智能实验室是未来航天智能制造基础设施中的关键组成部分,系统地研究智能实验室的内涵、特征、参考模型、评价方法及关键技术具有重要意义。本文通过深入调研国内外智能实验室发展现状,对“智能实验室”理论进行了系统的研究和完善,以实现大型遥感仪器研制实验室的智能化为例,研究了航天制造业建设智能实验室的理论框架和技术路线,最终提炼出了一套智能实验室系统模型和实现方法论。具体内容如下:1.在“智能实验室”理论研究方面,1)研究了“智能”概念的发展历史及演化机制,在本质上对“智能”进行了科学的认知:智能已从最初的机械推理发展到如今集“感知-语法-语义-推导-执行”为一体的系统概念;2)从三个维度(产品研制、工程技术、管理)高度概括了实验室的全部内容,并总结了当前实验室存在的问题及面临的转型需求。与美国ARC描述工厂的三个维度(工程技术、生产制造、供应链)不同在于本文突出了实验室在柔性生产及科研活动的活跃性方面带来的管理问题;3)系统地完善了智能实验室理论,主要包括:核心定义、功能单元、参考模型。在核心定义方面,本文的定义(智能实验室以智能系统为载体,通过实时感知实验室状态并协同各个功能模块做出全面的思维判断及精准控制,使实验室具备高效、节能、安全、可创新、可扩展的能力)强调系统的概念,同时突出了智能系统具备的功能:感知-闭环-协同决策-执行-学习,更反映了智能实验室实现的目标:高效、节能、安全、创新、兼容;在功能单元方面,本文将其与人体的组织器官和心智进行类比,来突出其在智能实验室中的贡献、作用及智能化水平升级过程。感知系统对应人的眼、鼻、耳朵等感知器官,网络系统对应神经系统,集成系统对应语言系统,决策系统对应大脑,控制系统对应人的骨骼和肌肉,中间件系统对应五脏六腑。该方法有助于更好地理解智能实验室内涵;在参考模型方面,提出了一种新的智能实验室参考模型:RAML1.0。在该参考模型中,“生命周期”维度反映了实验室产品研制的各个阶段;实体资源为产品研制各个阶段提供服务,对应RAML1.0的“工程技术”维度;物理世界到信息世界的映射涉及系统集成、交互需要的架构及规范,对应RAML1.0的“智能化”维度;该模型清晰阐明了智能实验室的三大基本构成,可作为一种概念蓝本供业界参考。4)针对参考模型中的智能系统,研究了实验室智能系统的组成和实现的一般技术,设计了一种基于Multi-Agent的实验室信息物理融合系统的架构,并定义了各个层次Agent的功能。2.在“智能实验室”关键技术方面,针对实验室信息物理融合系统中存在的信息融合和交互困难问题,建立了一种描述实验室物理实体信息的统一模型:P-KRA,P-KRA模型结合了KRA模型和Petri网各自特点,不仅提供了物理实体表示抽象的一般框架,同时可描述物理实体的动态行为。物理实体动态行为产生的物理事件被传感器感知,继而形成了大量的事件实例,事件检测的前提是系统能够对感知的信息准确认知和理解。因此,在模型的基础上,进一步研究了实验室复杂事件检测方法,重点研究了实验室RFID事件检测方法,提出了一种“HT-Rule”事件检测概念模型,该模型的核心是事件检测和数据过滤算法。最后,基于该概念模型,开发了一套集RFID数据感知、过滤、检测、报警为一体的智能检测中间件系统。以10万条数据为例,中间件系统事件检测效率可达20ms/105(条),通过中间件数据过滤,应用层的查询效率由1.87s提升至0.097s。目前该系统已成功实施于遥感仪器总装实验室,实现了RFID事件实时检测和物理实体信息的智能化管理。3.在“智能实验室”评价模型方面,采用定量和定性相结合的方法构建了实验室三级智能化水平评价体系,并设计了基于灰色层次法(G-AHP)的实验室智能化水平评价模型,填补了“智能实验室”评价模型的缺失;该模型可得到影响实验室智能化水平的各级指标权重,通过构建的指标权重树可快速定位影响F(实验室智能化水平值)的关键因素。目前,已为该评价模型开发了一套软件系统,并运用在航天遥感仪器研制实验室的智能化水平评价上,实验分析了“RFID事件检测系统”实施前后导致F值变化(前:F=1.3,后:F=1.4)的关键指标,并得出该指标与系统提供的功能保持一致。论文部分研究成果(RFID中间件系统、设备出入自动扫描系统、基于RFID触发的实验室设备图像采集系统、设备定位及信息可视化方法、智能化水平评价方法及系统)成功应用于上海技术物理研究所总装测试实验室,支撑了其持续智能化项目的实施。