智能制造及其核心信息設(shè)備的研究進(jìn)展及趨勢(shì)

摘 要：近年來，制造業(yè)對(duì)于我國國民生活水平、國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展都起到了推動(dòng)作用。從大型工業(yè)設(shè)備制造，到小型部件加工，制造業(yè)無時(shí)無刻不體現(xiàn)出了其重要性。隨著信息時(shí)代的來臨，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)整個(gè)制造業(yè)都起到了革新影響，產(chǎn)生了智能制造的新思路。智能制造不僅能加快制造業(yè)生產(chǎn)效率，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)綜合國力的提升都有積極影響。文章將探討智能制造及其核心信息設(shè)備的研究進(jìn)展和趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能制造;核心信息設(shè)備;研究進(jìn)展;趨勢(shì)

各項(xiàng)智能技術(shù)的普及，給我國傳統(tǒng)制造業(yè)的加工、生產(chǎn)都帶來了新的沖擊。首先，智能制造可以縮減人力使用成本，使更多的技術(shù)人才從勞力中解放出來，投入到產(chǎn)業(yè)研究中。其次，提高了產(chǎn)品的加工精度，人們不但能通過智能機(jī)器直接生產(chǎn)產(chǎn)品，還可以通過其控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)加工流程，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。最后，推動(dòng)了整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。智能制造機(jī)器操作簡便，受環(huán)境影響小，能夠在各類惡劣的工業(yè)環(huán)境中保質(zhì)、保量進(jìn)行生產(chǎn)，是我國現(xiàn)代化制造建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 智能制造介紹

智能制造來源于人工智能的研究，將其應(yīng)用于制造業(yè)，構(gòu)成了人機(jī)一體化的智能系統(tǒng)。利用人和智能機(jī)器合作理念，可以有效提高生產(chǎn)效率，規(guī)范生產(chǎn)流程。由于智能機(jī)器具備一定的分析、推理、設(shè)計(jì)能力，因此不論是在批量產(chǎn)，還是在精細(xì)加工方面，都可以如魚得水、順應(yīng)自如。2015年，工信部公布了智能制造試點(diǎn)示范名單，充分推動(dòng)了我國制造業(yè)發(fā)展，激發(fā)了企業(yè)智能制造技術(shù)引入的積極性與自主性。智能制造與傳統(tǒng)制造相比，有以下幾點(diǎn)特征：

第一，自律特征。智能制造機(jī)器有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)，在運(yùn)行時(shí)可以將環(huán)境數(shù)據(jù)與自身信息相結(jié)合，進(jìn)行分析、判斷并做出最優(yōu)規(guī)劃方案，數(shù)字分析所占時(shí)長很短，從而提高了智能機(jī)器的工作效率。

第二，人機(jī)一體化特征?，F(xiàn)階段所生產(chǎn)的智能制造機(jī)器只具備一定的推理邏輯思維，如果引入其他技術(shù)則能夠做到圖像思維，但要想讓其具備人類的靈感思維，還需要繼續(xù)深入研究。這也體現(xiàn)了其人機(jī)一體化的特征，需要人力按照實(shí)際情況修改程序，填寫相應(yīng)參數(shù)，才能和機(jī)器各顯其才、共同配合。

第三，虛擬現(xiàn)實(shí)特征。智能機(jī)器通過數(shù)據(jù)采集、影像修復(fù)、環(huán)境分析、傳感設(shè)置、智能模擬等多項(xiàng)技術(shù)，可以擬定制造過程與產(chǎn)品特征，幫助人們進(jìn)行分析，并在其之上作出改進(jìn)。

第四，學(xué)習(xí)維護(hù)特征。智能機(jī)器的數(shù)據(jù)維護(hù)可以通過兩方面來實(shí)現(xiàn)：首先是人工導(dǎo)入數(shù)據(jù)，一般在數(shù)據(jù)庫建立之初使用;其次是機(jī)器主動(dòng)擴(kuò)充，在數(shù)據(jù)庫建立好后，每一次使用都相當(dāng)于新數(shù)據(jù)錄入，從而體現(xiàn)出智能機(jī)器的自我學(xué)習(xí)特征。在機(jī)器遇到故障后，會(huì)進(jìn)行自檢排除故障、修復(fù)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出其維護(hù)特征。

2 智能制造的核心信息設(shè)備

2.1 智能通信設(shè)備

隨著數(shù)字時(shí)代的來臨，手機(jī)、電腦已成為現(xiàn)代人的常用生活設(shè)備，人們通過網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)、購物、溝通、辦公等。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、龐大的數(shù)據(jù)信息，都需要智能通信設(shè)備的支撐，才能帶動(dòng)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（Internet Protocol version 6，IPv6）與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議第4版（Internet Protocol version 4，IPv4）協(xié)議相比，首先，可以容納更多的IP地址，擴(kuò)存了數(shù)據(jù)空間。其次，更新了分配原則，一條記錄就可以表示一片子網(wǎng)，提高了傳輸速率。再次，增加了對(duì)流支持，提高了其支撐設(shè)備的兼容性，為多媒體技術(shù)提供了更多的展示空間。最后，提高了安全性能，增加了數(shù)據(jù)保護(hù)強(qiáng)度。因此，支持IPv6的高速工業(yè)交換機(jī)、無線路由器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等在各工廠都發(fā)揮了積極作用，使工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更安全、更高速。如圖1所示，IPv6增加了對(duì)流支持，提高了天線增益，從而提高了接受設(shè)備的靈敏度與傳輸速率。

圖1 無線路由器天線參數(shù)

2.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化工業(yè)制造、項(xiàng)目檢測(cè)方面起到了重要作用。通過建設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或是直接安裝相應(yīng)軟件，可以加強(qiáng)各操作部門間溝通，通過數(shù)據(jù)共享，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)整個(gè)生產(chǎn)過程。按照應(yīng)用工藝不同智能控制系統(tǒng)又被分為可編程控制系統(tǒng)和工控機(jī)控制系統(tǒng)兩類。

可編程控制系統(tǒng)，在操作時(shí)可以通過輸入相應(yīng)參數(shù)，選用不同工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)加工[1]。其智能處在于機(jī)器可以自己實(shí)現(xiàn)計(jì)算、分析、籌劃、檢驗(yàn)等程序，提高了工件的精度與準(zhǔn)度，而且其操作方便，抗干擾力強(qiáng)，因此，常被用于機(jī)械加工制造業(yè)。工控機(jī)控制系統(tǒng)是將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)用結(jié)合，其操作總體呈線性操作結(jié)構(gòu)，多用于監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)，通過主控臺(tái)數(shù)據(jù)顯示，工作人員可以實(shí)時(shí)了解工藝設(shè)備、裝備的工作狀態(tài)，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。另外，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)理中，如在垃圾焚燒發(fā)電廠的滲濾液處理監(jiān)理系統(tǒng)中，就利用了工控機(jī)系統(tǒng)結(jié)合遙感技術(shù)，共同監(jiān)測(cè)處理池中的氨氮含量及金屬濃度。

結(jié)合能源管理有效進(jìn)行節(jié)能的EMS電能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常由人機(jī)交互界面、信息處理器、報(bào)警異常存儲(chǔ)、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫、多級(jí)權(quán)限管理構(gòu)成，通過遙測(cè)遙感技術(shù)采集數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)建立智能化模型，并按照數(shù)據(jù)核算，進(jìn)行告警反饋，從而合理調(diào)配負(fù)荷，起到節(jié)能作用。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)也被稱為傳感網(wǎng)，其衍生出的技術(shù)設(shè)備可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將生活中的物件與互聯(lián)網(wǎng)相連，并上傳數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行識(shí)別、定位、管理等操作。其設(shè)備中最常用的是射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），其原理為電子標(biāo)簽接受射頻傳輸閱讀器上的微波信號(hào)，在生活中最常見的是公交卡、飯卡等。當(dāng)然，現(xiàn)在該項(xiàng)技術(shù)也在各行各業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用，如高速公路上的ETC識(shí)別、車站二代身份證識(shí)別等[2]。

物聯(lián)網(wǎng)另一個(gè)影響未來科技走向的是5G技術(shù)，通過邊緣計(jì)算架起物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界的高速橋梁，將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心向邊緣側(cè)延伸，將加速ICT融合落地。通過搭建全新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)架，縮短實(shí)時(shí)周期數(shù)據(jù)分析時(shí)間，從而更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)智能化處理與執(zhí)行，滿足了自動(dòng)化建設(shè)中的低延時(shí)數(shù)據(jù)處理要求。如圖2所示，在邊緣計(jì)算技術(shù)影響下的5G三大應(yīng)用場(chǎng)景中，超低時(shí)延、大帶寬和海量連接的特點(diǎn)滿足了行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。

2.4 人工智能技術(shù)

人工智能為計(jì)算機(jī)學(xué)科的分支，通過人工智能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)自趨優(yōu)的生產(chǎn)特點(diǎn)。在日常生產(chǎn)中，人工智能被運(yùn)用已愈來愈趨于多元化，據(jù)預(yù)計(jì)，2020年人工智能市場(chǎng)的復(fù)合年增長率將達(dá)到44.5%。人工智能可分為自然語言處理、語音識(shí)別、交叉領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用較為廣泛。

在生產(chǎn)中，人工智能可以多維度、深層次采集工業(yè)數(shù)據(jù)，并通過異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣處理，搭建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。匯集生產(chǎn)中的智能要素，優(yōu)化資源配置，并能有效協(xié)助設(shè)計(jì)員突破智能生產(chǎn)瓶頸，提高生產(chǎn)質(zhì)量。在醫(yī)療中，其語言處理系統(tǒng)，能自動(dòng)識(shí)別病歷中的臨床變量，并更新數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用智能算法，找出其他相關(guān)變量，形成可行性圖文報(bào)告，相當(dāng)于一個(gè)學(xué)醫(yī)8年的研究生水平。同樣頁數(shù)的病歷，其信息獲取速度比平常醫(yī)生快362.5倍。結(jié)合語音識(shí)別系統(tǒng)能有效幫助HIS，PACS系統(tǒng)，識(shí)別病人語音，提高自助就診效率，并對(duì)病患分群，提出針對(duì)性解決方案。在安防方面，計(jì)算機(jī)視覺可通過人類表情、語音等來進(jìn)行身份識(shí)別，并且在事前預(yù)判和事后追蹤等方面都能提供有效幫助。

如圖3所示，當(dāng)今的人工智能技術(shù)以機(jī)器深度學(xué)習(xí)為核心，在視覺、語音、自然語言等應(yīng)用領(lǐng)域迅速發(fā)展，通過三維一體相互轉(zhuǎn)換，有效提升社會(huì)各領(lǐng)域的智能化水平，給傳統(tǒng)領(lǐng)域帶來顛覆性變革。

3 智能制造的發(fā)展趨勢(shì)

目前，從國際角度來看，我國制造業(yè)整體發(fā)展水平還不夠樂觀。很多設(shè)備生產(chǎn)雖然已經(jīng)達(dá)到批量化規(guī)模，但是一些核心技術(shù)仍需要?jiǎng)?chuàng)新突破。2015年，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》，為國家制造業(yè)今后的規(guī)劃路線、發(fā)展思路以及智能制造突破重點(diǎn)提出了明確指導(dǎo)[3]。

3.1 強(qiáng)化基礎(chǔ)，提高綜合實(shí)力

智能制造的核心關(guān)鍵點(diǎn)在于技術(shù)與創(chuàng)新，需要大批量的技術(shù)人才投入到智能產(chǎn)業(yè)研究中。所以教育部應(yīng)率先做出示范，利用高校人才優(yōu)勢(shì)，選出5～6所高校，開設(shè)核心技術(shù)實(shí)驗(yàn)班。明確劃分智能制造機(jī)器的應(yīng)用方向，并設(shè)定學(xué)士、碩士、博士規(guī)定人數(shù)，加強(qiáng)對(duì)外交流，開闊學(xué)生眼界，提高學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力。除了提高技術(shù)交流外，國家可以設(shè)立智能制造孵化園，讓學(xué)生可以發(fā)揮所學(xué)進(jìn)行實(shí)踐，在不斷的創(chuàng)新與改進(jìn)中突破關(guān)鍵技術(shù)[4]。

3.2 兩化融合，提高使用率

為落實(shí)《中國制造2025》的指導(dǎo)思想，國家應(yīng)加快現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)加工制造業(yè)的融合，利用已經(jīng)掌握的技術(shù)，加大設(shè)備生產(chǎn)，并出臺(tái)相應(yīng)政策，勒令一些加工制造廠更換設(shè)備，提高生產(chǎn)力。工業(yè)部應(yīng)通過走訪調(diào)查，解決一些邊遠(yuǎn)地區(qū)廠子設(shè)備更換困難或是技術(shù)人員不足的問題，增加扶持政策幫助更換設(shè)備，并且加強(qiáng)技術(shù)人員培訓(xùn)，提高其綜合實(shí)力。對(duì)于一些已經(jīng)融合轉(zhuǎn)化的制造廠，要鼓勵(lì)其大規(guī)模應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，并創(chuàng)新融合模式，加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)研究，攻破部件加工困難的問題，提高自身生產(chǎn)力的同時(shí)強(qiáng)化國家工業(yè)基礎(chǔ)。對(duì)于示范點(diǎn)，則要加強(qiáng)監(jiān)督，并鼓勵(lì)其加強(qiáng)對(duì)外交流，通過綠色通道引入更多技術(shù)人才，來幫助攻克核心技術(shù)，提高設(shè)備生產(chǎn)精準(zhǔn)度，打造專屬品牌，在發(fā)展自身的同時(shí)提高國家制造業(yè)競(jìng)爭力[5]。

3.3 綠色制造，提高持續(xù)生產(chǎn)力

在大力發(fā)展生產(chǎn)力的同時(shí)，仍要走可持續(xù)發(fā)展道路。發(fā)展制造業(yè)的同時(shí)，應(yīng)注意周邊環(huán)境的生態(tài)文明建設(shè)?？梢酝ㄟ^兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：第一，引入新型智能環(huán)保設(shè)備或是工藝流程，在保證產(chǎn)量的同時(shí)，提高資源利用率，從根本上降低工業(yè)污染的排放。另外，可以用環(huán)保材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，減少不必要的資源浪費(fèi)。第二，在廠內(nèi)增設(shè)工業(yè)污染處理設(shè)備，通過智能化操作系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)廢料處理流程及有害物質(zhì)殘存成分，并將剩余資源進(jìn)行回收再利用，增長產(chǎn)業(yè)綠色循環(huán)周期，助力可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

智能機(jī)器具有分析推理、學(xué)習(xí)維護(hù)等生產(chǎn)特性，投入到生產(chǎn)制造業(yè)中，可以帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其信息設(shè)備技術(shù)，也加強(qiáng)了人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器3方面的溝通，有著極高的應(yīng)用價(jià)值。目前我國智能制造技術(shù)應(yīng)用廣泛，但部分核心技術(shù)突破仍是重點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)人才培養(yǎng)，從而多層次推廣應(yīng)用。

作者簡介：郭繼超（1981— ），男，山東高密人，工程師，學(xué)士;研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，智能制造。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張凱.智能制造探索應(yīng)用之路[J].汽車工藝師，2019（9）：10-16，20.

[2]蔣建強(qiáng).智能制造業(yè)智能化發(fā)展模式與對(duì)策方案[J].輕工科技，2019（9）：149-150，152.

[3]蔡春堂.智能制造及其核心信息設(shè)備的研究進(jìn)展及趨勢(shì)探討[J].四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（4）：145-148.

[4]辛仁周.推進(jìn)智能制造要把掌握關(guān)鍵核心技術(shù)作為重點(diǎn)[J].決策探索，2017（12）：6.

[5]趙升噸，賈先.智能制造及其核心信息設(shè)備的研究進(jìn)展及趨勢(shì)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2017（1）：14-16.

Research progress and trend of intelligent manufacturing and its core information equipment

Guo Jichao

（NR Electric Co.， Ltd.， Nanjing 211100， China）

Abstract：In recent years， manufacturing industry has played an important role in promoting the living standard and national economic development of our country. From the manufacture of large industrial equipment to the processing of small components， the manufacturing industry has shown its importance all the time. With the advent of the information age， the Internet has played an innovative role in the whole manufacturing industry， resulting in a new idea of intelligent manufacturing. Intelligent manufacturing can not only speed up the production efficiency of manufacturing industry， but also improve the product quality， which has a positive impact on the improvement of comprehensive national strength. This paper will discuss the research progress and trend of intelligent manufacturing and its core information equipment.

Key words：intelligent manufacturing; core information equipment; research progress; tren