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1、第四章 制造自动化技术第一节 制造自动化技术概述本节讲述的主要内容制造自动化的定义及内涵制造自动化的定义及内涵制造自动化的组成及所涉及的学科制造自动化技术的发展历程制造自动化技术的国内外研究现状制造自动化的关键技术制造自动化技术的发展趋势制造自动化的定义及内涵制造自动化制造自动化制造目前对制造有两种理解：一是通常的制造概念，指产品的“制作过程”或称为“小制造概念”，如机械加工过程；另一个是广义制造概念，包括产品整个生命周期过程，又称为“大制造概念”。实际应用中，两者皆在使用，其概念范围视具体情况而定。制造自动化的定义及内涵自动化是美国人D.S.Harder于1936年提出的。当时他在通用汽车公
2、司工作，他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。这实质是早期制造自动化的概念。制造自动化的定义及内涵制造自动化(以下简称自动化)的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。制造自动化的广义内涵(1)在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动。代替或辅助人的脑力劳动
3、。制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。制造自动化的广义内涵(2)在功能方面，制造自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是制造自动化功能目标体系的一部分。制造自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。此体系可用如右图所示的功能目标模型描述。TQCSE模型 T表示时间(Time)，Q表示质量(Quality)，C表示成本(Cost)，S表示服务(Service)，E表示环境友善性(Environment)。制造自动化的广义内涵在TQCSE模型中：T有两方面的含义，一是指采用自动化技术，能缩短产品制造周期，产品上市快；二是提高生产率。Q的含义是采用自动化系统，能提高和保证产品质量
4、。C的含义是采用自动化技术能有效地降低成本，提高经济效益。S也有两方面的含义，一是利用自动化技术，更好地做好市场服务工作；二是利用自动化技术，替代或减轻制造人员的体力和脑力劳动，直接为制造人员服务。E的含义是制造自动化应该有利于充分利用资源，减少废弃物和环境污染，有利于实现绿色制造。制造自动化的广义内涵(3)在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。本节讲述的主要内容制造自动化的定义及内涵制造自动化的组成及所涉及的学科制造自动化的组成及所涉及的学科制造自动化技术的发展历程制造自动化技术的国内外研究现状制造自动化的关键技术制造自动化技术的发展趋势制造自动化的
5、组成 广义地讲，自动化制造系统是由一定范围的被加工对象、一定柔性和自动化水平的各种装备和高素质的人员组成的一个有机整体。自动化制造系统具有五个典型组成部分：一定范围的被加工对象；具有一定技术水平和决策能力的人；信息流及其控制系统；能量流及其控制系统：物料流及物料处理系统。制造自动化技术涉及的学科范围制造自动化技术涉及的学科范围很宽，其核心仍是制造科学和技术，其学科领域主要有：系统工程学、设计与制造科学、质量控制工程、信息科学、计算机科学、人机工程学、生产管理、自动控制理论、运筹学、工业工程、规划论、电气工程、技术经济学 等。本节讲述的主要内容制造自动化的定义及内涵制造自动化的组成及所涉及的学科
6、制造自动化技术的发展历程制造自动化技术的发展历程制造自动化技术的国内外研究现状制造自动化的关键技术制造自动化技术的发展趋势制造生产和制造自动化的发展简史制造自动化技术的发展历程回顾历史，制造自动化技术服务的生产模式经历了三个主要发展阶段:1 用机器代替手工，从作坊形成工厂。2 从单件生产方式发展到大量生产方式。3 从大量生产方式发展到多品种、小批量的柔性化、集成化生产方式。1760 年由于蒸汽机的出现而导致的工业革命揭开了工业化的序幕，从此使制造技术进人了第一阶段。制造自动化技术的发展历程20 世纪初，泰勒提出了以劳动分工为基础的科学管理理论，继而福特运用泰勒的理论，找到了克服单件生产方式弱点
7、的方法，在福特汽车公司实现了流水装配线生产，从此开始了代表本世纪工业文明的、以高效自动化专用设备和流水线生产为特征的大量生产方式。到 20 世纪中期，这种生产方式发展到了顶峰。随着科学技术的发展，新产品不断出现，产品的复杂程度也随之增高，而产品的市场寿命却日益缩短，使大量生产方式受到巨大的挑战。制造自动化技术的发展历程1952 年美国麻省理工学院研制出的第一台数控铣床揭开了柔性自动化的序幕，70 年代初柔性自动化进人了生产实用阶段；近 20 多年来，柔性自动化有了飞速的发展，从单台数控机床到加工中心、DNC、柔性制造单元、柔性制造系统和计算机集成制造系统，到 90 年代更是向敏捷化、网络化、虚
8、拟化、智能化等方向发展。制造自动化技术的发展历程分析上述生产模式的发展历史和发展趋势，可以看出，制造自动化的历史和发展可分为五个台阶。制造自动化技术的发展历程第一台阶：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机。本台阶在 20 世纪 40 一 50 年代已相当成熟。应用传统的机械设计与制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动单机或自动化生产线进行大批量生产。其特征是高生产率和刚性结构，很难实现生产产品的改变。引人的新技术包括继电器程序控制、组合机床等。制造自动化技术的发展历程第二台阶：数控加工，包括数控（NC）和计算机数控（CNC）。本台阶中的数控(NC）在 50 一 70 年代发展迅速并已成熟，
9、但到了 70 一 80 年代，由于计算机技术的迅速发展，它迅速被计算机数控(CNC）取代。数控加工设备包括数控机床、加工中心等。数控加工的特点是柔性好、加工质量高，适应于多品种、中小批量（包括单件产品）的生产。引人的新技术包括数控技术、计算机编程技术等。制造自动化技术的发展历程第三台阶：柔性制造。本台阶特征是强调制造过程的柔性和高效率。适应于多品种、中小批量的生产。涉及的主要技术包括成组技术(GT)、计算机直接数控和分布式数控(DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线(FML)、离散系统理论和方法、仿真技术、车间计划与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通信网络等等
10、。制造自动化技术的发展历程第四台阶：计算机集成制造（CIM）和计算机集成制造系统（CIMS）。CIMS 既可看作是制造自动化发展的一个新阶段，又可看作是包含制造自动化系统的一个更高层次的系统。CIMS 在 80 年代以来得到迅速发展，而今正方兴未艾。其特征是强调制造全过程的系统性和集成性，以解决现代企业生存与竟争的TQCS 问题，即产品上市快（Time）、质量好（Quality）、成本低（cost）和服务好(Service）。CIMS 涉及的学科和技术非常广泛，包括现代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术等。制造自动化技术的发展历程第五台阶：新的制造自动化模式，如
11、智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造等。上述新的制造自动化模式是在 20 世纪末提出并开展研究的，是制造自动化面向 21 世纪的发展方向。本节讲述的主要内容制造自动化的定义及内涵制造自动化的组成及所涉及的学科制造自动化技术的发展历程制造自动化技术的国内外研究现状制造自动化技术的国内外研究现状制造自动化的关键技术制造自动化技术的发展趋势制造自动化技术的研究现状 国内外对制造自动化技术的研究非常重视，主要表现在以下一些方面：1单元系统的研究占有很重要的位置2制造过程的计划和调度研究十分活跃，但实用化的成果还不多见 3柔性制造技术的研究向着深度和广度发展4制造系统的系统技术和集
12、成技术已成为制造自动化研究中热点问题5更加注重制造自动化系统中人因作用的研究6适应现代生产模式的制造环境的研究正在兴起7底层加工系统的智能化和集成化研究越来越活跃制造自动化技术的研究现状1单元系统的研究占有很重要的位置以一台或多台数控加工设备和物料储运系统为主体的单元系统在计算机统一控制管理下，可进行多品种、中小批量零件自动化加工生产，它是现代集成制造系统的重要组成部分，是自动化工厂车间作业计划的分解决策层和具体执行机构。美国(Manufacturing Engineering)高级编辑Robert.BAronson专门发表综合评述文章数控单元(系统)的最新进展，对数控单元系统的发展状况进行了
13、综述，指出：“单元(系统)目前已经开始影响和支配着美国制造业”。近年来，对基于多主体(Multi-Agent)的单元化制造系统的研究也正在兴起。制造自动化技术的研究现状2制造过程的计划和调度研究十分活跃，但实用化的成果还不多见 Ingersoll公司曾分析了在传统的制造工厂中从原材料进厂到产品出厂的制造过程，结果表明，对一个机械零件：来说，只有5的时间是在机床上，而另外的95时间中，零件在不同的地方和不同的机床之间运输或等待。减少这95的时间，是提高制造生产率的重要方向。优化制造过程的计划和调度是减少95的时间的主要手段。有鉴于此，国内外对制 造过程的计划和调度的研究非常活跃，已发表了大量研究
14、论文和研究成果。制造自动化技术的研究现状3柔性制造技术的研究向着深度和广度发展FMS的研究已有较长历史，但由于其复杂性和不断地发展，至今仍有大量学者对此进行研究。目前的研究主要围绕FMS的系统结构、控制、管理和优化运行等方面进行。DNC 技术近年来得到了很大发展。早期的DNC是指Directed Numerical Control，即计算机直接数控。目前DNC包括两种情况：一是为计算机直接数控，另一是指Distributed Numerical Control，即分布式数控。分布式数控强调信息的集成与信息流的自动化，物料流的控制与执行可大量介入人机交互。相对FMS来说，DNC具有投资小、见效快
15、、柔性好和可靠性高等特点，因而近年来的研究非常活跃。制造自动化技术的研究现状4制造系统的系统技术和集成技术已成为制造自动化研究中热点问题近年来，在单元技术和专门技术(如控制技术、计算机辅助技术)继续发展的同时，制造系统中的集成技术和系统技术的研究已成为制造自动化研究中的热点。其中集成技术包括制造系统中的信息集成和功能集成技术(如CIMS)、过程集成技术(如并行工程CE)、企业间集成技术(如敏捷制造AM)等：系统技术包括制造系统分析技术、制造系统建模技术、制造系统运筹技术、制造系统管理技术和制造系统优化技术等等。制造自动化技术的研究现状5更加注重制造自动化系统中人因作用的研究在过去一段时期，人们
16、曾认为全盘自动化和无人化工厂或车间是制造自动化发展的目标。随着实践的深入和一些无人化工厂实施的失败，人们对无人化制造自动化问题进行了 反思，并对于人在制造自动化系统中有着机器不可替代的重要作用进行了重新认识。近年来，提出了“人机一体化制造系统”、“以人为中心的制造系统”等新思想，其内涵就是发挥人的核心作用，采用人机一体的技术路线，将人作为系统结构中的有机组成部分，使人与机器处于优化合作的地位，实现制造系统中人与机器一体化的人机集成的决策机制，以取得制造系统的最佳效益。制造自动化技术的研究现状6适应现代生产模式的制造环境的研究正在兴起当前，并行工程(Concurrent Engineering)
17、、精益生产(Lean Production)、敏捷制造(Agile Manufacturing)、虚拟制造(Virtual Manufacturing)、仿生制造(Boinic Manufacturing)和绿色制造(Green Manufacturing)等现代制造模式的提出和研究推动了制造自动化技术研究和应用的发展，以适应现代制造模式应用的需要。围绕敏捷制造这一21世纪占主导地位的制造模式的研究，主要包括敏捷制造模式下的制造自动化系统体系结构、高效柔性制造系统的建模与重构、制造能力测量、评价与控制和制造加工过程的拟实制造等等。制造自动化技术的研究现状 7底层加工系统的智能化和集成化研究越来
18、越活跃如目前世界上IMS计划中，提出了智能完备制造系统HMS(Holonic Manufacturing System)。HMS是由智能完备单元复合而成，其底层设备具有开放、自律、合作、适应柔性、可知、易集成和鲁棒性好等特性。另外，目前世界上刚刚出现的虚拟轴机床，变革了传统机床的工作原理，其性能上有许多独特优势，特别是有利于实现：车间内各虚拟轴机床的控制和集成。又如快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing)是一种有利于实现集成制造的新技术，近年来的研究非常活跃。我国在制造自动化技术方面发展进程我国第一条机械加工自动线于1956年投入使用，是用于加工汽车发动机
19、汽缸体端面孔的组合机床自动线。1959年建成的加工轴承内外环的自动线是我国第一条加工环套类零件的自动线。而第一条加工轴类零件的自动线是1969年建成的加工电动机转子轴自动线。1964年到1974年，我国机床行业为第二汽车制造厂(东风汽车集团公司)提供了57条自动线和8000多台自动化设备。我国在制造自动化技术方面发展进程在数控技术方面数控技术方面，我国1958年研制成功数控立铣，至1985年底，生产的数控品种已达50余种。尽管如此，当时我国数控机床存在着技术水平低、性能不稳定等问题，远远不能满足国内用户的需求，每年国家要花费大量宝贵的外汇进口数控系统和数控机床。然而可喜的是，我国数控技术经过1
20、9811985年技术引进、19861990年消化吸收和19911995年开发自主版权的数控系统三个阶段的发展，已建立起了两个具有自主版权的数控平台，即以PC机为基础的总线式、模块化、开放型单处理器平台和多处理器平台。开发出了四个具有自主版权的基本系统：中华I型、蓝天I型、华中I型、航天I型，并在此基础上开发了数控车床和加工中心六个典型系统及针对数控磨齿机、齿轮机床、电加工机床、锻压机床、仿形机床、三坐标测量机等特定功能要求的16种派生系列。这为实现我国数控机床的产业化奠定了基础。目前我国已形成了年产数控系统3000台、主轴与进给装置5000套的生产能力。1997年清华大学和天津大学合作研制成功
21、我国第一台虚拟轴机床。我国在制造自动化技术方面发展进程在柔性制造技术方面在柔性制造技术方面，我国于1984年研制成功两个柔性制造单元，1987年以后，陆续从国外引进10余套FMS，也自行研制了我们自己的FMS，且是采取一种结合国情，实施适用先进方针的技术解决方案，从第一条由湖南大学与浦沅工程机械总厂联合研制开发的准柔性制造系统P-FMS(Peseudo-FMS)，到最近由北京机电研究院为株洲南方航空动力机械公司设计制造的摩托车曲轴箱柔性生产线，都取得了成本低、投产快、操作方便、运行可靠、实用的效果。我国机械制造业的中长期发展规划中，已把实用化的P-FMS列为发展柔性自动化技术的三个层次之一。我
22、国在制造自动化技术方面发展进程我国工业机器人工业机器人的研究始于70年代初，自从863高科技发展计划将机器人列为自动化领域的一个主题后，我国机器人技术得到了很快发展，目前已掌握了机器人操作机的设计 制造技术、控制系统设计和软件编程技术，可以生产部分机器人的关键器件，开发出了喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运、特种(水下、爬壁、管道遥控)机器人。我国在制造自动化技术方面发展进程作为863计划中自动化领域的两个主题之一，CIMS在我国的研究和推广应用得到了极快的发展，单元应用技术也取得了一批研究和应用成果，有些实施CIMS企业也取得了 一些经济和社会效益。研究范围覆盖了系统集成技术、CADCAM、管理决
23、策信息系统、质量系统工程和数据库等，开展了一系列关键技术的研究，包括复杂工业系统的模拟设计、异构环境的信息集成、基于STEP的CADCAM集成系统、并行工程构架和应用集成平台，某些研究达到了世界先进水平。1994年清华大学的国家CIMS工程技术研究中心荣获美国制造工程师协会SEM颁发的“大学领先奖”，1995年北京第一机床厂荣获SME颁发的“工业领先奖”，1999年华中理工大学也获得CIMS“大学领先奖”。中国学者提出了现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing System)概念，这个概念已在广度和深度上拓展了原来的CIMCIMS内涵。现代集
24、成制造系统CIMS是一种基于CIM哲理的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统。我国在制造自动化技术方面发展进程在现代生产模式的研究与应用方面现代生产模式的研究与应用方面，我国制造业广大专家学者和企业界在消化吸收、融会贯通国际上有用的制造技术理论的基础上，努力做到从中国制造业的实际情况出发，发展创新形成有国情特征的制造理论和学识，如独立单元综合制造和管理系统、“分散网络化制造DNM”的示范系统、高效快速重组(LAF)生产系统等。第一汽车集团公司在引进国外生产技术的同时，引进国外公司的管理技术并结合自身特点推行现代管理，从20世纪80年代推行准时生产，到90年代全面推行精益生产，将精益思想从
25、生产管理扩展到产品开发、质量控制、采购协作、营销服务、工厂组织、财务管理等各领域，目前，他们推行精益生产的规模和深度，特别是其实用性，不仅在国内领先，从世界范围看也很出色。本节讲述的主要内容制造自动化的定义及内涵制造自动化的组成及所涉及的学科制造自动化技术的发展历程制造自动化技术的国内外研究现状制造自动化的关键技术制造自动化的关键技术制造自动化技术的发展趋势制造自动化技术的关键技术制造自动化系统开放式智能体系结构研究智能4M系统中关键技术的研究制造自动化系统的优化理论与调度方法面向制造自动化的虚拟制造技术研究CADCAPPCAM一体化技术的研究面向制造自动化的数控技术的研究柔性制造技术和智能制
26、造技术的研究机器人化制造技术的研究先进制造智能传感与检测的研究制造自动化系统开放式智能体系结构研究智能4M系统中关键技术的研究智能4M系统就是将建模(Modeling)、加工(Manufacturing)、测量(Measuring)、机器人操作(Manipulation)四者一体化的智能系统，实现信息共享，促进建模、加工、测量、装夹、操作的一体化，其目的是实现快速制造、快速检测、快速响应和快速重组。智能4M系统主要研究内容是：信息共享和集成、传感器信息的处理和融合、4M系统的系统一建模理论及方法以及系统结构和功能模型、一体化的制造仿真与控制语言研究，形成面向用户的柔性加工高层控制语言、几何信息
27、提取、特征映射方法和4M系统信息集成的研究。制造自动化系统的优化理论与调度方法制造系统是一类离散事件动态系统(Discrete Event Dynamic System，DEDS)，其物流、物流、信息流以及各种资源的规则、调度和控制信息流以及各种资源的规则、调度和控制等有独特的要求。对这类系统的更精确的描述、分析和控制，需要在离散事件动态系统理论方面进一步突破。同时，由于实现各种先进的制造哲理和管理策略，如虚拟企业、敏捷制造、精益生产、准时生产等，作为先进制造模式赖以实现的基础之一，生产组织与过生产组织与过程优化中决策调度程优化中决策调度的成功与否对上述目标的实现有着最为直接的影响。面向制造自
28、动化的虚拟制造技术研究虚拟制造关键技术的研究可分为四个层次，即：虚拟制造哲理研究、虚拟制造技术层、虚拟制造原型系统层，虚拟制造集成开发平台层。虚拟制造哲理的研究为制造企业敏捷制造提供指导思路，在信息集成基础上，通过组织管理、技术、资源和人机集成实现产品的开发过程的集成。虚拟制造技术层的研究为VM实施和VMS的建立提供了理论和技术上的支持，它由三大主体技术群和一个支撑技术群组成。面向制造自动化的虚拟制造技术研究(1)建模技术群。用来开发VMS中各种模型的所有技术与方法，包括产品过程及生产系统建模技术，虚拟公司建模技术，虚拟制造环境与现实制造环境之间结构、功能映射关系的管理，维护、监控和更新问题基
29、于分布式并行处理下的虚拟制造开放式体系结构研究，面向整个产品的生命周期综合经济模型和产品评价体系(2)仿真技术群。即运行和操作构成VMS的各种模型的所有方法和技术，对分布式交互仿真技术和虚拟现实技术有更新要求。(3)控制技术群。即建模过程、仿真过程所用到的各种管理、组织与控制技术与方法，主要包括：模型部件的组织、调度策略及交换技术，仿真过程的工作淹程与信息流程控制，虚拟制造方法论；概念设计与制造方法、加工过程、成本估计集成技术，集成动态的、分布式的、协作模型的集成技术，虚拟制造环境下，产品开发过程中的调度与控制机制的研究，以及面向产品开发过程的组织与管理等问题的研究等(4)支撑技术群即支持虚报
30、制造系统开发控制与运行的基础性技术，主要包括：数据库技术，人工智能在制造企业各级组织，产品生命周期各个阶段决策中应用的研究，系统集成技术，虚拟环境下分布式并行处理多智能主体协同求解技术与系统的研究，以及全局最优决策理论和技术，综合可视化技术在虚拟制造环境构造中的应用，计算机软硬件技术以及通信技术。CADCAPPCAM一体化技术的研究CADCAPPCAM 一体化是一项综合性的高新技术，当前正朝着集成化、智能化，可视化和标准化方向发展主要研究内容有：CAD系统面向产品的整个生命周期，充分考虑产品信息的继承性，满足并行设计的要求，CAD与产品信息标准化相结合，产品模型的可转换性，面向全国乃至全球的产
31、品信息编码系统等方面的研究：具有很好的可移植性和自组织性的软件系统、智能化CAD系统的研究，虚拟现实设计技术的研究CADCAPPCAM一体化技术一个重要研究内容就是CAPP技术的研究，主要有；基于并行工程的CAPP技术；虚拟制造模式下CAPP技术：基于PDM的CADCAPP/CAM集成系统；面向CIMSCAPP集成开发平台等。面向制造自动化的数控技术的研究数控技术是自动化技术的基础及关键单元技术，又是精密、高效、高可靠性加工技术的支撑，它正朝着集成化和实用化方向发展。对数控技术的研究与开发重点是：开放性结 构系统的发展，采用新元件、新工艺不断改善和扩展以高精、高速、高效为代表的功，改善和发展伺
32、服技术，采用通信技术，研制开发超精数控系统等。柔性制造技术和智能制造技术的研究柔性制造系统的理论和技术所涉及领域很广，主要包括：生产调度理论与算法的研究生产调度理论与算法的研究，主要涉及数学规划、图论、对策论、排队论、人工神经网络方法、Petri网理论等应用数学 理论及方法；计算机通信及数据库技术的研究；计算机仿真技术的研究计算机仿真技术的研究；生产生产组织及控制模式理论和技术的研究组织及控制模式理论和技术的研究，主要涉及动态逻辑单元重构理论、多黑板结构模型的智能单元控 制理论、系统扰动及再调度理论和技术、JIT技术、开放式体系结构等；制造资源控制管理理论和技术制造资源控制管理理论和技术的研究
33、的研究，主要涉及刀具管理理论及技术、加工设备的实时调度技术、物料储运系统如AGV、立体仓库等的控制技术。柔性制造技术和智能制造技术的研究智能制造技术是指在制造系统及制造过程的各个环节通过计算机实现人类专家制造智能活动(分析、判断、推理、构想、决策等)的各种制造技术的总称，它是人工智能技术与制造技术的有机结合。智能制造系统的智能化水平决定了其研究内容有：个体“智能化”水平、系统的自组织能力、分布协同求解、制造智能的集成、人机智能的柔性交互与协同 等。机器人化制造技术的研究机器人是一种高度柔性化的自动化设备，未来的典型制造工厂将是计算机网络控制的包含多个机器人加工单元的分布式自主制造系统，工业机器
34、人(IR)、智能加工中心(IMC)、坐标测量机(CMM)、自动导引小车(AGV)均被视为“智能机器”，这些智能机器依据不同的要求有机地组成机器人化制造单元，实现多元化产品生产。在所组成的制造单元、建模方法及仿真技术的应用研究方面主要研究内容是：机器人制造单元的结构和功能模型的研究，NC、Robot、CMM全信息模型的研究，基于知识的一体化制造仿真与控制语言，NCRobotCMM信息共享技术等。机器人化制造技术的研究工业机器人的离线编程与图形仿真是机器人化生产应用工程的关键技术，如机器人制造单元的CAD建模，面向对象的机器人作业规划，机器人编程语言及标准接口规范，机器人传感器仿真模型的研究及各种
35、传感器信息融合的仿真。对机器人系统建模和仿真研究又有两个方面：一是通过机器人的建模与仿真，帮助设计者设计机器人本体，评价机器人的运动学、动力学和控制系统的性能；另一个就是通过建立机器人与周边环境物和模型，帮助机器人操作人员进行机器人工作单元的设计、离线示教和 编程规划，使用图形技术和避碰算法，进行运动分析。机器人化制造技术的研究在以机器人为基础的可重组的加工和装配系统研究在以机器人为基础的可重组的加工和装配系统研究方面主要研究内容是：机器人加工及装配系统模块化设计与重构技术，柔性装配机器人系统集成技术，用于柔性加工与装配的集成系统技术，面向机器人的装配设计技术，传感器系统集成与信息融合技术。机
36、器人化机器机器人化机器是应用机器人技术实现新一代类似机器人的智能化、可编程、适于重组和系统应用的新一代机器，主要研究内容包括：传统机械的机器人化实现技术，传感器、决策和控制体化技术，新型机器人化加工与装配机器研究等。机器人化制造技术的研究特种机器人特种机器人方面上要研究内容有：遥控加局部自主的系统构成和控制策略研究，人一机交互环境建模系统，面向遥控机器人的拟实系统，基于计算机屏幕的机器人遥控及监控技术，多传感器系统、导航和定位技术。先进制造智能传感与检测的研究智能传感与检测研究主要包括智能传感器、智能传感和检测技术以及光纤传感技术等方面的研究。智能传感器主要功能为：感知环境条件的变化，并进行相
37、应补充，通过双向通信，以一种可以理解和接受的格式及执行机构或控制器等与其他系统连接，对白身进行检测式诊断，实现智能决策。光纤传感技术主要研究内容为：光波调制原理、调制光波信号检测技术、多传感器复用技术、多传感器网络及通信技术、光纤传感技术与光纤通信技术的结合原理和方法等。制造自动化技术的关键技术制造自动化系统开放式智能体系结构研究智能4M系统中关键技术的研究制造自动化系统的优化理论与调度方法面向制造自动化的虚拟制造技术研究CADCAPPCAM一体化技术的研究面向制造自动化的数控技术的研究柔性制造技术和智能制造技术的研究机器人化制造技术的研究先进制造智能传感与检测的研究本节讲述的主要内容制造自动
38、化的定义及内涵制造自动化的组成及所涉及的学科制造自动化技术的发展历程制造自动化技术的国内外研究现状制造自动化的关键技术制造自动化技术的发展趋势制造自动化技术的发展趋势制造自动化技术的发展趋势制造自动化技术的发展趋势发展趋势可用“六化”简要描述。即：制造全球化制造敏捷化制造网络化制造虚拟化制造智能化制造绿色化制造全球化 制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划。近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的研究和应用发展迅速。制造全球化包括的内容非常广泛，主要的有：市场的国际化，产品销售的全球网络正在形成。产品设计和开发的国际合作。产品制造的跨国化。制造企业在世界范围内的重组与集成
39、，如动态联盟公司。制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用。全球制造的体系结构将要形成。制造敏捷化敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造模式，当前全球范围内敏捷制造的研究十分活跃。敏捷制造是对广义制造系统而言。制造环境和制造过程的敏捷性问题是敏捷制造的重要组成部分。敏捷化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势。制造环境和制造过程的敏捷化包括的内容很广，如：柔性：包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性等。重构能力：能实现快速重组重构，增强对新产品开发的快速响应能力。快速化的集成制造工艺：如快速原型制造RPM，是一种CAD/CAM的集成工艺。制造网络化 当前由于网络技
40、术特别是Internet/Intranet技术的迅速发展，正在给企业制造活动带来新的变革，其影响的深度、广度和发展速度往往远超过人们的预测。基于网络的制造，包括以下几个方面：(1)制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。(2)制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成。(3)企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用。(4)通过网络，实现异地制造。总之，制造的网络化，特别是基于Internet/Intranet的制造已成为重要的发展趋势。制造虚拟化 虚拟化技术包括：虚拟现实（VR）、虚拟产品开发（VPD）、虚拟制造（VM）和虚拟
41、企业（VE）。制造虚拟化主要指虚拟制造，又称拟实制造。虚拟制造(Virtual manufacturing)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。虚拟制造是实现敏捷制造的重要关键技术，对未来制造业的发展至关重要；同时虚拟制造将在今后发展成为很大的软件产业，我们应充分注意到这个发展趋势。制造智能化 智能制造将是未来制造自动化发展的重要方向。所谓智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如
42、分析、推理、判断、构思和决策等。智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。有人预言下一世纪的制造工业将由两个“I”来标识，即Integration(集成)和Intelligence(智能)。制造绿色化 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的体现，或者说绿色制造是现代制造业的可持续发展模式。绿色制造涉及的面很广，涉及到产品的整个生命周期和多生命周期。对制造环境和制造过程而言，绿色制造主要涉及到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。绿色制造是目前和将来制造自动化系统应该予以充分考虑的一个重大问题。制造自动化技术的发展趋势制造自动化技术的发展趋势发展趋势可用“六化”简要描述。即：制造全球化制造敏捷化制造网络化制造虚拟化制造智能化制造绿色化