计算机集成制造系统

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1. 大规模个性化定制：大规模个性化的新发展

肖人彬

计算机集成制造系统 2023, 29 (12): 4215-4226. DOI: 10.13196/j.cims.2023.0651

摘要（4231）

PDF （1797KB）（11116）

在回顾生产模式演变历程的基础上,提出包括客户维、生产维和服务维的三维结构用来描述生产模式,并对每个维度的基本内涵加以明确阐释。基于对个性化需求与个性化产品的分析,发现两者之间存在非同步的不一致性,进而提炼出非常规自然需求超前规律,为此通过引入精准服务,提升两者之间的一致性,形成大规模个性化定制的新的生产模式。在生产模式的三维结构描述下,手工生产和大规模生产已退化为一维结构,而大规模定制和大规模个性化都属于二维结构。提出实现大规模个性化定制的两个核心部分——数据驱动的大规模个性化设计和面向大规模个性化定制的韧性制造系统,重点论述两者包含的若干关键技术。从概念和技术两个层面对精准服务进行阐释。从价值共创的角度分析从手工生产到大规模个性化定制的5种主要生产模式,结果表明：大规模个性化定制通过精准服务,可以有效实现个性化需求,具有充分的价值共创能力。考察中国海尔集团的人单合一模式,分析表明人单合一是大规模定制模式通过精准服务使其在服务维的区间取值从小到大转换得以实现;而大规模个性化定制依托精准服务,可实现生产模式三个维度的整体优化,是大规模个性化生产模式的新发展。

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2. 数字孪生五维模型及十大领域应用

陶飞等

计算机集成制造系统 2019, 25 (第1): 1-18. DOI: 10.13196/j.cims.2019.01.001

摘要（3713）

PDF （15226KB）（2668）

数字孪生(Digital Twin)作为践行智能制造、工业4.0、工业互联网、智慧城市等先进理念的使能技术与手段,近期备受学术界和企业界关注,尤其是数字孪生的落地应用更是关注热点。模型是数字孪生的基础与核心,而传统数字孪生三维模型已无法满足现阶段技术发展与应用需求。在此背景下,为推动数字孪生技术在相关领域和行业的进一步应用,在数字孪生车间研究过程中,提出了数字孪生五维模型的概念,以适应新需求。基于前期相关研究,在进一步阐述数字孪生五维模型后,结合相关合作企业实际应用需求,重点探讨了数字孪生五维模型在卫星/空间通信网络、船舶、车辆、发电厂、飞机、复杂机电装备、立体仓库、医疗、制造车间、智慧城市10个领域的应用思路与方案,以期为相关领域践行数字孪生理念与技术提供参考。

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3. 数字孪生模型构建理论及应用

陶飞, 张贺, 戚庆林, 徐俊, 孙铮, 胡天亮, 刘晓军, 刘庭煜, 关俊涛, 陈畅宇, 孟凡伟, 张辰源, 李志远, 魏永利, 朱铭浩, 肖斌

计算机集成制造系统 2021, 27 (1): 1-15. DOI: 10.13196/j.cims.2021.01.001

摘要（3139）

PDF （8983KB）（4323）

数字孪生作为实现数字化转型和促进智能化升级的重要使能途径,一直备受各行各业关注,已从理论研究走向了实际应用阶段。数字孪生是以多维虚拟模型和融合数据双驱动,通过虚实闭环交互,来实现监控、仿真、预测、优化等实际功能服务和应用需求,其中数字孪生模型构建是实现数字孪生落地应用的前提。针对如何构建数字孪生模型问题,首先提出了数字孪生模型“四化四可八用”构建准则。基于所提出的构建准则,从“建—组—融—验—校—管”6个方面探索建立了一套数字孪生模型构建理论体系。并基于所提出的数字孪生模型构建准则和理论体系,结合笔者团队承担的国家重点研发计划项目“基于数字孪生的智能生产过程精确建模理论与方法”,以数字孪生车间为例,从车间要素实体建模、生产过程动态建模、生产系统仿真建模3个方面对数字孪生车间模型构建理论与技术开展了研究和实践。相关工作期望能为数字孪生构建和进一步落地应用提供理论参考。

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4. 数字孪生及其应用探索

陶飞,刘蔚然,刘检华,刘晓军,刘强,屈挺,胡天亮,张执南,向峰,徐文君,王军强,张映锋,刘振宇,李浩等

计算机集成制造系统 2018, 24 (第1): 1-18. DOI: 10.13196/j.cims.2018.01.001

摘要（2774）

PDF （7947KB）（1907）

数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性,具有实时同步、忠实映射、高保真度特性,能够实现物理世界与信息世界交互与融合的技术手段。随着数字孪生车间概念的提出,数字孪生在智能制造中的应用潜力得到越来越多的关注。分析了数字孪生在企业应用和理论研究上的进展,基于前期提出的数字孪生的五维结构模型,提出数字孪生驱动的6条应用准则,探索了数字孪生驱动的14类应用设想与实施过程中所需突破的关键问题与技术,为未来开展数字孪生的进一步落地应用提供理论和方法论参考。

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5. 云制造——面向服务的网络化制造新模式

李伯虎，，张霖，王时龙，陶飞，曹军威，姜晓丹，宋晓，柴旭东

计算机集成制造系统 2010, 16 (01): 0-0.

摘要（2239）

PDF （7413KB）（2688）

为求解更加复杂的制造问题和开展更大规模的协同制造，分析了目前应用服务提供商、制造网格等现有网络化制造模式在应用推广等方面遇到的问题，阐述了云计算服务模式、云安全、高性能计算、物联网等理念和新技术对解决网络化制造中运营、安全等问题的契机。在此基础上提出了一种面向服务的网络化制造新模式——云制造。给出了云制造的定义，分析了云制造与应用服务提供商、制造网格等的区别。提出了一种云制造的体系结构，讨论了实施云制造所需攻克的关键技术和所取得的成果。最后，给出了一个云制造的典型应用案例——基于云仿真原型平台的云设计。

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6. 数字孪生车间——一种未来车间运行新模式

陶飞,张萌,程江峰,戚庆林

计算机集成制造系统 2017, 23 (第1期): 1-9. DOI: 10.13196/j.cims.2017.01.001

摘要（1961）

PDF （2615KB）（1378）

随着新一代信息技术(如云计算、物联网、大数据、移动互联、人工智能等)与制造的融合和落地应用,世界各国相继提出了各自国家层面的制造发展战略。代表性的如工业4.0、工业互联网、基于CPS的制造、中国制造2025和互联网+制造、面向服务的制造或服务型制造等。这些战略虽提出的背景不同,但其共同目标之一是实现制造的物理世界和信息世界的互联互通与智能化操作,其共同瓶颈之一是如何实现制造的物理世界和信息世界之间的交互与共融。针对这一难题,基于数字孪生(Digital Twin),提出了数字孪生车间(Digital Twin Workshop)的概念,阐述了数字孪生车间的系统组成、运行机制、特点、关键技术等。在此基础上探讨了基于车间孪生数据的车间物理世界和信息世界的交互与共融理论和实现方法。

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7. 数字孪生成熟度模型

陶飞, 张辰源, 戚庆林, 张贺

计算机集成制造系统 2022, 28 (5): 1267-1281. DOI: 10.13196/j.cims.2022.05.001

摘要（1628）

PDF （4795KB）（1522）

数字孪生作为一种实现信息物理融合,促进数字化转型和智能化提升的有效手段,受到国内外学术界、工业界和政府部门的广泛关注。然而,在数字孪生研究和落地应用过程中,存在以下疑惑和问题:①如何判断是不是数字孪生？②如何评判现有数字孪生能否满足应用需求？③若不满足应用需求如何优化提升？为解决上述问题,基于团队数字孪生前期研究基础,研究提出了一套数字孪生成熟度模型,将数字孪生成熟度分为“以虚仿实(L0)、以虚映实(L1)、以虚控实(L2)、以虚预实(L3)、以虚优实(L4)、虚实共生(L5)”六个等级。为便于不同数字孪生实际应用的成熟度评价操作,基于作者团队前期提出的数字孪生五维模型,从五个维度提出了19项数字孪生成熟度评价因子,并设计了一套数字孪生成熟度评价应用流程。最后,分别面向单元级数字孪生(如机器人)和系统级数字孪生(如车间)开展了数字孪生成熟度评价应用,验证了所提方法的可用性和有效性。数字孪生当前还处于应用的初级阶段,期望相关工作能为进一步认识数字孪生,开展数字孪生学术研究和交流,推广落地应用提供一些参考。

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8. 数字孪生标准体系

陶飞等

计算机集成制造系统 2019, 25 (第10): 2405-2418. DOI: 10.13196/j.cims.2019.10.001

摘要（1610）

PDF （1714KB）（808）

数字孪生(Digital Twin)作为实现数字化、智能化、服务化等先进理念的重要使能技术,当前备受学术界和工业界关注,如何在各领域落地应用更是关注的重点。但在数字孪生理论研究与落地应用过程中,发现缺乏数字孪生相关术语、系统架构、适用准则等标准的参考,导致不同用户对数字孪生的理解与认识存在差异;缺乏数字孪生相关模型、数据、连接与集成、服务等标准的参考,导致模型间、数据间、模型与数据间集成难、一致性差等问题,造成新的孤岛;缺乏相关适用准则、实施要求、工具和平台等标准的参考,造成用户或企业不知如何使用数字孪生。为解决上述问题,亟需数字孪生相关标准来参考和指导。因此,首先从数字孪生概念的理解与沟通、关键技术研究与实施、行业落地应用3个角度对数字孪生标准的需求进行了分析。在此基础上,结合前期提出的数字孪生五维模型,与国内本领域相关标准技术委员会及应用企业(包括机床、卫星、发动机、工程机械装备等行业)共同建立了一套数字孪生标准体系架构。该标准体系主要由数字孪生基础共性标准、关键技术标准、工具/平台标准、测评标准、安全标准、行业应用标准6部分构成,期望相关工作能为数字孪生标准研究与制定人员提供参考,同时为数字孪生落地应用提供指导。

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9. 数字孪生模型评价指标体系

张辰源,陶飞

计算机集成制造系统 2021, 27 (8): 2171-2486. DOI: 10.13196/j.cims.2021.08.001

摘要（1179）

PDF （3882KB）（1084）

数字孪生作为实现数字化、智能化、服务化等理念的重要使能技术,以及助力数字经济与实体经济融合发展的有效手段,受到各行各业的广泛关注。随着数字孪生逐渐从理论研究迈向落地实践,在实际应用对数字孪生模型的要求更加多元的同时,对数字孪生模型性能的透明度也提出了更高的要求。然而,数字孪生模型在构建校验、运行管理、重构优化、迁移复用、流通交付等阶段缺乏系统性评价理论和方法指导,难以分析和量化数字孪生模型的质量、性能、适用性或共生性、适应性和价值,严重阻碍了数字孪生的深入推广和应用。针对上述问题,首先对不同阶段的数字孪生模型性能需求进行分析,在此基础上,提炼出8项数字孪生模型评价准则,进而构建了一套数字孪生模型评价指标体系,并给出了29项评价指标的量化计算参考方法,以期为数字孪生模型各阶段的决策过程提供参考。

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10. 智慧制造——面向未来互联网的人机物协同制造新模式

姚锡凡,练肇通,杨屹,张毅,金鸿

计算机集成制造系统 2014, 20 (6): 1490-1498. DOI: 10.13196/j.cims.2014.06.yaoxifan.1490.9.20140627

摘要（1117）

PDF （1396KB）（1508）

在当前制造业信息化需求分析的基础上,融合云制造、制造物联、语义网络化制造和企业2.0的思想与理念,集务联网、物联网、知识网和人际网于一体,提出一种人机物协同的制造新模式——智慧制造;根据数据—信息—知识—智慧层次结构与语法—语义—语用—社会的符号学层次结构和现有制造模式之间的关系,论述了智慧制造诞生的必然性;给出了智慧制造的定义,提出一种智慧制造体系结构;关联分析了智慧制造与云制造、智能制造等制造模式,提出面向服务制造的成熟度模型;探讨了智慧制造的实现途径,特别是从云制造上升到智慧制造的实现途径。

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11. 基于人工智能技术的大数据分析方法研究进展

王万良,张兆娟,高楠,赵燕伟

计算机集成制造系统 2019, 25 (第3): 529-547. DOI: 10.13196/j.cims.2019.03.001

摘要（1106）

PDF （2155KB）（1172）

人工智能、大数据、云计算、物联网等信息技术为推动集成制造快速发展提供了关键技术手段。近年来,采用人工智能技术进行大数据分析取得了突破性进展。系统总结了基于人工智能技术的大数据分析方法的最新研究进展。从大数据的聚类、关联分析、分类和预测4个主要的数据挖掘任务出发,分析了大数据环境下机器学习的研究现状;针对深度学习这一热点,总结了基于MapReduce、Spark的分布式深度学习实现,以及面向大数据分析的深度学习算法改进相关研究;从群智能、进化算法两方面梳理了基于计算智能的大数据分析相关研究;针对大数据平台,特别对大数据分析和深度学习集成框架进行了归纳,介绍了大数据机器学习系统和算法库;分析了大数据分析中人工智能技术面临的主要挑战,并提出了进一步的研究方向。

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12. 数字孪生车间信息物理融合理论与技术

陶飞,程颖,程江峰,张萌,徐文君,戚庆林

计算机集成制造系统 2017, 23 (第8期): 1603-1611. DOI: 10.13196/j.cims.2017.08.001

摘要（1104）

PDF （3533KB）（1317）

数字孪生车间作为实现制造物理世界和信息世界智能互联与交互融合的一种潜在的有效途径,近期被国内外相关领域学术界和企业界高度关注。基于前期对数字孪生车间的概念、系统组成、运行机制、特点和关键技术等研究,设计了数字孪生车间的参考系统架构,并从数字孪生车间4个主要系统组成(物理车间、虚拟车间、车间孪生数据、车间服务系统)的角度出发,分别对物理车间异构要素融合、虚拟车间多维模型融合、车间物理—信息数据融合、车间服务/应用融合等关键问题进行了研究分析。从物理融合、模型融合、数据融合和服务融合4个维度,系统地探讨了实现数字孪生车间信息物理融合的基础理论与关键技术,为企业实践数字孪生车间提供了参考。

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13. 产品数字孪生体的内涵、体系结构及其发展趋势

庄存波,刘检华,熊辉,丁晓宇,刘少丽,瓮刚

计算机集成制造系统 2017, 23 (第4期): 753-768. DOI: 10.13196/j.cims.2017.04.010

摘要（1097）

PDF （3091KB）（2011）

数字孪生技术被认为是实现信息物理系统的核心关键技术,作为数字孪生技术在产品研发过程具体应用的产品数字孪生体,目前其研究尚处于探索阶段,研究成果相对较少且缺乏系统性。为此首先回顾了数字孪生体的产生背景,在此基础上提出了数字孪生技术的概念,然后对产品数字孪生体的内涵进行了系统阐述,建立了产品数字孪生体的体系结构,并给出了产品数字孪生体在产品设计阶段、制造阶段和服务阶段的实施途径,最后指出了产品数字孪生体的发展趋势。

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14. 数字孪生十问：分析与思考

陶飞,张贺,戚庆林,张萌,刘蔚然,程江峰,马昕,张连超,薛瑞娟

计算机集成制造系统 2020, 26 (第1): 1-17. DOI: 10.13196/j.cims.2020.01.001

摘要（1072）

PDF （4469KB）（2789）

当前数字孪生备受学术界、工业界、金融界以及政府部门关注。然而各界对数字孪生存在不同的理解和认识,对数字孪生相关新概念、新名词、新技术之间的异同存在疑惑,并且对是否适用数字孪生存在决策困惑。为理性和正确看待数字孪生,笔者团队于2019年7月27日在“第三届数字孪生与智能制造服务学术会议”上做了“数字孪生十问：分析与思考”同名题目学术交流报告,对有关问题和国内学者进行了交流讨论。为进一步了解数字孪生国内外学术研究现状,在相关报告内容及思考基础上,首先从时间分布、国家分布、来源出版物分布、研究机构和学者分布、高频关键词分布等不同维度,对2019年12月31日前发表的数字孪生学术论文进行了统计分析。在此基础上,进一步对当前各界关注的①何为数字孪生？②谁在关注数字孪生？③数字孪生：中、美、德,谁更热？④数字孪生与智能制造的关系是什么？⑤数字孪生能否与新一代信息技术(New IT)融合？⑥数字孪生是否存在科学问题？⑦数字孪生何用？⑧数字孪生适用准则是什么？⑨数字孪生是否需要标准？⑩数字孪生是否需要商业化工具/平台？十个问题进行了深入分析与思考,以期抛砖引玉,为研究者更好理解数字孪生,为决策者理性和正确对待数字孪生,为实践者更好落地应用数字孪生提供参考。

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15. 大数据驱动的智能车间运行分析与决策方法体系

张洁,高亮,秦威,吕佑龙,李新宇

计算机集成制造系统 2016, 22 (第5期): 1221-1229. DOI: 10.13196/j.cims.2016.05.007

摘要（1054）

PDF （3817KB）（741）

针对智能车间制造数据呈现的大数据特性,研究大数据驱动的车间运行分析与决策方法体系。在分析传统方法局限性的基础上,提出“关联+预测+调控”的车间运行分析与决策新模式,进而提出该模式下的方法论体系,包括车间大数据预处理与分析方法、车间运行状态预测方法及车间运行状态决策方法等。提出车间运行分析与决策技术体系,深入讨论了海量高维多源异构制造数据预处理、动态制造数据多尺度时序分析、制造数据关系网络建模与关联分析、车间运行状态演化规律与预测和基于定量调控机制的车间运行决策等关键技术。所提体系将对实现大数据驱动的智能工厂有重要借鉴价值。

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16. 基于IEC/ISO 62264标准的制造运行管理系统

肖力墉，苏宏业，褚健

摘要（1018）

PDF （1434KB）（492）

基于IEC/ISO 62264国际标准对制造运行管理的结构划分，提出了一种面向制造企业的制造运行管理系统。该系统由工厂资源信息管理平台和四个运行管理子系统构成。通过构建工厂资源信息管理平台，实现对企业各类制造数据的集成和统一管理，以解决制造执行系统实践中信息难以有效地集成与共享的问题；通过设计四个运行管理子系统，实现对企业的生产运行、维护运行、质量运行和库存运行的全面管理与维护，以解决制造执行系统片面地关注生产执行的问题。通过将该系统应用于某乳制品生产企业，验证了所提方法的可行性与有效性。

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17. 数字孪生卫星:概念、关键技术及应用

刘蔚然,陶飞,程江峰,张连超,易旺民

计算机集成制造系统 2020, 26 (第3): 565-588. DOI: 10.13196/j.cims.2020.03.001

摘要（1007）

PDF （41029KB）（955）

在分析卫星产业发展趋势与升级转型新需求后,为推动卫星与新技术融合发展,提升大型卫星工程的整体管理水平与流程管控能力,促进卫星产业数字化、网络化、智能化、服务化转型升级,将数字孪生技术与卫星工程的关键环节、关键场景、关键对象紧密结合,探讨提出了数字孪生卫星的概念。为阐述数字孪生卫星内涵,以卫星互联网项目为背景,从空间维度对数字孪生卫星的组成进行了分析,包括数字孪生卫星试验验证系统、数字孪生卫星总装车间、数字孪生卫星产品、数字孪生卫星网络等。从时间维度对数字孪生卫星核心要素,包括模型线程(Model Thread)、数据线程(Data Thread)、服务线程(Service Thread),进行了阐述。在此基础上提出了数字孪生卫星关键技术体系,并结合前期已开展的相关实践工作,从全生命周期视角对数字孪生卫星在卫星总体设计、详细设计、生产制造(含装配、集成与测试)、在轨服务与健康管理、网络运维管理各阶段的应用进行了探讨,以期为未来卫星产业发展,卫星工程和卫星互联网工程建设提供参考。

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18. 面向用户多品种定制的分布式供应链调度

肖莹莹,李伯虎,庄长辉,柴旭东,林廷宇

计算机集成制造系统 2015, 21 (第3期): 800-812. DOI: 10.13196/j.cims.2015.03.025

摘要（942）

PDF （1515KB）（279）

针对云制造面向分布式供应链环境中的多品种定制问题,提出一种多目标生产运输优化调度模型和基于改进混合蛙跳算法的求解方法。该模型考虑供应链中的制造/供应两阶段,以及不同企业间的运输时间和成本,得到成本最小、时间最短、生产空闲率最小、订单延迟最小的调度方案。同时,该算法重新定义原有算法的核心操作算子以适应离散调度问题求解,并结合模拟退火和极值优化算法的特性,进一步改进离散域的混合蛙跳算法的局部搜索性能。通过项目调度标准测试集验证了该改进算法的性能,并以6个品种定制需求为案例,验证了所提模型与算法的有效性。

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19. 工业大数据驱动的故障预测与健康管理

金晓航, 王宇, ZHANG Bin

计算机集成制造系统 2022, 28 (5): 1314-1336. DOI: 10.13196/j.cims.2022.05.005

摘要（927）

PDF （9702KB）（912）

新一代人工智能技术的发展与应用装备积累了大量数据,推动着故障预测与健康管理(PHM)进入了工业大数据时代。结合装备的功能作用、结构组成和工作特点,分析装备大数据,进行价值挖掘、信息提取进而实现装备的状态监测、异常预警、故障诊断、寿命预测、智能维护等工作十分迫切。在回顾并剖析当前PHM技术内涵、发展现状与应用的同时讨论了装备工业大数据的特点、分析方法及其工作中的难点和疑点。以风力发电机组和机械硬盘两类典型复杂装备为例,从工业大数据角度对其PHM技术进行探讨,总结当前研究工作的热点与不足,思考未来研究方向,以期为相关领域的研究人员提供一定参考。

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20. 自定义加工特征的船用柴油机箱体件CAD/CAPP/CAM集成系统

张辉,张健,张胜文,赵盼

计算机集成制造系统 2014, 20 (09): 2086-2092. DOI: 10.13196/j.cims.2014.09.002

摘要（860）

PDF （896KB）（311）

为解决当前船用柴油机箱体类零件设计制造集成度不高、信息传递不顺畅等问题,提出基于自定义加工特征的方法来构建此类零件的CAD/CAPP/CAM集成系统。该方法依据成组技术和知识工程的原理,根据其形状特点和刀具轨迹形式将零件的各个加工特征进行分类,构建自定义加工特征库。在加工特征表述中,使用属性和标注进行表示,可实现基于加工特征的集成模式下的工艺决策和数控编程。采用自定义加工特征方法能够大大减少人工交互操作,提高工艺决策和数控编程的准确性和自动化程度。

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21. 基于辅助定位接点的装配公差建模

黄美发,唐哲敏,孙永厚,宫文峰,张政泼

计算机集成制造系统 2015, 21 (第8期): 2033-2042. DOI: 10.13196/j.cims.2015.08.008

摘要（851）

PDF （1225KB）（313）

针对现有的装配公差数学模型不能完全表达装配定位接点对零件约束的问题,研究零件定位特征与装配定位接点之间的关系。将装配定位接点的配合类型进行归纳和分类,并以向量方程/不等式的方式表示辅助接点上各种配合对零件运动自由度的约束。得到的向量方程/不等式可以表达辅助接点的几何及公差信息,并用于修正一般的装配公差模型。最后通过该方法在公差分析中的应用实例验证了所提方法的有效性。

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22. 基于运动学与有向尺寸路径的工件定位误差自动分析算法

秦国华,黄华平,叶海潮,周美丹

计算机集成制造系统 2014, 20 (12): 2935-2943. DOI: 10.13196/j.cims.2014.12.003

摘要（851）

PDF （1101KB）（267）

为了分析与计算夹具设计过程中的定位误差,以评估夹具的性能,根据运动学原理建立工件的定位误差模型,将定位误差描述为工件与夹具定位方案之间接触点位置变化的函数。研究了工件与夹具定位元件的接触类型,给出各类接触的有向尺寸路径搜索规则,利用矢量环投影原则获得有向尺寸路径算法,实现了矢量环不存在未知参数及其公差情况下接触点位置误差的求解。若矢量环存在未知数,则连接两条有向尺寸路径形成一个封闭的有向尺寸链,根据未知参数的类型及独立性的影响,推导出有向尺寸链的求解算法,建立矢量环存在未知参数及其公差情况下接触点位置变化的表达式。提出去重去零与转换方法,建立定位方案与有向尺寸链的映射关系,确保定位误差计算结果的合理性。通过实例给出了定位误差的计算方法与步骤,计算结果表明所提出的定位误差计算模型通用性好,计算过程易于实现自动化,可为促进计算机辅助夹具设计系统的实用性进程提供技术支持。

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23. 智慧工厂的参考模型与关键技术

张益,冯毅萍,荣冈

计算机集成制造系统 2016, 22 (第1期): 1-12. DOI: 10.13196/j.cims.2016.01.001

摘要（836）

PDF （2450KB）（528）

基于制造运行管理通用活动模型和工业4.0参考架构模型,系统分析了现有智慧工厂的相关概念、体系架构、制造模式和关键技术。定义了组成域及关系架构,提出一种智慧工厂的参考模型,并对该模型进行了充分性验证。为保证参考模型的有效性和实用性,分析了支撑参考模型内在联系中各个环节所依赖的关键技术及其近期研究现状,为智慧工厂研究领域内的标准制定及应用实施提供了参考。

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24. 产品分层分级的交互式拆卸装配序列规划

刘翊,李世其,王峻峰,曾洪梅,鲁明上

计算机集成制造系统 2014, 20 (4): 785-. DOI: 10.13196/j.cims.2014.04.liuyi.0785.8.2014048

摘要（836）

PDF （1052KB）（316）

为降低产品装配序列规划的难度,提出一种可行且实用的基于分层分级的交互式拆卸装配序列规划方法。通过对产品装配数据集的合理分类,装配工艺信息可以被产品工艺资源树有效地组织和管理;根据所提装配体分层分级思想,定义了共轴线约束和共平面约束法则两种分层分级法则;在产品工艺资源的基础上,采用一种遍历迭代算法重组装配结构层次和更新装配位姿矩阵;按照产品的层次级别,实现了交互式的拆卸装配序列规划方法,该方法同时可以规划装配所需的工装或工具信息。通过一个典型的机械产品验证了该方法的有效性和实用性。

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25. 数据驱动的工业智能:现状与展望

任磊, 贾子翟, 赖李媛君, 周龙飞, 张霖, 李伯虎

计算机集成制造系统 2022, 28 (7): 1913-1939. DOI: 10.13196/j.cims.2022.07.001

摘要（814）

PDF （14264KB）（1130）

新一代人工智能的迅猛发展,正在深刻影响全球新一轮工业革命。数据要素作为数字经济时代的核心要素,在智能制造应用需求和新一代人工智能的融合推动下正释放巨大价值。数据驱动的工业智能,尤其是以深度学习为代表的工业智能研究前沿,成为学术界和产业界的关注焦点。鉴于此,从工业数据全生命周期中数据预处理、数据建模、数据分析应用等各个关键环节出发,从各维度分析了数据驱动的工业智能,尤其是基于深度学习的代表性新理论与新技术。同时,深入探讨了面向智能制造的典型应用。最后,指出了数据驱动的工业智能研究领域面临的挑战和未来发展方向,这将为基于新一代人工智能的工业智能这一新兴交叉研究领域的发展,提供重要的理论与技术支撑。

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26. 云制造系统3.0—一种“智能+”时代的新智能制造系统

李伯虎,柴旭东,侯宝存,林廷宇,张霖,李潭,刘阳,肖莹莹

计算机集成制造系统 2019, 25 (12): 2997-3012. DOI: 10.13196/j.cims.2019.12.002

摘要（813）

PDF （21235KB）（732）

基于对“智能+”时代的解读,提出一种“智能+”时代的新智能制造系统——云制造系统30,给出云制造30的内涵及按照该内涵构建的云制造系统30的系统体系架构、技术体系总体框架。介绍了笔者团队研发的云制造系统30的雏形——“航天云网20”的技术成果及其应用范例。最后给出云制造系统30雏形的创新点,并从“技术、应用、产业”协调发展的角度给出了“智能+”时代云制造系统发展的建议。

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27. 基于数字孪生的航天器系统工程模型与实现

王建军,向永清,何正文

计算机集成制造系统 2019, 25 (第6): 1348-1360. DOI: 10.13196/j.cims.2019.06.004

摘要（813）

PDF （1627KB）（526）

为践行智能制造、推进航天工业化与信息化深度融合,提出了基于数字孪生的航天器系统工程。分析了数字孪生技术的相关研究成果,从7个维度对航天器系统工程进行综合,建立了基于数字孪生的航天器系统工程整体模型和应用框架,并按照生命周期进展演化为设计、工艺、制造/装配、试验/测试与在轨运行5个典型阶段模型和应用框架。在技术实现层面,基于物联网、大数据、用于过程控制的对象连接与嵌入统一架构、系统建模语言、基于模型的定义、面向服务的架构等先进技术,构建了由物理空间、传输层、数据层、模型层、服务层和应用层构成的数字孪生系统架构。基于数字孪生的航天器系统工程能够有效实现航天器研制全生命周期信息世界与物理世界的双向动态实时交互共融与协同,从而推进航天工业智能制造的发展。

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28. 联邦学习概述:技术、应用及未来

李少波, 杨磊, 李传江, 张安思, 罗瑞士

计算机集成制造系统 2022, 28 (7): 2119-2138. DOI: 10.13196/j.cims.2022.07.018

摘要（805）

PDF （4840KB）（1031）

联邦学习(FL)以多方数据参与为驱动,通过数据加密交互实现数据自身价值的最大化,近年来受到各界研究学者的广泛关注与研究,逐步从基础理论研究走向实际应用,为企业进一步发挥数据价值提供了新技术。在阐述联邦学习定义及分类的基础上,首先对其隐私保护、通信效率、异构性、激励机制等相关技术的国内外研究进展展开了较为全面的分析和总结;其次介绍了当前联邦学习已有的应用平台和框架,并提出了联邦学习在智能制造、医疗、教育等领域的应用框架;最后,结合联邦学习在一些关键的开放性问题上的不足,对其未来发展趋势和方向进行了总结与展望,旨在为联邦学习的理论研究及应用落地提供参考。

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29. 基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发框架与关键技术

李浩,陶飞,王昊琪,宋文燕,张在房,樊蓓蓓,武春龙,李玉鹏,李琳利,文笑雨,张新生,罗国富

计算机集成制造系统 2019, 25 (第6): 1320-1336. DOI: 10.13196/j.cims.2019.06.002

摘要（790）

PDF （2446KB）（755）

数字孪生是实现物理信息深度融合的一个重要抓手,复杂产品设计和制造信息物理融合是其中最重要的环节,为最终智能制造的落地提供了有效途径。当前,针对数字孪生技术的研究与应用主要集中在车间运行和产品运维等方面,而将数字孪生技术应用于复杂产品设计与制造融合的研究较少。产品设计是智能制造的第一个环节,也是产生数字孪生体的第一个环节,研究基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发对实现后续的智能加工、装配和运维等具有重要影响。为此,分析了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发内涵,提出了基于数字孪生的复杂产品环形设计框架;基于所提出的框架,从需求分析、概念设计、个性化配置设计、虚拟样机、多学科融合设计和数据管理等方面,探索了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发中的关键技术;通过两个典型应用案例,展示了数字孪生关键技术在复杂产品设计制造一体化开发中的应用场景。

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30. 设计意图驱动的产品形态设计方法

杨延璞,刘琼

计算机集成制造系统 2015, 21 (第4期): 867-874. DOI: 10.13196/j.cims.2015.04.001

摘要（790）

PDF （1085KB）（353）

为减小用户和设计师对产品形态方案的认知差异,将产品形态设计中的设计意图分为设计需求意图、设计编码意图和设计解码意图,建立了设计意图模型,构建了以满足用户需求意图、体现设计师设计编码意图及减小用户解码与设计师编码之间差异为目标的设计意图模型求解算法,探讨了设计意图驱动的产品形态设计过程,研究了基于交互式遗传算法的设计意图求解方法。以家用轿车前脸形态设计为例,分别进行了设计需求意图获取与映射、设计编码意图表达以及交互遗传解码研究,验证了所提方法的有效性。

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31. 基于BP神经网络的产品生命周期评价敏感性分析

李静,李方义,周丽蓉,徐兴硕,孟强

计算机集成制造系统 2016, 22 (第3期): 666-671. DOI: 10.13196/j.cims.2016.03.010

摘要（784）

PDF （707KB）（279）

为支持产品方案设计阶段设计信息反馈指导方案优化,提出基于BP神经网络的设计方案敏感性分析方法。建立了绿色信息模型,从方案设计中提取与环境影响相关的绿色信息;建立了神经网络敏感性分析模型,将各个生命周期阶段的绿色信息作为敏感性分析的输入参数,将对应的生命周期评价结果作为输出参数;训练BP神经网络模型使相对误差达到预期精度;分别提取该BP网络输入层与隐含层、隐含层与输出层各单元之间的连接权值,使用Tchaban算法计算得到绿色信息对生命周期评价结果的敏感性系数,即影响贡献值。以牵引电机为例,验证了所提敏感性分析方法,确定了主要设计变量对评价结果的影响趋势,从而对设计方案的变更提出了改进方向。

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32. 复杂环境下无人机全覆盖三维路径规划算法

陈艺, 于纪言

计算机集成制造系统
录用日期: 2022-06-17

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33. 制造物联的内涵、体系结构和关键技术

姚锡凡，于淼，陈勇，项子灿

计算机集成制造系统 2014, 20 (1): 1-. DOI: 10.13196/j.cims.2014.01.yaoxifan.0001.10.2014011

摘要（754）

PDF （1465KB）（635）

为了探讨当前制造物联的定义、体系结构和关键技术等问题,通过分析现有制造模式，给出了制造物联的定义与特征；探讨了制造物联体系结构和关键技术，分析了制造物联与智能制造和云制造的关系，并展望了制造物联未来的发展前景。

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34. 基于条件风险值准则的战略顾客报童模型

刘咏梅,孙玉华,范辰

计算机集成制造系统 2013, 19 (10): 2572-2581.

摘要（751）

PDF （1410KB）（152405）

针对具有风险厌恶特性的报童在面临战略顾客时应如何做出订购和定价决策的问题,在分析战略顾客购买行为的基础上,运用CVaR准则建立考虑战略顾客行为的风险厌恶报童模型。进一步研究了存在战略顾客时数量折扣契约能否实现供应链协调的问题。研究表明,零售商存在最优订购和定价策略,零售商可以根据自身以及顾客的风险态度、产品成本和处理价格来制定库存和价格策略,增加顾客低价购买不到产品的风险,以避免战略顾客行为;零售商的风险态度加剧了双重边际效应,恶化了供应链绩效,此时数量折扣契约能实现供应链协调。

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35. 智能网联汽车人机交互研究现状及展望

谭征宇,戴宁一,张瑞佛,戴柯颖

计算机集成制造系统 2020, 26 (10): 2615-2632. DOI: 10.13196/j.cims.2020.10.002

摘要（744）

PDF （2546KB）（417）

我国制造业转型升级战略催生了适应科技发展的新领域——智能网联汽车(ICV)人机交互。首先阐述了ICV人机交互概念、特点和研究内容,进而从ICV人机交互技术的信息识别、车载多维人机界面和新兴车载智能单元3方面,综述了国内外研究和应用现状。通过分析ICV人机交互的理论研究和应用研究文献,提出了需要进一步致力研究解决的关键问题,包括ICV技术接受度、ICV人机交互质量和ICV驾乘体验3个维度。最后,针对技术与人的融合发展,从效用优化、体验重构和价值增益3个层面,对ICV人机交互的发展动向进行了展望。

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36. 隐私与成本感知的云工作流调度方法

文一凭,刘建勋,陈聪阳

计算机集成制造系统 2016, 22 (第2期): 294-301. DOI: 10.13196/j.cims.2016.02.002

摘要（723）

PDF （1042KB）（477）

针对云工作流执行过程中的用户隐私保护需求,建立了相应的云工作流调度模型,在粒子群优化算法及模拟退火智能优化算法的基础上,通过引入经典表调度算法CPOP中的任务优先级计算策略,提出一种具有隐私与云资源使用成本感知能力的云工作流调度方法CP-PSO。该方法采用考虑成本因素的上行与下行权重来计算各个工作流任务的优先级,结合隐私保护需求搜索并优化调度方案。通过仿真实验说明了该方法的有效性。

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37. 基于携因素语义距离的定制西服订单聚类方法

周东君,王正肖,张卫,叶建芳,吴鹏程,潘晓弘

计算机集成制造系统 2015, 21 (第1期): 57-66. DOI: 10.13196/j.cims.2015.01.007

摘要（723）

PDF （1291KB）（260）

为解决定制西服订单多样性和生产高效性的矛盾,利用大规模定制思想,结合定制西服订单商业特征到过程特征的映射建立了多段多级柔性西服物流编码系统,提出一种携因素语义距离订单聚类方法,该方法运用多级层次分析法确定了影响因素的权重,分析了编码属性的值域,将其分为有序属性和无序属性,并概念化得出了语义距离计算方法,采用改进的聚类识别算法对距离设计结构矩阵模型进行分割,实现了订单的聚类。通过实例计算表明了该方法能有效解决西服订单聚类问题。

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38. 基于CART与SlopeOne的服务质量预测算法

徐文庭,殷昱煜,王菊仙,王兴菲,余方正

计算机集成制造系统 2017, 23 (第5期): 1080-1090. DOI: 10.13196/j.cims.2017.05.019

摘要（718）

PDF （1627KB）（219）

针对现有的预测算法大多未有效利用用户—服务对的潜在特征问题,提出一种基于分类和SlopeOne的预测算法,通过用户—服务对的历史服务质量值提取出用户和服务的个性特征(用户和服务的服务质量均值与方差);基于提取出的特征,使用CART(classification and regression trees)对用户—服务对进行分类;使用SlopeOne算法在目标用户和目标服务所在的分类集合数据集上进行回归预测,提高了预测准确度;选用真实数据集WS-Dream进行实验,实验结果表明该方法在数据稀疏情况下具有较好的预测精度。

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39. 基于数字孪生的复杂机械产品多学科协同设计建模技术

李琳利,李浩,顾复,丁宁,顾新建,罗国富

计算机集成制造系统 2019, 25 (第6): 1307-1319. DOI: 10.13196/j.cims.2019.06.001

摘要（709）

PDF （1793KB）（744）

数字孪生技术能够实现产品物理模型和信息模型的融合与迭代优化,从而缩短产品研发周期、降低返工成本。针对复杂产品多学科协同性差、研发成本高的难题,将数字孪生的理念引入到复杂机械产品多学科协同设计中。分析了多学科协同设计和数字孪生的研究进展,从全生命周期的视角探讨了产品、生产及其性能数字孪生模型的信息表达、集成与数据交互问题,给出了数字孪生的演变过程模型;在分析产品数字孪生多阶段建模过程的基础上,设计了一个产品数字孪生多学科协同设计建模参考架构,提出了机电一体化的多学科协同设计与虚拟工程方法和产品数字孪生多学科协同设计关键技术,通过优化仿真和虚拟调试构建了复杂机械产品的数字孪生模型,解决了产品全生命周期中机械、电气和自动化等多学科系统的信息物理融合问题。通过案例验证了所提数字孪生多学科建模理论及其优化方法的可行性。

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40. 基于双层次八叉树的STL模型体素化方法

王鸿亮,郭锐锋,王品,刘娴,张忆文

计算机集成制造系统 2014, 20 (7): 1553-1560. DOI: 10.13196/j.cims.2014.07.wanghongliang.1553.8.2014075

摘要（703）

PDF （1191KB）（548）

为满足五轴加工仿真系统与CAD系统的模型数据交换需求,提供高效的复杂初始毛坯建模方式,提出一种面向STL模型的体素化方法。改进了传统的八叉树模型,采用外部层次树型和内部线性的双层次结构表达实体空间,并给出了该双层次八叉树模型的编码计算规则。以STL模型三角面片为体素化对象,通过编码规则建立三角面片和STL实体内部空间与体素节点的映射关系,实现表面和内部体素的快速定位。通过实例证明了算法能够保证生成体素模型的26-邻接性,实验结果表明,与传统的八叉树模型相比,该算法具有更好的时间和空间性能。

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