智能制造旨在將專家的知識和經(jīng)驗融入感知、決策、執(zhí)行等制造活動中，賦予產(chǎn)品制造在線學(xué)習(xí)和知識進(jìn)化的能力，實現(xiàn)高品質(zhì)制造。其關(guān)鍵技術(shù)包括智能感知技術(shù)、人工智能技術(shù)、智能驅(qū)動技術(shù)、智能數(shù)控技術(shù)、智能物流技術(shù)等。

   智能制造技術(shù)外延廣泛，包括智能制造裝備、智能制造系統(tǒng)、智能制造服務(wù)等，匯聚了廣泛的產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)集群，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要方向。智能制造技術(shù)將逐步減少高品質(zhì)產(chǎn)品制造對專家的依賴性，徹底改變現(xiàn)有生產(chǎn)方式和制造業(yè)競爭格局，引起發(fā)達(dá)國家的高度重視。

    早在20世紀(jì)90年代初，日本就提出了“智能制造系統(tǒng)IMS”國際合作研究計劃，投資超過10億美元開展超過100個項目的前期技術(shù)研究。2006 年，在《美國科學(xué)技術(shù)委員會聯(lián)合工作組有關(guān)制造研發(fā)報告》中，將智能集成制造確定為美國政府制造研發(fā)的三大重點領(lǐng)域之一，力圖建立智能制造技術(shù)的基礎(chǔ)理論，突破智能制造裝備的關(guān)鍵技術(shù)[2-3]。2011年，美國正式啟動 “先進(jìn)制造伙伴計劃”，2012年出臺“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”，提出通過加強(qiáng)研究投入和試驗稅收減免、擴(kuò)大和優(yōu)化政府投資、建設(shè)“智能”制造技術(shù)平臺，以加快智能制造的技術(shù)創(chuàng)新。歐盟從2007年開始實施的《第七框架計劃》中提出，以機(jī)器人和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，利用智能制造實現(xiàn)制造模式的新革命，并在“歐洲2020智慧可持續(xù)包容增長戰(zhàn)略”中提出重點發(fā)展以智能為核心的先進(jìn)制造[4]。

    在我國，《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中已明確將“智能制造裝備”列為高端制造裝備中的重點發(fā)展領(lǐng)域。同時，在《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》中，也明確將智能制造技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展主題，并于2012年發(fā)布《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》和《智能制造科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》[5]。中國科學(xué)院發(fā)布的《中國先進(jìn)制造技術(shù)到2050年的發(fā)展路線圖》中指出，“基于泛在信息的智能制造”將會是先進(jìn)制造技術(shù)兩大發(fā)展主流之一[6]。智能制造引發(fā)新一輪制造業(yè)革命已初現(xiàn)端倪。

    物聯(lián)網(wǎng)與無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）促進(jìn)了智能制造技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)展了智能制造的研究領(lǐng)域。RFID是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)，具有識別距離遠(yuǎn)、識別速度快、抗干擾能力強(qiáng)以及多目標(biāo)同時識別等優(yōu)點。同時，RFID電子標(biāo)簽還具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲數(shù)據(jù)容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點，在物流、制造、交通、軍事等領(lǐng)域具有大規(guī)模應(yīng)用的前景，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一[7]。將RFID射頻識別技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，可有效提升制造效率、品質(zhì)和企業(yè)管理水平。在制造過程中應(yīng)用RFID技術(shù)具有以下優(yōu)勢： （1）實現(xiàn)各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的自動化和實時化，彌補(bǔ)企業(yè)計劃層與控制層之間的“信息斷層”，及時掌握生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)線生產(chǎn)狀態(tài)。（2）有效跟蹤、管理和控制生產(chǎn)所需資源和在制品，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化和可視化管理。（3）加強(qiáng)生產(chǎn)現(xiàn)場物料配送的及時性和準(zhǔn)確性，降低裝配差錯率；加強(qiáng)生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)控和跟蹤能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線整體生產(chǎn)效率。

基于RFID自動識別技術(shù)的智能制造應(yīng)用

近年來，RFID射頻識別技術(shù)開發(fā)及其在制造業(yè)的應(yīng)用研究得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的雙重關(guān)注， RFID自動識別系統(tǒng)在國外制造業(yè)領(lǐng)域已得到較為廣泛應(yīng)用。國際知名大企業(yè)（如福特、豐田、寶馬等）已紛紛在汽車生產(chǎn)線上使用RFID自動識別系統(tǒng)，實現(xiàn)在制品跟蹤和生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控。德國漢莎公司也利用RFID跟蹤飛機(jī)發(fā)動機(jī)、飛行器零部件，以提高維修效率。美國通用公司也將RFID射頻識別等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)全生命周期管理。全球著名的市場調(diào)研公司AMR在其研究報告中指出，采用RFID等信息技術(shù)對生產(chǎn)資料管理能夠精確和明顯提高供應(yīng)鏈性能，從而減少15%的庫存量，訂單率提高17%以上，生產(chǎn)循環(huán)周期縮短35%。RFID技術(shù)在智能制造系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖1所示。

RFID射頻識別技術(shù)在制造領(lǐng)域的另一個重要應(yīng)用就是刀輔具管理，目前已經(jīng)有一些比較成熟的系統(tǒng)（圖2）。如日本大昭和Factory Manager，其在刀具管理上采用的是“工具IC代碼系統(tǒng)”，通過這個系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中刀具信息的全方位管理，包括刀具長度、磨損量、刀具所在位置等等信息。美國賓夕法尼亞大學(xué)研究者們提出把RFID自動識別技術(shù)應(yīng)用于刀具供應(yīng)鏈管理，通過RFID 射頻識別技術(shù)與企業(yè)ERP、MES、QRM (績效管理系統(tǒng))和CNC加工中心集成可以極大地減小人工輸入工作量，通過降低手動輸入錯誤和減少數(shù)據(jù)錄入時間，減少了數(shù)控設(shè)備停機(jī)時間。NT、KELCH、ZULER等對刀儀與刃具系統(tǒng)制造商已經(jīng)成功地把RFID自動識別系統(tǒng)集成到了對刀儀中。瑞典公司開發(fā)的托馬斯(THOMAS)系統(tǒng)，不但可以顯示上萬件刀具及輔具中任何一件在生產(chǎn)中的周轉(zhuǎn)情況，以用于知道刀具和輔具安裝、刃磨和尺寸檢查，還可以預(yù)報任何一把刀具的壽命，這使得更換產(chǎn)品所引起的停機(jī)時間大大縮短。

      國內(nèi)也有部分企業(yè)已經(jīng)開始在利用RFID自動識別系統(tǒng)提供生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了精益管理。如天津豐田汽車皇冠車生產(chǎn)線上開始采用RFID射頻識別管理系統(tǒng)，在生產(chǎn)供應(yīng)鏈中實現(xiàn)產(chǎn)品的自動追蹤和自動分揀。大連機(jī)床(數(shù)控)股份有限公司利用RFID自動識別系統(tǒng)在加工車間測試刀具管理進(jìn)行了生產(chǎn)驗證，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以有效地提高車間刀具的使用效率，解決刀具的問題，可以很大程度緩解刀具使用混亂造成的資源浪費(fèi)問題，有效解決刀具使用成本，保證車間生產(chǎn)的高質(zhì)量和高可靠性。隆鑫摩托車成車生產(chǎn)線上已經(jīng)成功應(yīng)用了基于RFID自動識別技術(shù)的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，青島海爾公司的冰箱生產(chǎn)線上也已經(jīng)開始投入使用工業(yè)級讀寫器進(jìn)行產(chǎn)品采集。上海浩斌信息科技有限公司針對RFID技術(shù)在制造、防偽、石油開采、家電等行業(yè)應(yīng)用需求，先后開發(fā)了耐高溫高壓、長壽命、抗金屬、激光全息RFID標(biāo)簽等特種RFID標(biāo)簽，并在三一重工、上汽通用五菱、美的等國內(nèi)龍頭企業(yè)制造過程管理中獲得成功應(yīng)用。

    與此同時，RFID自動識別系統(tǒng)也在國內(nèi)服裝制造、卷煙制造、汽車發(fā)動機(jī)制造等生產(chǎn)線上獲得應(yīng)用，提高日生產(chǎn)效率10%，且生產(chǎn)質(zhì)量事故下降80%以上。香港大學(xué)研究者們分析了制造車間管理的瓶頸所在，并研究了怎樣利用基于RFID自動識別的無線制造技術(shù)進(jìn)行制造車間在制品的管理。通過將RFID射頻識別與GPS、GIS相結(jié)合，實現(xiàn)智能跟蹤為制造和供應(yīng)鏈提供實時信息，以支持動態(tài)調(diào)度來實現(xiàn)物流的規(guī)劃與執(zhí)行。相比國外來講，國內(nèi)的應(yīng)用水平還處在初級階段，多局限于把MES和RFID數(shù)據(jù)集成，以監(jiān)測全程生產(chǎn)過程。

基于RFID射頻識別技術(shù)的智能制造系統(tǒng)研發(fā)

 研究與應(yīng)用展望

智能制造作為一種新的制造模式和技術(shù)，可為高品質(zhì)復(fù)雜零件制造提供新的解決方案。借助RFID自動識別技術(shù)在識別、感知、聯(lián)網(wǎng)、定位等方面的強(qiáng)大功能，將其應(yīng)用于復(fù)雜零件制造過程管理，可有效提升其制造效率和品質(zhì)。結(jié)合智能制造技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，建議從以下方面開展RFID射頻識別技術(shù)在制造中的應(yīng)用研究：

（1）基于RFID自動識別技術(shù)的數(shù)字化車間。RFID射頻識別技術(shù)在數(shù)字化車間中的應(yīng)用主要包括刀輔具管理、設(shè)備智能維護(hù)、車間混流制造。采用RFID自動識別技術(shù)可實現(xiàn)刀輔具與主機(jī)之間的信息交互、刀輔具的可視化跟蹤管理、刀輔具壽命定量監(jiān)控與預(yù)測。此外，通過集成RFID射頻識別技術(shù)的智能傳感器在線監(jiān)測設(shè)備關(guān)鍵部位運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并通過網(wǎng)絡(luò)與后臺服務(wù)器通信，實現(xiàn)加工設(shè)備性能特征的在線監(jiān)測、運(yùn)行狀態(tài)評估與風(fēng)險預(yù)警、設(shè)備早期故障診斷與專家支持。通過工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與MES等系統(tǒng)集成，從而實現(xiàn)工藝路線、加工裝備、加工程序等智能選擇、加工/裝配狀態(tài)可視化跟蹤以及生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。在國家重大專項的支持下，國內(nèi)已有制造企業(yè)正在開展這方面的有益嘗試。

（2）基于RFID自動識別技術(shù)的智能產(chǎn)品全生命周期管理。智能化是機(jī)電產(chǎn)品的未來發(fā)展的重要方向和趨勢，產(chǎn)品智能化的關(guān)鍵之一在于如何實現(xiàn)其全生命周期信息的快速獲取和共享。RFID射頻識別技術(shù)與傳感器技術(shù)的有效集成能實時、高效地獲取產(chǎn)品在加工、裝配、服役等階段狀態(tài)信息，同時通過網(wǎng)絡(luò)傳輸使生產(chǎn)商及時掌握所生產(chǎn)的產(chǎn)品全生命周期的工況信息，為制造企業(yè)后臺服務(wù)支撐、遠(yuǎn)程指令下達(dá)以及用戶的個性化設(shè)計改進(jìn)提供有力的數(shù)據(jù)支持。目前，這一技術(shù)已經(jīng)在工程機(jī)械、智能家電等領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

（3）基于RFID自動識別技術(shù)的制造物流智能化。將RFID射頻識別系統(tǒng)與制造企業(yè)自動立庫系統(tǒng)集成，可實現(xiàn)在制品/貨品出入庫自動化與貨品批量識別。另外，RFID自動識別技術(shù)和GPS技術(shù)的集成可以實現(xiàn)制造企業(yè)在制品精確定位，同時通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，實現(xiàn)物流信息共享與產(chǎn)品全程監(jiān)控，從而優(yōu)化企業(yè)采購過程。通過采用中間件技術(shù)將智能物流系統(tǒng)與企業(yè)ERP、MES系統(tǒng)無縫對接，實現(xiàn)快速響應(yīng)并減低庫存，提升制造企業(yè)在制品物流管理的智能化水平。目前，RFID射頻識別技術(shù)已經(jīng)在車間物流管理、供應(yīng)鏈管理以及物流園管理中得到成功應(yīng)用，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用到制造企業(yè)全物流管理系統(tǒng)中。