智能制造旨在將專家的知識和經驗融入感知、決策、執(zhí)行等制造活動中，賦予產品制造在線學習和知識進化的能力，實現(xiàn)高品質制造。其關鍵技術包括智能感知技術、人工智能技術、智能驅動技術、智能數(shù)控技術、智能物流技術等。

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

    早在20世紀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個項目的前期技術研究。2006 年，在《美國科學技術委員會聯(lián)合工作組有關制造研發(fā)報告》中，將智能集成制造確定為美國政府制造研發(fā)的三大重點領域之一，力圖建立智能制造技術的基礎理論，突破智能制造裝備的關鍵技術[2-3]。2011年，美國正式啟動 “先進制造伙伴計劃”，2012年出臺“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”，提出通過加強研究投入和試驗稅收減免、擴大和優(yōu)化政府投資、建設“智能”制造技術平臺，以加快智能制造的技術創(chuàng)新。歐盟從2007年開始實施的《第七框架計劃》中提出，以機器人和信息技術為基礎，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制造[4]。

    在我國，《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(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列為優(yōu)先發(fā)展主題，并于2012年發(fā)布《智能制造裝備產業(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]。中國科學院發(fā)布的《中國先進制造技術到2050年的發(fā)展路線圖》中指出，“基于泛在信息的智能制造”將會是先進制造技術兩大發(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)網與無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）促進了智能制造技術的發(fā)展，擴展了智能制造的研究領域。RFID是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術，具有識別距離遠、識別速度快、抗干擾能力強以及多目標同時識別等優(yōu)點。同時，RFID電子標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、軍事等領域具有大規(guī)模應用的前景，被認為是21世紀最有發(fā)展前途的信息技術之一[7]。將RFID射頻識別技術與制造技術相結合，可有效提升制造效率、品質和企業(yè)管理水平。在制造過程中應用RFID技術具有以下優(yōu)勢： （1）實現(xiàn)各種生產數(shù)據(jù)采集的自動化和實時化，彌補企業(yè)計劃層與控制層之間的“信息斷層”，及時掌握生產計劃和生產線生產狀態(tài)。（2）有效跟蹤、管理和控制生產所需資源和在制品，實現(xiàn)生產過程的透明化和可視化管理。（3）加強生產現(xiàn)場物料配送的及時性和準確性，降低裝配差錯率；加強生產過程質量監(jiān)控和跟蹤能力，提高產品質量和生產線整體生產效率。

基于RFID自動識別技術的智能制造應用

近年來，RFID射頻識別技術開發(fā)及其在制造業(yè)的應用研究得到了學術界和產業(yè)界的雙重關注， RFID自動識別系統(tǒng)在國外制造業(yè)領域已得到較為廣泛應用。國際知名大企業(yè)（如福特、豐田、寶馬等）已紛紛在汽車生產線上使用RFID自動識別系統(tǒng)，實現(xiàn)在制品跟蹤和生產狀態(tài)監(jiān)控。德國漢莎公司也利用RFID跟蹤飛機發(fā)動機、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)網技術應用于航空發(fā)動機全生命周期管理。全球著名的市場調研公司AMR在其研究報告中指出，采用RFID等信息技術對生產資料管理能夠精確和明顯提高供應鏈性能，從而減少15%的庫存量，訂單率提高17%以上，生產循環(huán)周期縮短35%。RFID技術在智能制造系統(tǒng)中的應用如圖1所示。

RFID射頻識別技術在制造領域的另一個重要應用就是刀輔具管理，目前已經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研究者們提出把RFID自動識別技術應用于刀具供應鏈管理，通過RFID 射頻識別技術與企業(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)控設備停機時間。NT、KELCH、ZULER等對刀儀與刃具系統(tǒng)制造商已經成功地把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中的周轉情況，以用于知道刀具和輔具安裝、刃磨和尺寸檢查，還可以預報任何一把刀具的壽命，這使得更換產品所引起的停機時間大大縮短。

      國內也有部分企業(yè)已經開始在利用RFID自動識別系統(tǒng)提供生產效率，實現(xiàn)了精益管理。如天津豐田汽車皇冠車生產線上開始采用RFID射頻識別管理系統(tǒng)，在生產供應鏈中實現(xiàn)產品的自動追蹤和自動分揀。大連機床(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行了生產驗證，結果表明該系統(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問題，有效解決刀具使用成本，保證車間生產的高質量和高可靠性。隆鑫摩托車成車生產線上已經成功應用了基于RFID自動識別技術的生產制造執(zhí)行系統(tǒng)，青島海爾公司的冰箱生產線上也已經開始投入使用工業(yè)級讀寫器進行產品采集。上海浩斌信息科技有限公司針對RFID技術在制造、防偽、石油開采、家電等行業(yè)應用需求，先后開發(fā)了耐高溫高壓、長壽命、抗金屬、激光全息RFID標簽等特種RFID標簽，并在三一重工、上汽通用五菱、美的等國內龍頭企業(yè)制造過程管理中獲得成功應用。

    與此同時，RFID自動識別系統(tǒng)也在國內服裝制造、卷煙制造、汽車發(fā)動機制造等生產線上獲得應用，提高日生產效率10%，且生產質量事故下降80%以上。香港大學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進行制造車間在制品的管理。通過將RFID射頻識別與GPS、GIS相結合，實現(xiàn)智能跟蹤為制造和供應鏈提供實時信息，以支持動態(tài)調度來實現(xiàn)物流的規(guī)劃與執(zhí)行。相比國外來講，國內的應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)測全程生產過程。

基于RFID射頻識別技術的智能制造系統(tǒng)研發(fā)

 研究與應用展望

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

（1）基于RFID自動識別技術的數(shù)字化車間。RFID射頻識別技術在數(shù)字化車間中的應用主要包括刀輔具管理、設備智能維護、車間混流制造。采用RFID自動識別技術可實現(xiàn)刀輔具與主機之間的信息交互、刀輔具的可視化跟蹤管理、刀輔具壽命定量監(jiān)控與預測。此外，通過集成RFID射頻識別技術的智能傳感器在線監(jiān)測設備關鍵部位運轉情況，并通過網絡與后臺服務器通信，實現(xiàn)加工設備性能特征的在線監(jiān)測、運行狀態(tài)評估與風險預警、設備早期故障診斷與專家支持。通過工業(yè)現(xiàn)場總線網絡與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過程的實時監(jiān)控。在國家重大專項的支持下，國內已有制造企業(yè)正在開展這方面的有益嘗試。

（2）基于RFID自動識別技術的智能產品全生命周期管理。智能化是機電產品的未來發(fā)展的重要方向和趨勢，產品智能化的關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射頻識別技術與傳感器技術的有效集成能實時、高效地獲取產品在加工、裝配、服役等階段狀態(tài)信息，同時通過網絡傳輸使生產商及時掌握所生產的產品全生命周期的工況信息，為制造企業(yè)后臺服務支撐、遠程指令下達以及用戶的個性化設計改進提供有力的數(shù)據(jù)支持。目前，這一技術已經在工程機械、智能家電等領域得到成功應用，展現(xiàn)出良好的應用前景。

（3）基于RFID自動識別技術的制造物流智能化。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自動識別技術和GPS技術的集成可以實現(xiàn)制造企業(yè)在制品精確定位，同時通過網絡傳輸，實現(xiàn)物流信息共享與產品全程監(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射頻識別技術已經在車間物流管理、供應鏈管理以及物流園管理中得到成功應用，可進一步推廣應用到制造企業(yè)全物流管理系統(tǒng)中。