工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造推動下的自動化技術(shù)研究

陳 蓉

（江蘇省淮陰商業(yè)學(xué)校，江蘇淮安 223003）

0 引言

制造業(yè)是我國工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)動力，也是我國發(fā)展關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)。作為一個擁有“世界工廠”之稱的工業(yè)大國，我國在生產(chǎn)工廠的規(guī)模和數(shù)量都是世界其他國家不可比擬的，但是在生產(chǎn)技術(shù)方面，傳統(tǒng)的科研水平、創(chuàng)新能力不足，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，制約了我國制造業(yè)的發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)步，世界制造業(yè)都在發(fā)生變化，我國制造業(yè)也面對著嚴(yán)峻的轉(zhuǎn)型和升級課題，以應(yīng)對制造業(yè)全球化壓力和機(jī)遇。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造概念分析

隨著社會的進(jìn)步，社會信息化進(jìn)程不斷加快，在科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都得到了長足的進(jìn)步。很多行業(yè)當(dāng)前在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能技術(shù)的推動下，不斷衍生和進(jìn)步，提升行業(yè)效率。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造推動下的自動化技術(shù)也日趨成熟。智能制造實(shí)踐依靠工業(yè)制造技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，前者是采用先進(jìn)的生產(chǎn)物料和機(jī)械設(shè)備，以制造技術(shù)作為體現(xiàn)；后者是運(yùn)用云計(jì)算、人工智能和大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，使得工業(yè)設(shè)備、工業(yè)材料在生產(chǎn)效率上得到大幅度提升，優(yōu)化工業(yè)制造資源，創(chuàng)造差異化的增值服務(wù)和產(chǎn)品性能。

（1）現(xiàn)代工業(yè)智能發(fā)展與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自動化技術(shù)的推動緊密關(guān)聯(lián)。應(yīng)用智能制造基礎(chǔ)設(shè)施，使得工業(yè)智能化形成了綜合互聯(lián)、數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、閉環(huán)運(yùn)行等先進(jìn)化模式。例如機(jī)械設(shè)備的閉環(huán)制造，基于機(jī)器運(yùn)行數(shù)據(jù)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算和實(shí)時感知。在經(jīng)過不斷地調(diào)整和設(shè)備的優(yōu)化之后，運(yùn)用柔性生產(chǎn)和智能系統(tǒng)構(gòu)建，在生產(chǎn)運(yùn)行上獲得了多種場景的智能生產(chǎn)模式［1］。

（2）優(yōu)化閉環(huán)核心是進(jìn)行信息技術(shù)數(shù)據(jù)、制造執(zhí)行數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)等處理。在生產(chǎn)運(yùn)行管理、動態(tài)優(yōu)化和調(diào)整方面，基于企業(yè)協(xié)作的控制內(nèi)容包括進(jìn)行供應(yīng)鏈的綜合集成和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶交互。應(yīng)對用戶個性化定制和產(chǎn)品服務(wù)需求，將資源加以重新創(chuàng)新，采用創(chuàng)新型的商業(yè)活動，形成新的網(wǎng)絡(luò)合作模式，使得個性化定制和服務(wù)得到擴(kuò)展。

（3）目前，我國制造業(yè)在應(yīng)對科技與產(chǎn)業(yè)變革中，對于新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢不斷推進(jìn)，使得我國制造業(yè)向著國際強(qiáng)國的方向發(fā)展。在這一進(jìn)程中，工業(yè)的發(fā)展得到了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以及基礎(chǔ)技術(shù)等的支持，制造業(yè)的整體效率得到很大提升，正在實(shí)現(xiàn)向數(shù)字化發(fā)展的轉(zhuǎn)型，帶動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及智能制造技術(shù)，廣泛體現(xiàn)為制造業(yè)自動化技術(shù)和信息技術(shù)的集成。目前，企業(yè)投入更多的研發(fā)經(jīng)費(fèi)運(yùn)用在自動化技術(shù)領(lǐng)域，向著數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為未來發(fā)展趨勢，可以預(yù)見中國制造向著智能化發(fā)展已經(jīng)成為核心技術(shù)推動力，席卷全球的新的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)正在形成［2］。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造中的自動化技術(shù)分析

在新一輪的產(chǎn)業(yè)革命中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。基于智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的自動化技術(shù)分析，自動化技術(shù)可以分為制造系統(tǒng)自動化、自動化精密特殊加工、自動化快速成型、自動化傳感系統(tǒng)等，相關(guān)技術(shù)具體的特征體現(xiàn)為：安全、經(jīng)濟(jì)、高效、智能。

（1）通過計(jì)算機(jī)驅(qū)動，對于裝置生產(chǎn)、產(chǎn)品運(yùn)行、設(shè)備構(gòu)造等進(jìn)行自動化監(jiān)控，使得制造業(yè)在制造生產(chǎn)過程中能夠合理地進(jìn)行相關(guān)技術(shù)參數(shù)的控制，完成自動報(bào)警、自動信息處理、自動保護(hù)的動作。在基礎(chǔ)設(shè)施中，自動化的儀器和設(shè)備裝置等發(fā)揮重要作用，有效的保證制造設(shè)備能夠安全有效運(yùn)行，機(jī)械性能得到大大提升，人員勞動力耗費(fèi)被降低，勞動條件得到大幅度改觀，有效地降低了工業(yè)生產(chǎn)成本［3］。例如制造系統(tǒng)自動化技術(shù)中的數(shù)控機(jī)床加工、單機(jī)自動化和計(jì)算機(jī)智能化的精密特殊加工技術(shù)。以上自動化基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)具有特殊的物理特性和化學(xué)特性，對于難加工的陶瓷、金剛石可以進(jìn)行特殊的處理，達(dá)到分子或原子單位，實(shí)現(xiàn)超精密和精密加工，快速成型技術(shù)，對多個面的坐標(biāo)方向進(jìn)行疊加，形成三維實(shí)體，運(yùn)用三維空間程序進(jìn)行離散和堆積成型。實(shí)體制造業(yè)采用三維固體疊加方法，快速進(jìn)行技術(shù)成型，運(yùn)用在夾層制造和立體蝕刻等方面的自動化技術(shù)也趨于成熟。值得一提的是，柔性制造在主機(jī)應(yīng)用上采用一定量的數(shù)控機(jī)床的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，將信息流和物質(zhì)流加以串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)目標(biāo)，對零件進(jìn)行調(diào)整之后，形成不同工序的加工目標(biāo)，成為當(dāng)前制造業(yè)技術(shù)的重要標(biāo)志性自動化技術(shù)之一。

（2）自動化制造技術(shù)應(yīng)用下的智能生產(chǎn)方式的應(yīng)用前景十分廣泛。近年來，隨著國家供給側(cè)改革政策的推動，工業(yè)領(lǐng)域如鋼鐵、汽車、紡織等行業(yè)面對產(chǎn)業(yè)升級創(chuàng)新要求，在新動能轉(zhuǎn)換方面進(jìn)行了制造業(yè)的各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下的制造業(yè)創(chuàng)新平臺。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造密切相關(guān)，其重點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)為核心、安全為保障、數(shù)據(jù)為工業(yè)智能化提供核心驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)數(shù)據(jù)交換和工業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)提供支撐，為數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)的安全提供保障。

（3）通過構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)平臺，將網(wǎng)絡(luò)平臺安全作為重點(diǎn)，推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)加的提升，使得傳統(tǒng)制造向生產(chǎn)服務(wù)型轉(zhuǎn)變。例如工業(yè)云平臺的延伸發(fā)展，其本質(zhì)是在傳統(tǒng)的工作平臺上，疊加物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)，形成數(shù)據(jù)采集體系，完成更準(zhǔn)時、更高效、更實(shí)時的數(shù)據(jù)存儲、訪問、分析和管理。新一輪的科技變革和產(chǎn)業(yè)變革給自己也帶來了發(fā)展機(jī)遇，促進(jìn)企業(yè)向智能化、生產(chǎn)服務(wù)型轉(zhuǎn)變。而進(jìn)行智能制造的關(guān)鍵是進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在這個過程中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施不斷提升，產(chǎn)值迎來了爆發(fā)式的增長。

3 自動化技術(shù)支持下智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系

社會各行業(yè)領(lǐng)域范圍內(nèi)技術(shù)的創(chuàng)新升級與改造，表現(xiàn)尤為突出的是智能化技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域中的不斷運(yùn)用，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造是緊密相連的。智能制造改變了原有傳統(tǒng)的機(jī)械工程自動化的模式，促使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)自動化技術(shù)在眾多領(lǐng)域中以高效快捷的方式替代了單一、效率低的落后技術(shù)。

（1）從表征進(jìn)行分析兩者各有側(cè)重。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)側(cè)重于工業(yè)服務(wù)，智能制造側(cè)重于工業(yè)制造，其本質(zhì)是圍繞個性化定制和服務(wù)延伸化，實(shí)現(xiàn)智能制造和智能服務(wù)。當(dāng)前工業(yè)平臺為企業(yè)提供定制化服務(wù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)幫助企業(yè)“云”實(shí)現(xiàn)智能制造發(fā)展路徑。

（2）智能制造是全國工業(yè)企業(yè)發(fā)展目標(biāo)，向著智能化、自動化轉(zhuǎn)變，是目前工廠企業(yè)在進(jìn)行改革過程中需要面對的重要課題。隨著工業(yè)領(lǐng)域的需求不斷增多，產(chǎn)業(yè)革命持續(xù)進(jìn)行，人們對于物質(zhì)品質(zhì)的要求不斷提升。面對人力成本不斷上漲和材料成本不斷提升等雙重因素，企業(yè)要盈利就必須要向智能化靠攏，實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型。目前，市場工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模巨大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)長期發(fā)展已經(jīng)向著利好方向邁進(jìn)。從發(fā)展現(xiàn)狀來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)讓企業(yè)建筑平臺實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，通過企業(yè)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，使得產(chǎn)業(yè)互聯(lián)向著服務(wù)延伸、精準(zhǔn)對接、個性化定制需求，智能化生產(chǎn)和制造的目標(biāo)不是機(jī)器和生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)智能化所能涵蓋的，而是整個生產(chǎn)流程均實(shí)現(xiàn)智能化。通過傳感器的布置，以無線通信技術(shù)為支撐，搭建云平臺，采用全流、流程采集形成生產(chǎn)到管理的閉環(huán)管控。通過科學(xué)和分析，使得互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用。智能制造實(shí)現(xiàn)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打造了全新的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。

（3）未來智能化無人工廠將實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能化的結(jié)合。首先工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶動互聯(lián)網(wǎng)融合，在生產(chǎn)過程中覆蓋工業(yè)生產(chǎn)周期，進(jìn)行信息采集和分析，利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資源配置延伸服務(wù)和協(xié)同合作，工廠或網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，形成了多類互聯(lián)主體，企業(yè)主體包括工業(yè)制造、工業(yè)服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等，能夠提供基本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)。而工業(yè)服務(wù)企業(yè)則對智能產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)建模分析，形成用戶服務(wù)的創(chuàng)新型業(yè)態(tài)?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)利用平臺資源，實(shí)現(xiàn)對企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的資源配置，上述企業(yè)角色不斷轉(zhuǎn)換和滲透。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主體表現(xiàn)為工廠信息系統(tǒng)、智能產(chǎn)品協(xié)作、企業(yè)用戶控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)規(guī)模上機(jī)器控制和信息系統(tǒng)形成互聯(lián)，進(jìn)一步擴(kuò)展到用戶服務(wù)等方面，新型的傳感設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)予以支持。

4 自動化技術(shù)與智能制造的發(fā)展前景

當(dāng)前，無論在理論學(xué)術(shù)論述還是工程企業(yè)的實(shí)踐中，討論智能制造的各種實(shí)現(xiàn)途徑時，遇到的第一個問題實(shí)際上是連接問題，如果不解決這個問題則無法推進(jìn)其他問題的實(shí)現(xiàn)。未來互聯(lián)類型的企業(yè)發(fā)展路徑要面對的互聯(lián)網(wǎng)中互聯(lián)關(guān)系更加復(fù)雜性，必須要超出傳統(tǒng)OT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)，將商業(yè)能力、用戶服務(wù)、設(shè)計(jì)能力等連接為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，覆蓋現(xiàn)有的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)。在工廠內(nèi)部，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)予以融合，機(jī)器設(shè)備從端到端實(shí)現(xiàn)IP互聯(lián)，整個制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互協(xié)同，更加擴(kuò)大范圍，層次更加深入。

（1）通過IP互聯(lián)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)全過程信息采集。工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議為支持的現(xiàn)場IP地址分配，能夠?qū)崿F(xiàn)控制信息和IP流量的貢獻(xiàn)傳送，采用扁平化管理，減少數(shù)據(jù)傳送層級，實(shí)現(xiàn)IT系統(tǒng)和工業(yè)數(shù)據(jù)的快速流通。將傳統(tǒng)現(xiàn)場及車間級、控制級等復(fù)雜分層轉(zhuǎn)變?yōu)楸馄交木W(wǎng)絡(luò)管控，利用各種無線技術(shù)支持工廠實(shí)現(xiàn)信息采集和傳送，消除信息死角。運(yùn)用工業(yè)場景無線技術(shù)，在實(shí)際部署上解決電磁信道干擾、低功耗、可靠性等關(guān)鍵問題。

（2）利用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的構(gòu)建。完成低功耗、大連接、可靠性高的無限工業(yè)領(lǐng)域的建設(shè)，面向柔性生產(chǎn)需求，進(jìn)行靈活組網(wǎng)、動態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的靈活組織和控制。按照制造環(huán)節(jié)，進(jìn)行設(shè)備、工具、機(jī)器的互聯(lián)，采用生產(chǎn)規(guī)模定制化進(jìn)行資源組織的管控，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)調(diào)整。以軟件定義網(wǎng)絡(luò)，SDN新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，打破工廠原有內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)剛性組織局限，適應(yīng)智能生產(chǎn)線自組織和敏捷部署的要求。

（3）OT系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)融合。從網(wǎng)絡(luò)層面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程調(diào)整和維護(hù)，需要通過互聯(lián)網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的OT系統(tǒng)控制。如在一些企業(yè)，i5平臺初步實(shí)現(xiàn)對不同地理位置機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)極高要求的實(shí)施控制和同步實(shí)施控制。定制企業(yè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)平面，實(shí)現(xiàn)對帶寬和服務(wù)質(zhì)量的定制，為企業(yè)提供獨(dú)立的鏈路資源VPN以及開放的網(wǎng)絡(luò)可編程系統(tǒng)，通過智能工業(yè)產(chǎn)品信息采集和聯(lián)網(wǎng)，將工業(yè)企業(yè)的新產(chǎn)品服務(wù)模式加以構(gòu)建。以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析平臺為代表的品延伸服務(wù)，可以進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)、產(chǎn)品監(jiān)測，將工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值鏈予以不斷擴(kuò)大。

5 結(jié)語

智能化是一個產(chǎn)業(yè)共識，包括邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等，真正的智能制造和自動化技術(shù)的應(yīng)用卻并非想象中那么簡單。目前，我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和智能制造不斷推進(jìn)，加快自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)和部署落實(shí)，需要采用規(guī)模應(yīng)用的方式，以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的形式實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)以及研究機(jī)構(gòu)的力量融合；加強(qiáng)新技術(shù)與工業(yè)領(lǐng)域融合技術(shù)的研究，以新興技術(shù)領(lǐng)域作為突破點(diǎn)，不斷地爭取向新的發(fā)展方向邁進(jìn)；緊追國際工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展步伐，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新平臺，真正的搭建起工業(yè)云平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)、自動化技術(shù)架構(gòu)。引領(lǐng)和支撐我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開展產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式下中國工業(yè)企業(yè)的智能制造產(chǎn)業(yè)態(tài)勢。