智能制造系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

王文升

摘 要：智能制造系統(tǒng)作為知識(shí)驅(qū)動(dòng)下連接網(wǎng)絡(luò)的制造模式，能對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)流程起到優(yōu)化作用。

關(guān)鍵詞：智能制造系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)；傳感器；網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH164 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.161

智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的核心要素，其功能主要是自動(dòng)識(shí)別處理，通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息融合，并科學(xué)、合理地預(yù)防網(wǎng)絡(luò)安全隱患。下面就智能制造系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

1 射頻識(shí)別

射頻識(shí)別是無(wú)線通信技術(shù)中的一種，通過(guò)識(shí)別特定目標(biāo)應(yīng)用的無(wú)線電信號(hào)，讀寫(xiě)出相關(guān)數(shù)據(jù)，而不需要機(jī)械接觸或光學(xué)接觸識(shí)別系統(tǒng)和目標(biāo)。無(wú)線射頻可分為低頻、高頻和超高頻三種，而RFID讀寫(xiě)器可分為移動(dòng)式和固定式兩種。射頻識(shí)別貼附于物件表面，可自動(dòng)遠(yuǎn)距離讀取、識(shí)別無(wú)線電信號(hào)，可作快速、準(zhǔn)確記錄和收集用具使用。其中，RFID技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了業(yè)務(wù)流程，增強(qiáng)了企業(yè)的綜合實(shí)力。

2 實(shí)時(shí)定位

在生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)，企業(yè)要對(duì)各類別材料、零件和設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤管理，監(jiān)控生產(chǎn)中制品、材料的位置、行蹤，包括相關(guān)零件和工具的存放等，這就需要建立實(shí)時(shí)定位管理體系。通常做法是將有源RFID標(biāo)簽貼在跟蹤目標(biāo)上，然后在室內(nèi)放置3個(gè)以上的閱讀器天線，這樣就可以方便地對(duì)跟蹤目標(biāo)進(jìn)行定位查詢。廣播信號(hào)系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送至所有閱讀器天線中，軟件系統(tǒng)所發(fā)出的信號(hào)傳遞出去后，可通過(guò)目標(biāo)定位對(duì)其進(jìn)行計(jì)算測(cè)量。建筑物內(nèi)或室外均可以使用RTLS進(jìn)行識(shí)別和實(shí)時(shí)跟蹤，以確定對(duì)象的目標(biāo)位置。RTLS的物理層技術(shù)使用射頻（RF）通信，但也有應(yīng)用聲學(xué)、光學(xué)技術(shù)取得無(wú)線射頻的。

3 無(wú)線傳感器系統(tǒng)

當(dāng)前，大型生產(chǎn)企業(yè)工廠的檢測(cè)點(diǎn)分布較多，大量數(shù)據(jù)產(chǎn)生后被自動(dòng)收集處理。檢測(cè)環(huán)境和處理過(guò)程的系統(tǒng)化提高了該系統(tǒng)的效率，降低了成本。將無(wú)線傳感器系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程中，將產(chǎn)品和生產(chǎn)設(shè)施轉(zhuǎn)換為活性的系統(tǒng)組件，以便更好地控制生產(chǎn)和物流，它們形成了信息物理相互融合的網(wǎng)絡(luò)體系。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)分布于多個(gè)空間，形成了無(wú)線通信計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要包括物理感應(yīng)、信息傳遞、計(jì)算和定位三個(gè)方面，可對(duì)不同物體和環(huán)境作出物理反應(yīng)，例如溫度、壓力、聲音、振動(dòng)和污染物等。無(wú)線數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括查詢無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、信息傳遞網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多次跳躍路由協(xié)議。摩托羅拉的家庭控制系統(tǒng)中使用的是ZigBee無(wú)線協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee TM因低功耗、低數(shù)據(jù)率而被應(yīng)用于無(wú)線通信服務(wù)中，ZigBee協(xié)議與代碼空間（32～70 kB）有較好的適配性。

4 信息物理融合網(wǎng)絡(luò)

信息物理融合網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)系統(tǒng)取代了以往制造業(yè)的邏輯。在該系統(tǒng)中，一個(gè)工件能算出哪些服務(wù)是自己所需的，現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施升級(jí)后，該生產(chǎn)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)就被徹底改變了。這意味著現(xiàn)有工廠可通過(guò)不斷升級(jí)得以改造，從而改變以往僵化的中央工業(yè)控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變成智能分布式控制系統(tǒng)，并應(yīng)用傳感器精確記錄所處環(huán)境，使用生產(chǎn)控制中心獨(dú)立的嵌入式處理器系統(tǒng)作出決策。CPS系統(tǒng)作為這一生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)時(shí)感知條件下，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)管理和信息服務(wù)。CPS被應(yīng)用于計(jì)算、通信和物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)中，其在實(shí)物中嵌入計(jì)算與通信的過(guò)程，使這種互動(dòng)增加了實(shí)物系統(tǒng)使用功能。在美國(guó)，智能制造關(guān)鍵技術(shù)即信息物理融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)也被德國(guó)稱為核心技術(shù)，其主攻方向?yàn)橹悄芑瘧?yīng)與實(shí)際生產(chǎn)緊密聯(lián)系起來(lái)。

5 網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)

數(shù)字化對(duì)制造業(yè)的促進(jìn)作用得益于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，但同時(shí)也給工廠網(wǎng)絡(luò)埋下了安全隱患。隨著人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)依賴度的提高，自動(dòng)化機(jī)器和傳感器隨處可見(jiàn)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理部件和組件成為了技術(shù)人員的主要工作內(nèi)容。產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)整個(gè)過(guò)程都用數(shù)字化技術(shù)資料呈現(xiàn)出來(lái)，整個(gè)供應(yīng)鏈所產(chǎn)生的信息又可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)成為共享信息，這就需要對(duì)其進(jìn)行信息安全保護(hù)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)安生產(chǎn)系統(tǒng)，可采用IT保障技術(shù)和相關(guān)的安全措施，例如設(shè)置防火墻、預(yù)防被入侵、掃描病毒儀、控制訪問(wèn)、設(shè)立黑白名單、加密信息等。波音公司將安全邊界技術(shù)應(yīng)用于回程連接中，以分離企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部IT網(wǎng)絡(luò)，取得了非常不錯(cuò)的應(yīng)用效果。裝配試驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的基本內(nèi)容包括柔性工裝的重構(gòu)、大部件連接系列、機(jī)器人鉆鉚系列、移動(dòng)智能車(chē)、實(shí)時(shí)定位系列、智能貨架和測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)字化等。RFID 標(biāo)簽被貼附于該試驗(yàn)系統(tǒng)所有物件后，便可進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位和監(jiān)控管理，并跟蹤系統(tǒng)內(nèi)材料、部件和設(shè)備等物件的具體位置。在工裝系統(tǒng)的重構(gòu)中，應(yīng)用三維激光投影儀、室內(nèi)iGPS和手持智能工具可手工裝配翼面類部件。將智能貨架添置于該系統(tǒng)內(nèi)，并將RFID讀取的碼頭門(mén)安裝在系統(tǒng)內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)管理的自動(dòng)化。

6 結(jié)束語(yǔ)

最近幾年，智能制造關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展十分迅速，為人們描繪出了未來(lái)智能化工程的美好前景。智能制造關(guān)鍵技術(shù)都是相通的，智能制造的實(shí)時(shí)、高效和低成本實(shí)現(xiàn)了傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的綜合應(yīng)用。但智能制造中的許多關(guān)鍵技術(shù)還存在一些問(wèn)題，例如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)過(guò)密、頻率資源不足、易被環(huán)境變化影響、實(shí)時(shí)傳輸性能有待提高等。相信隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，智能制造系統(tǒng)將更符合未來(lái)的生產(chǎn)趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕