2.2 先進制造系統分類

近年來，隨著計算機技術、信息技術及傳感器技術等的快速發展，社會和用戶對于產品的需求愈發趨于多樣化、個性化和動態化，企業間的競爭越來越激烈，企業制造模式由大批量生產向小批量甚至單件定制化生產的方式轉變，極大地推動制造企業生產制造模式的創新。制造模式按照制造過程利用資源的范圍可分為三種：集成制造，強調企業內部；敏捷制造，強調企業之間；智能制造，強調全局。

2.2.1 集成制造系統

計算機集成制造（Computer-Integrated Manufacturing，CIM）這一理念最初是由美國學者Joseph Harrington提出的。CIM是一種概念、一種模式、一種用來組織現代工業生產的指導思想。而計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）是基于CIM思想而組成的制造系統，概括地講，就是將企業所有的經營生產活動集成為一體。借助信息處理工具“計算機”，通過對企業內部的所有信息進行加工處理，進行集成化的制造、生產和管理，從而發揮總體優化作用，達到成本低、質量高和交貨期短的目的。

CIMS主要由管理信息系統（MIS）、工程設計自動化系統、制造自動化系統、質量保證系統、計算機網絡系統和數據庫系統6個部分組成。CIMS構成圖如圖2-1所示。其中管理信息系統包括上層的經營決策、企業資源計劃（ERP）和制造執行系統（MES）。工程設計自動化系統主要包括CAD、CAPP、CAM、CAE等。制造自動化系統主要包括自動化制造單元、裝配車間、機械加工車間等。質量保證系統主要包括質量檢測、質量跟蹤、質量規劃等。計算機網絡系統和數據庫系統則是CIMS集成的支撐系統，是集成的主要工具平臺。

2.2.2 敏捷制造系統

敏捷制造系統（Agile Manufacturing System，AMS）是制造系統為了實現快速反應和靈活多變的目標而采取的新的制造模式。通過借助計算機信息集成技術，構建了由多個企業參與的虛擬制造環境，以競爭合作為主，可以動態選擇合作伙伴，組成面向任務的虛擬公司，快速進行最優化生產。圖2-2所示為AMS企業動態聯盟示意圖。AMS由虛擬制造環境與虛擬制造企業組成，當接到新的產品2時，根據不同的功能，網絡上的幾個企業（設計公司A、供貨商A、生產車間1等）動態地聯合起來，構建新的虛擬企業去完成該任務。若任務完成，該虛擬企業自動解散。

2.2.3 智能制造系統

智能制造系統（Intelligent Manufacturing System，IMS）是一種由智能機器和人類相互協作構成的人機一體化制造系統。現代智能制造系統呈現出數字化、集成化、網絡化和智能化的特征，其特點為智能感知、實時分析、自主決策和自適應控制，如圖2-3所示。智能制造系統的支撐技術由多智能體制造系統（Multi-Agent Manufacturing System，MAMS）、合弄制造系統（Holon Manufacturing System，HMS）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）等。

（1）多智能體制造系統：由多個具有單獨處理擾動能力的智能體（Agent）構成的系統，一般采用分布式控制。智能體之間通過協商機制進行通信協調，系統在制造網絡內部發布加工任務信息（招標），各智能體進行競標。系統具有自治性、自主性等特點。智能體通過相關協作完成加工任務或者處理各種擾動。優化全局性能目標。

（2）合弄制造系統：在生產過程中，每個Holon是系統中最小的組成個體，是一個獨立自主的單元，整個系統就是由很多不同種類的Holon構成的。合弄制造系統一般由產品Holon、訂單Holon、資源Holon等三種基本Holon構成。Holon具有自治性、協作性的特點，同時也接收上級的命令，可以可靠快速地處理擾動，響應市場的需求，較好地利用資源。

（3）人工智能：主要研究人造的智能機器，通過系統整合，模擬人類活動的能力。主要包括：機器學習、知識獲取、推理與決策、知識處理等方面。機器學習是人工智能的重要研究課題，主要有分析學習、遺傳學習和歸納學習等。

可以看出，制造系統由原來能量驅動型向信息驅動型轉變，不僅要具備柔性，還要智能，否則難以處理如此復雜而大量的信息。面對多變的市場需要和復雜的競爭環境，要求制造系統表現出更高的機動、敏捷和智能，因此智能制造系統越來越成為學者重點關注的問題。

目前，隨著互聯網、大數據、人工智能等的迅猛發展，智能制造正加速向新一代智能制造邁進。雖然其內涵在不斷地演進，但其追求的根本目標是固定不變的，而且從系統構成的角度看，智能制造系統始終都是由人、信息系統和物理系統三部分協同集成的人-信息-物理系統（Human-Cyber-Physical Systems，HCPS）。HCPS既能揭示智能化的技術原理，又能形成智能化的技術架構。由此可以得出結論，智能制造的本質是在不同的情況下，在不同的層次上設計、構建和應用HCPS。隨著信息技術的進步，HCPS的內涵和技術體系也在不斷地演進。