提提出出了了诸诸多多先先进进制制造造模模式式,如如并并行行工工程程、敏敏捷捷制制造造、智智能能制制造造、全能制造等。全能制造等。全全能能制制造造系系统统（HMSHMS：Holonic Holonic Manufacturing Manufacturing SystemSystem）：是是国国际际合合作研究计
36、划的六大课题之一作研究计划的六大课题之一 过程工业中的过程工业中的净洁制造系统的研究净洁制造系统的研究;全球并行工程的研究全球并行工程的研究;为为2121世纪生产的企业集成方法的研究世纪生产的企业集成方法的研究;全能制造系统的研究全能制造系统的研究;快速产品开发研究快速产品开发研究;知识体系化知识体系化:为设计和生产的组织形态研究等为设计和生产的组织形态研究等。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）的基本概念的基本概念 “Holon”“Holon”一一词词的的来来源源：19671967新新
37、闻闻记记者者KoestlerKoestler在在其其“机机器器里里的的幽幽灵灵”一一书书中中首首次次提提出出，holos(holos(希希腊腊文文，=whole)=whole)+on on(particle(particle or or part),“part),“同同时时为为一一整整体体且且为为一一整整体体的的一一部部分分”，音音译译“合合弄弄”：合合全全部部(whole)(whole)，弄弄弄弄堂堂、小小巷巷(部部分分,part),part)；译译“整整子子”、“全能体全能体”。HMSHMS：Holonic Holonic Manufacturing Manufacturing Syste
38、mSystem：合合弄弄制制造造系系统统、粒粒子制造系统、全能制造系统都是一个概念。子制造系统、全能制造系统都是一个概念。HMSHMS功能及结构概念功能及结构概念来自于生物学、心理学和社会学等学科。来自于生物学、心理学和社会学等学科。制制造造系系统统的的发发展展趋趋势势：建建立立高高性性能能的的制制造造系系统统结结构构,需需要要具具有有单单位位小小、功功能能强强、自自治治而而协协调调性性能能好好的的生生产产要要素素,并并通通过过这这些些要要素素的的综综合合效效应应,达达到到系系统的高效率运行。在统的高效率运行。在HMS中中,将这种要素称为将这种要素称为粒子粒子或或全能体全能体。现代机械制造系统
39、的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）的基本概念的基本概念 粒粒子子：代代表表具具有有自自治治协协调调性性质质的的要要素素及及过过程程，是是在在物物流流的的转转换换、库库存存、信信息息加加工工处处理理、生生产产调调度度等等领领域域内内能能够够独独立立地地作作出出决决策策、自自治治运运行行、功功能能协协调调、解解决决问问题题的的单单位位要要素素，这这些些要要素素是是独独立立分分散散地地运运行行，并并通通过过协协议议，协调制造系统的生产活动协调制造系统的生产活动。（可分为。（可分为信息处理粒子和物流处理粒子信
40、息处理粒子和物流处理粒子）自自治治性性（AutonomyAutonomy）：指指粒粒子子在在制制造造过过程程中中所所具具有有的的自自律律地地、创造性地解决问题的能力创造性地解决问题的能力。协协调调性性（CooperationCooperation）：指指粒粒子子在在制制造造过过程程中中,为为了了解解决决粒粒子子之之间的冲突问题而具有的共同协商能力。间的冲突问题而具有的共同协商能力。粒粒子子制制造造系系统统（HMSHMS）：将将产产品品的的预预定定、设设计计、生生产产、销销售售等等所所有有活活动动以以粒粒子子形形式式表表现现出出来来，并并综综合合粒粒子子的的自自治治协协调调功功能能，保保证证敏敏
41、捷捷的的制制造造过过程程，其其最最终终目目的的是是在在高高度度分分散散的的基基础础上上，以以自自治治、协协调调的运行机制，实现充分满足顾客需求的制造系统。的运行机制，实现充分满足顾客需求的制造系统。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）与传统制造系统的区别与传统制造系统的区别表表1 1观点和传统制造系统观点之比较观点和传统制造系统观点之比较传统制造系统观点传统制造系统观点HMSHMS的观点的观点企业是由活动和机构简单合并来组企业是由活动和机构简单合并来组成的成的企业是包括所有过程和机构的一
42、个总体企业是包括所有过程和机构的一个总体系统系统企业制造产品是为了销售企业制造产品是为了销售按顾客需求和订单进行生产活动按顾客需求和订单进行生产活动企业是在线性稳定的企业是在线性稳定的,可以预测和可以预测和控制的形态中得到发展控制的形态中得到发展企业不是按确定好的控制规律运行企业不是按确定好的控制规律运行,而而是在非线性是在非线性,随机环境中得到发展随机环境中得到发展组织结构是递阶结构组织结构组织结构是递阶结构组织结构是由粒子组成的、相互连接的横向结构是由粒子组成的、相互连接的横向结构生产者生产者,竞争者竞争者,消费者之间的关系消费者之间的关系是一方亏损是一方亏损,一方获利的原则关系一方获利的
43、原则关系所有企业的关系是共同获利的关系所有企业的关系是共同获利的关系企业和环境之间企业和环境之间,企业内的机构之企业内的机构之间有明确的界限间有明确的界限企业和环境之间企业和环境之间,企业内的机构之间无企业内的机构之间无明确的界限明确的界限,它们是由制造过程它们是由制造过程(或流程或流程)相连接相连接现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）与传统制造系统的区别与传统制造系统的区别表表1 1观点和传统制造系统观点之比较观点和传统制造系统观点之比较(续续)传统制造系统观点传统制造系统观点HMSH
44、MS的观点的观点企业由特定目的收集各种信息企业由特定目的收集各种信息,并以递并以递阶形式传递到下层机构阶形式传递到下层机构信息源是广泛的信息源是广泛的,并由任何企业共享并由任何企业共享,根据信根据信息用途息用途,择优选择择优选择企业定期地评价其活动情况企业定期地评价其活动情况,若出现问若出现问题题,用其它计划或资源补偿用其它计划或资源补偿,修正或解决修正或解决问题问题没有细节活动安排没有细节活动安排,只有大致的企业目标只有大致的企业目标,企企业的各要素以自治协调的方式实现其目标业的各要素以自治协调的方式实现其目标企业管理的目标是优化企业内部的生产企业管理的目标是优化企业内部的生产过程过程企业管
45、理的目标是提高服务水平和降低服务企业管理的目标是提高服务水平和降低服务成本之间取得平衡成本之间取得平衡提高生产效率的主要方法是增加批量提高生产效率的主要方法是增加批量提高企业效率的主要方法是粒子的自治、协提高企业效率的主要方法是粒子的自治、协调和柔性调和柔性按职能部门划分的相对固定的运作系统按职能部门划分的相对固定的运作系统以适应以适应“3 3”环境为目的的持续开发过程环境为目的的持续开发过程,并不是最后阶段的最终结果并不是最后阶段的最终结果;人是自动化实现的一种障碍因素人是自动化实现的一种障碍因素将人的创造性、适应性、能动性集成在制造将人的创造性、适应性、能动性集成在制造系统之中系统之中现代
46、机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）与传统制造系统的区别与传统制造系统的区别 3C3C：以以 顾顾 客客 导导 向向(Customer)(Customer)、竞竞 争争 激激 烈烈(Competence)(Competence)、变变化化快快速速(Change)(Change)为为特特征征的的 “3C”3C”现现代制造业代制造业 HMSHMS作作为为一一种种新新的的制制造造系系统统运运作作模模式式，它它代代着着高高度度分散、自治协调、开放的总体系统。分散、自治协调、开放的总体系统。“全全能能
47、”目目的的：加加速速产产品品设设计计的的速速度度和和提提供供产产品品的的可可靠靠性性；加加速速建建立立新新的的和和改改造造现现有有的的制制造造系系统统；自自动动化化规规模模可可大大可可小小，可可以以扩扩展展；能能够够迅迅速速自自组组织织，以以适适应应市市场场需需要要；监监控控、诊诊断断、质质量量保保证证集集成成在在系系统统内内，系统运行更可靠。系统运行更可靠。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）与传统制造系统的区别与传统制造系统的区别 实实例例：生生产产客客户户要要求求的的产产品品C C
48、，通通过过从从A A转转换换得得到到的的DD和和标标准准件件B B装装配配起起来来，并并将将其其运运给给客客户户来来实实现现企企业业的的生产任务。生产任务。比比较较看看看看传传统统制制造造系系统统与与全全能能制制造造系系统统的的处处理理过过程程。现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）与传统制造系统的区别与传统制造系统的区别 传统递阶制造系统的处理过程传统递阶制造系统的处理过程。传传 统统 制制 造造 系系 统统递阶体系结构递阶体系结构规划控制系统规划控制系统信息信息处理处理制造制造设备设备
49、运输运输设备设备装配装配设备设备对象对象A对象对象D对象对象C对象对象B运输设备运输设备客户客户信息流信息流物物 流流12345企业任务企业任务生产客户产品生产客户产品C,通过从通过从A A转换得到转换得到的的D D和标准件和标准件B B装装配起来配起来,并将其运并将其运给客户给客户现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）与传统制造系统的区别）与传统制造系统的区别 全能制造系统的处理过程全能制造系统的处理过程。全能全能 制制 造造 系系 统统粒子体系结构粒子体系结构粒子之间的协作系统粒子之间
50、的协作系统信息信息粒子粒子制造制造粒子粒子运输运输粒子粒子装配装配粒子粒子对象对象A对象对象D对象对象C对象对象B运输粒子运输粒子客户客户信息流信息流物物 流流12345企业任务企业任务生产客户产品生产客户产品C,通过从通过从A A转换得到转换得到的的D D和标准件和标准件B B装装配起来配起来,并将其运并将其运给客户给客户现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断现代机械制造系统的智能控制、监控与诊断第一讲第一讲 绪绪 论论全能制造系统（全能制造系统（HMSHMS ）的智能结构模式的智能结构模式 引入引入智能单元智能单元构成粒子智能结构模式，定义：构成粒子智能结构模式，定义：HISM(Holon