工业互联网

智能制造单元专业名词 棱视智造讲堂:智能制造领域相关名词

小编 2025-04-19 工业互联网 23 0

棱视智造讲堂:智能制造领域相关名词

大数据

大数据(big data)是指无法在可承受的时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合,是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。大数据具有4V特点:Volume(大量)、Velocity(高速)、Variety(多样)、Value(价值)。大数据技术涉及大规模并行处理(MPP)数据库、数据挖掘电网、分布式文件系统、分布式数据库、云计算平台、互联网和可扩展的存储系统等。工业互联网硬件、软件、数据和智能的流通与互动,以智能设备互联互通为基础,通过深入挖掘和分析实时产生的海量信息,为各级生产者提供生产计划、战略部署、市场调整、资产优化等方面的决策依据。(《工业互联网:打破智慧与机器的边界》,美国GE公司,2012年)

工业机器人

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部等;驱动系统包括动力装置和传动机构;控制系统按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号并进行控制。

三维打印

即3D打印(3D Printing),它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属、塑料、树脂等可粘合材料,通过逐层累加的方式来构造物体的快速成型技术。3D打印常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造。3D打印可广泛应用于工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车、航空航天、医疗、教育等领域。

物联网

物联网(Internet of Things,IoT)是物物相连的互联网。物联网的核心是互联网,是在互联网基础上的业务延伸和应用拓展。物联网利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式连接在一起,形成人与物、物与物相联,通过各种信息传感设备,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种信息,与互联网结合而形成的一个巨大网络。实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。

信息物理系统

信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)是基于嵌入式设备、网络、数据平台与物理对象(包括人)所构成的“智能联网信息系统”。其本质是通过传感、通信、计算和控制等信息单元和物理对象在网络环境下的高度集成与交互,提升信息系统的数据感知、实时通信、数据处理、分析决策、精准控制等方面的能力,实现物理世界的自主协调、效率提升、性能优化与安全保障。

移动互联网

本质上是移动通信与互联网的融合,是互联网在移动终端上的延伸。移动互联网继承了移动随时随地随身和互联网分享、开放、互动的优势,使用户摆脱时空界限的联网状态,随时随地地获得高速的网络体验。

云计算

云计算(cloud computing)是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。根据美国国家标准与技术研究院(NIST)的定义,云计算是一种按使用量付费的模式,这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问,进入可配置的计算资源共享池(资源包括网络、服务器、存储、应用软件、服务)。这些资源能够被快速提供,具备自我管理能力,只需投入很少的管理工作,或与服务供应商进行很少的交互,用户就可按需获取资源。云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物。

增材制造技术

增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除-切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。增材制造技术是基于离散-堆积原理,由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。“广义”的增材制造是以材料累加为基本特征,以直接制造零件为目标的大范畴技术群,包括快速成型和快速制造,按照加工材料的类型和方式分类,可分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等。

智能工厂

狭义上可以被理解为是移动通信网络、数据传感监测、信息交互集成、高级人工智能等智能制造相关技术、产品及系统在工厂层面的具体应用,用以实现工厂级生产系统的智能化、网络化、协同化。广义上可以被理解为是以制造为基础,向产业链上下游同步延伸,涵盖了产品全生命周期智能化实施与实现的组织载体,包括产品智能化、设备智能化、管理智能化、服务智能化和生产方式智能化五个维度。

智能制造

通过信息制造系统(CPS),实现人、设备、产品和服务等制造要素和资源的相互识别、实时交互和信息集成,促进制造业研发、生产、管理、服务与互联网的紧密结合,推动生产方式的定制化、柔性化、绿色化、网络化,不断充实、提升、再造制造业全球竞争新优势。主要表现为产品的智能化、装备的智能化、生产的智能化、管理的智能化和服务的智能化。

AGV

AGV即“自动导引运输车”(Automated Guided Vehicle),AGV装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能,属于轮式移动机器人范畴。AGV在工业应用中以可充电蓄电池为动力来源,可通过电脑来控制其行进路线与行为,或利用贴在地板上的电磁轨道来设立行进路线。AGV以轮式移动为特征,具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势,在自动化物流系统中,最能充分地体现其自动性和柔性,实现高效、经济、灵活的无人化生产。

BI

即商业智能(Business Intelligence),它是一套完整的解决方案,用来将企业中现有的数据进行有效的整合,快速准确的提供报表并提出决策依据,帮助企业做出明智的业务经营决策。商业智能的关键是从许多来自不同的企业运作系统的数据中提取出有用的数据并进行清理,以保证数据的正确性,然后经过抽取、转换和装载过程,合并到一个企业级的数据仓库里,从而得到企业数据的一个全局视图,在此基础上利用合适的查询和分析工具、数据挖掘工具、OLAP工具等对其进行分析和处理,为管理者的决策过程提供数据支持。

BOM

物料清单(Bill of Material,BOM),指采用计算机辅助企业生产管理,以数据格式来描述产品结构的文件。BOM是定义产品结构的技术文件,因此又被称为产品结构表或产品结构树,它以自顶向下分解的形式或以自底向上跟踪的形式提供信息。BOM是PDM/MRPⅡ/ERP信息化系统中最重要的基础数据,是财务部门核算成本以及制造部门组织生产的重要依据。

CAD

计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。设计人员通常用草图设计,由计算机自动生成设计结果,设计人员可及时对设计作出判断和修改,利用计算机进行图形编辑和数据加工。CAD通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础,主要设备有计算机主机,图形显示终端,图形输入板,绘图仪,扫描仪,打印机以及各类图形设计软件。

CAE

计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能分析及结构性能优化等问题的一种近似数值分析方法。CAE软件可作静态结构分析和动态分析、研究线性和非线性问题、分析固体、流体、电磁等。

CAM

计算机辅助制造(computer Aided Manufacturing,CAM)是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统,其核心是计算机数控。CAM的输入信息是零件的工艺路线和工序内容,输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能,涉及的范围包括计算机数控和计算机辅助过程设计,广泛应用于机床、冲压机、切割机、自动绘图仪、焊接机、装配机、检查机、自动编织机等设备。

CAPP

计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning,CAPP)是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境,利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。CAPP是连接CAD与CAM的桥梁,它通过向计算机输入被加工零件的几何信息(形状、尺寸等)和工艺信息(材料、热处理、批量等),由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件。

CRM

客户关系管理(Customer Relationship Management,CRM)是指企业利用信息技术来协调管理与顾客之间的关系,用计算机自动化分析销售、市场营销、客户服务及应用等流程,从而提供个性化交互服务的软件系统。它的目标是通过提高客户的价值、满意度、赢利性和忠实度,来缩减销售周期和销售成本、增加收入、寻找扩展业务所需的市场和渠道。CRM是选择和管理有价值客户及其关系的一种商业策略,要求以客户为中心来支持有效的市场营销、销售与服务流程。

ERP

企业资源计划(Enterprise Resource Planning,ERP)是指在信息技术基础上,以系统化的管理思想,为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。ERP 是由美国计算机技术咨询和评估集团Gartner提出的一种供应链的管理思想,通过融合数据库技术、图形用户界面、第四代查询语言、客户服务器结构、计算机辅助开发工具、可移植的开放系统等,对企业资源进行有效集成。ERP 系统是一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化管理的企业信息管理系统,支持离散型、流程型等混合制造环境,应用范围涵盖制造业、零售业、服务业、银行业、电信业、政府机关和学校等事业部门。

IaaS

基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS)是指消费者通过网络从完善的计算机基础设施获得的服务。该服务是指对所有计算基础设施的利用,包括处理CPU、内存、存储、网络和其它计算资源,用户能够部署和运行任意软件,包括操作系统和应用程序。

MBD

基于模型的定义(Model Based Definition,MBD),是用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体。MBD是波音推行的新一代产品定义方法,其核心思想是:全三维基于特征的表述方法,基于文档的过程驱动;融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等。它用一个集成的三维实体模型完整的表达产品定义信息,将制造信息和设计信息(三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息)共同定义到产品的三维数字化模型中,从而取消二维工程图,保证设计数据的唯一性,打破了设计制造的壁垒,其设计、制造特征能够方便的为计算机和工程人员解读,从而有效解决设计/制造一体化问题。

MEMS

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的,融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术。微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。MEMS侧重于超精密机械加工,涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。MEMS是一个独立的智能系统,可大批量生产,其系统尺寸在几毫米乃至更小,其内部结构一般在微米甚至纳米量级。

MES

制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)是位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块,为企业提供制造协同管理平台。

MRP

物料需求计划(Material Requirement Planning,MRP)是指根据产品结构各层次物品的从属和数量关系,以每个物品为计划对象,以完工时期为时间基准倒排计划,按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后顺序,是一种工业制造企业内物资计划管理模式。MRP是根据市场需求预测和顾客订单制定产品的生产计划,然后基于产品生成进度计划,组成产品的材料结构表和库存状况,通过计算机计算所需物料的需求量和需求时间,从而确定材料的加工进度和订货日程的一种实用技术,主要包括客户需求管理、产品生产计划、原材料计划以及库存纪录等。

OA

办公自动化(Office Automation,OA)是利用先进技术,使部分办公业务物化于各种现代办公设备中,由人与技术设备构成服务于某种办公业务目的的人机信息处理系统。OA是将现代化办公和计算机网络功能结合起来的一种新型的办公方式,利用OA可以优化现有的管理组织结构,调整管理体制,在提高效率的基础上,增加协同办公能力,强化决策的一致性,最后实现提高决策效能的目的。

PaaS

平台即服务(Platform as a Service,PaaS)是把相应的服务器平台或者开发环境作为一种服务提供的商业模式。PaaS在云架构中位于中间层,其上层是SaaS,其下层是IaaS。PaaS能将现有各种业务能力进行整合,包括应用服务器、业务能力接入、业务引擎、业务开放平台,向下根据业务能力需要测算基础服务能力,通过IaaS提供的API调用硬件资源,向上提供业务调度中心服务,实时监控平台的各种资源,并将这些资源通过API开放给SaaS用户。

PDM

产品数据管理(Product Data Management,PDM)是一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。通过实施PDM,可以提高生产效率,有利于对产品的全生命周期进行管理,加强对于文档、图纸、数据的高效利用,使工作流程规范化。

PLM

产品生命周期管理(Product Lifecycle Management,PLM)是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部,以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的,支持产品全生命周期的信息创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案,它能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息。PLM的内容包括基础技术和标准(如XML、可视化、协同和企业应用集成);信息创建和分析工具(如机械CAD、电气CAD、CAM、CAE、CASE、信息发布工具等);核心功能(如数据仓库、文档和内容管理、工作流和任务管理等);应用功能(如配置管理、配方管理、合规);面向业务/行业的解决方案和咨询服务(如汽车和高科技行业)。

RFID

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)又称无线射频识别技术,是一种可通过无线电信号自动识别特定目标并读写相关数据,而无需建立机械或光学接触的短距离无线通信技术。RFID工作于1~100GHz频段,具有体积小巧、成本低廉、识别迅速、耐用性强和可重复利用等优点。

SaaS

软件即服务(Software as a Service,SaaS)是一种通过Internet提供软件的模式,厂商将应用软件统一部署在自己的服务器上,客户可以根据自己实际需求,通过互联网向厂商定购所需的应用软件服务,按定购的服务多少和时间长短向厂商支付费用。用户不用再购买软件,而改用向提供商租用基于Web的软件,软件供应商对软件进行维护和更新,软件厂商在向客户提供互联网应用的同时,也提供软件的离线操作和本地数据存储。

SCARA

选择顺应性装配机器手臂(Selective Compliance Assembly Robot Arm,SCARA)是一种圆柱坐标型的特殊工业机器人,适用于平面定位和垂直方向进行装配的作业。SCARA机器人有3个旋转关节,其轴线相互平行,在平面内进行定位和定向,移动关节用于完成末端件在垂直于平面的运动。SCARA广泛应用于塑料、汽车工业、电子产品、药品和食品工业等领域。

工四100术语:IM智能制造

工四术语(编号189)

英文全称:Intelligent Manufacturing

中文名称:智能制造

(本词条由《工四100术语》编写组收录,版权归《知识自动化》所有。欢迎业内提出建议)

智能制造,随着工业4.0、中国制造2025等国家战略而名声大振。然而各方的理解差异性很大。

智能,本质是一切生命系统对自然规律的感应、认知与运用。人的智能是各种智能的最高代表。这是人类一种深刻的本质。而各种人造系统(如机器、设备)中凡是具有模仿、拓展甚至超越人类部分智能的能力,都可以称之为智能系统。诸如智能生产、智能设备、智能产品、智能材料、智能硬件等“智能XX”,都属于智能系统中的一个子集。

智能制造不同于人工智能

智能制造的历史,最早源于机器与人的关系。早期机器的功能表现不能遂人愿,人很难掌控机器的全部状态情况。而在机器不智能的时代,只能靠人的智能来弥补。

早期的“智能制造”是上个世纪90年所形成的“智能制造系统”的概念,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,更简单地被称为“专家系统”。这是1980s年代末信息领域人工智能(AI)二度兴起时的产物。

这个定义是基于AI的,从当时工业界的角度来看,与制造业没无太多的结合点。在那个时候AI界人士所期待的“智能”,是由“智能体(Agent)”(也译作“智能代理”)来实现的。除了名词上的高度类似,实际上,上个世纪90年代的“智能制造系统”的内涵,与今天“智能制造”的内涵,无论在智能的含义、制造的范畴、资源的集成与分享、数据的体量上,都有了明显的区别。

例如当下普遍谈及的“智能”,可以界定为是工业智能、人工智能以及其他种类的智能的总和,具有普适意义。基于信息科学产生的人工智能,并不能代表基于工业技术产生的工业智能,也不能代表二者跨界融合所产生的CPS智能。真正在工业界得到广泛应用并且数百年以来一直在支撑工业发展的,是工业智能。

因此智能制造,其智能含义与早期的人工智能AI,有一定联系,但也有明显的界限,不能简单交叉或者等同。

智能系统的“二十字箴言”

智能制造,离不开对各式各样的智能系统的构建,从智能产品到智能产线,从智能物流到智能服务,从智能组织到智能企业。

类比于人脑的认知能力和决策过程,智能系统具备五个明显的步骤:状态感知、实时分析、自主决策、精准执行和学习提升。中航工业集团专家群体总结了五大特征前16个字,笔者补充了后4个字,从而形成了一个完整的闭环。可以作为识别智能系统特征的“二十字箴言”。

图1 智能系统的五大特征

智能制造“20字箴言”最大限度地统合了所有的智能系统,也清晰地划出了一个边界,那就是,智能不仅仅是来源于信息领域的人工智能,也包括了来源于工业领域的工业智能和其它类型的智能。

在“20字箴言”中,除了“状态感知”和“精确执行”之外,其他步骤都需要有计算功能介入。显然,这都需要计算内核,需要成熟的赛博技术来实现。因此,让智能制造落地的一种核心技术,是“赛博物理系统(CPS,Cyber-Physical Systems)”。(参见 工四术语 CPS)

实现CPS的基本逻辑是,把知识和算法嵌入软件,把软件嵌入硬件,把硬件嵌入物理系统,由此而组成形式多样但逻辑一致的CPS系统。智能具有丰富的内涵和多途径的实现方式,而CPS则是把人的智能以数字化知识的形式应用在制造领域中的一种重要的实现载体。

工四100术语定义

智能制造是一种数字化、网络化、知识化和自组织化的制造生态系统。除了传统的成本、效率、质量和时间的要素之外,它充分考虑机器、产品与人之间复杂的关系组合的一个庞大复杂的系统。

一个顶级的智能制造系统,需要具备五个基本步骤:状态感知、实时分析、自主决策、精准执行和学习提升。

智能制造的核心要素

毫无疑问,数字化是智能制造的基础。没有数字化,就没有恒定智能系统和开放智能系统。没有各种数字化的基础设施的配套,CPS中的数字世界是无法正常发挥其智能“使能”的作用的。

所谓数字设备,是各种数字化软件、硬件、网络等设备的统称。在工业界对数字化的较大范围的应用,起始于早期的计算机辅助设计CAD和制造CAM等。数字化为产品定义与修改提供了强大的研发手段,例如,波音公司用4年半打造的波音777比花费了24年建造的波音747要好很多,数字化研发手段是关键。

数字化一切可以数字化的事物。无论是研发手段的数字化,服务模式的数字化,还是产品本身的数字化。

与此同时登场的网络化:网联一切可以联接的事物。数字化和网络化相互辉映,实现网络的泛在,打造了一个良好的数字化基础设施架构。下一步顺理成章的是,实现数据的自由、畅通、有序的流动。

然而,智能制造仍然需要更加复杂的因素来实现数据的解放和流动。

这就是智能制造的第三个特征:按需供给的泛在知识。数据是知识的载体,但是并不是所有的数据都具备知识的价值。借助知识,才能实现数字世界的重新组合。而且在未来,除了人之外,赛博空间也可以自动产生知识,这就是麦肯锡公司定义的知识工作自动化的未来场景。知识无处不在,随时指导人在合适的时间、恰当的地点,以正确的方式来做正确的事情,让所有的物理实体都精确可控。泛在的知识如同水、燃气和电一样,将成为维持智能社会运行的基本要素之一。

在数字化、网络化、知识化实现之后,自组织化将对传统的企业形式带来深刻而持久的、不可逆转的冲击,打破企业近三百年不变的边界和组织形式。生产关系的变革将引发工业领域的新工业革命。

自组织化背后的支撑逻辑是“社交化”和“圈子”。而其核心是由于移动互联的社交网络,使得人与人之间的关系正在数字化,而非模拟化。正如消失了的电话黄页,人与人的关系正在用各种帐号进行连接。人与人的交互,已经事实上变成了数字ID和数字ID的交互。这就是人际关系的数字化特征。这意味着,人们接触这个世界的渠道,已经从一个以实体和物质为基础的视角,转变成以数字信息和知识为基础的视角。

智能制造时代,正在出现了一种全新的角色。它对中国尤其重要。

人们在交换知识的过程中,就产生了大量的碎片化的知识和碎片化的思想交换,其中经常会触发一些在封闭环境中无法产生的真知灼见与创新知识。对于中国制造而言,这是一股推动智能制造发展的重要知识源泉。而这种全新源泉的潜力尚处于爆发的前夜。

很多未来的工作模式今天已经可以预见:如人们可以自由分散工作,彻底改变了工厂的管理模式乃至城市社区的管理模式;机器仪器等设备的所有权和使用权可以完全分离,以加工能力或测量能力的方式对外开放,人们可以购买机器时,开放使用;人们可以根据自己的兴趣爱好加入线上/线下的圈子,以自组织的形式工作,在美国,现在大约34%的工作者是自由职业者,总数达5300万人。他们已经不属于任何企业,只属于自己感兴趣的若干职业“圈子”。

智能制造促使制造业深刻的变化

智能制造需要解决两个问题:一是要充分满足客户日益增长的个性化需求;二是产品本身的复杂性,如企业内部管理、外部供应链协同,生产过程、使用过程充满了高度不确定性。

而数字化、网络化、知识化和自组织化,作为智能制造的重要内核,将促使制造业实现深刻的变化。

数字化提高了产品或机器在功能上的柔性;

网络化瓦解了时间和空间上的限制,同时所带来的信息对称消灭了多数中间环节;

知识化使得工业技术体系得以从人延展到机器,让设备与人类知识在数字世界中达到完美统一;

而自组织化则打破了原有的僵化的企业边界,大幅度削平了知识的高墙壁垒,降低了知识的迁移难度,从而为灵活的组织和群体智慧提供了全新的管理支撑。

而这一切最终指向了智能化,用尽可能多的数据流动与尽可能少的成本物耗来满足个性化定制的需求,从而奠定智能制造的辉煌之果。

作者:赵敏(北京英诺维盛总经理)、宁振波(中航工业信息中心首席顾问)、林雪萍(北京联讯动力咨询有限公司)

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