物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用

楊永泉

（廣州因明智能科技有限公司，廣州 510000）

首先，介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)概念，包括物聯(lián)網(wǎng)的定義、特征、工作核心、優(yōu)勢(shì)以及在智能制造中發(fā)揮的作用等。其次，介紹智能制造系統(tǒng)的基本特征，指出智能制造系統(tǒng)的運(yùn)作過(guò)程和基本原理及其應(yīng)用發(fā)展要達(dá)到的目標(biāo)。再次，根據(jù)目前科技的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造中的幾種應(yīng)用場(chǎng)景。最后，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造的特性及其應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展，展望物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造的融合。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上不斷延伸和拓展，將各種信息設(shè)備、傳感設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)終端等連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，打破了時(shí)間的壁壘和地點(diǎn)的限制，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物三者的無(wú)障礙溝通連接。早在1995年，比爾蓋茨就提出了物聯(lián)網(wǎng)這一概念。但是，當(dāng)時(shí)的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還不夠發(fā)達(dá)，硬件設(shè)施和傳感設(shè)備的發(fā)展在很大程度上限制了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，因此當(dāng)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并未引起人們的重視。

隨著科技的發(fā)展和信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)應(yīng)用越來(lái)越廣泛?，F(xiàn)階段，人們的生活、生產(chǎn)早已離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)用，使得物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用價(jià)值隨之體現(xiàn)。在以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)和核心的前提下，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)物相連，充分拓展和延伸了互聯(lián)網(wǎng)，成功打破了萬(wàn)物之間的信息交換和通信壁壘[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)萬(wàn)物相連的工作原理在于，它在接收或設(shè)定相關(guān)協(xié)議后，按照約定的協(xié)議，采用射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)以及激光掃描器等信息傳感設(shè)備，將萬(wàn)物與互聯(lián)網(wǎng)相連，并進(jìn)行信息交換和通信。信息交換和通信是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。此過(guò)程通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)萬(wàn)物進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間任何地點(diǎn)的人、機(jī)、物的互通互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈，如圖1所示。上游為感應(yīng)終端生產(chǎn)商，中游為終端集成商，下游為系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商，通過(guò)各種智能儀器、設(shè)備等收集信息，傳輸分送到集成設(shè)備上，最后在不同類(lèi)型的運(yùn)營(yíng)商及應(yīng)用軟件中呈現(xiàn)信息。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈

物聯(lián)網(wǎng)在智能制造中處理信息的功能體現(xiàn)在獲取信息、傳送信息、處理信息和施效信息幾點(diǎn)方面。其中：獲取信息是感知、識(shí)別信息，并將獲取的信息以相應(yīng)的方式表達(dá)；傳送信息是將信息從一個(gè)任務(wù)傳到另一個(gè)任務(wù)；處理信息是在接收和傳送信息的過(guò)程中對(duì)信息進(jìn)行感知和加工，最后做出決策；施效信息則在過(guò)程的最后所發(fā)揮的作用中體現(xiàn)，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)對(duì)象的狀態(tài)，并按照對(duì)象預(yù)設(shè)好的狀態(tài)表現(xiàn)。

2 智能制造系統(tǒng)介紹

智能制造是在人工智能的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)和衍生的制造系統(tǒng)和技術(shù)，由智能機(jī)器和專(zhuān)家共同組成。在生產(chǎn)制造的過(guò)程中，同時(shí)存在一個(gè)分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策的智能活動(dòng)，推動(dòng)了制造自動(dòng)化的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化過(guò)程的延展、智能和高集成。智能制造系統(tǒng)的總體構(gòu)架，如圖2所示。

圖2 智能制造系統(tǒng)的總體構(gòu)架

目前，智能制造系統(tǒng)包括多智能體系統(tǒng)和整子系統(tǒng)兩大類(lèi)型。多智能體系統(tǒng)又稱(chēng)為Agent。在商品經(jīng)濟(jì)多動(dòng)中，將被授權(quán)代表委托的一方稱(chēng)為代理商（Agent）。之后這一概念被借用到人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，用以描述計(jì)算機(jī)軟件的智能行為。多智能體系統(tǒng)技術(shù)為智能制造過(guò)程中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造等提供了一種智能化方法，也為集成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和并行設(shè)計(jì)的完成提供了行之有效的方法[2]。整子系統(tǒng)是由不同種類(lèi)的整子構(gòu)成的系統(tǒng)。整子系統(tǒng)具有自治性、合作性和智能性特征，這是因?yàn)橐粋€(gè)整子系統(tǒng)中的每一個(gè)整子都可以獨(dú)自控制自身的行為，可以單獨(dú)響應(yīng)外界發(fā)生的變化，滿(mǎn)足不同的需求。一個(gè)整子系統(tǒng)中的每個(gè)整子之間能夠進(jìn)行相互合作，既可以請(qǐng)求其他整子執(zhí)行任務(wù)，也能向其他整子提出操控申請(qǐng)。整子系統(tǒng)中的自治性和合作性特征，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的推理和判斷能力，一定程度上體現(xiàn)了其智能化特征。此外，整子系統(tǒng)具有較好的敏捷性和柔性，在智能制造的未來(lái)發(fā)展中占據(jù)重要地位。

智能制造的基本原理是在分布式制造的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，以分布式集成為基本思想，應(yīng)用多智能體系統(tǒng)的理論和方法，實(shí)現(xiàn)制造單元的智能化集成。多智能體系統(tǒng)中的個(gè)體制造單元具備自主性，能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)自治、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，從而集成一個(gè)功能完善具有自組織能力的完整系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，智能系統(tǒng)還具有自診斷和自我修復(fù)功能，大大提高了智能制造的可靠性和安全性。無(wú)論是自適應(yīng)能力還是與外界環(huán)境的交互能力，都使其能夠很好地執(zhí)行任務(wù)并進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集

在傳統(tǒng)的智能制造中，設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集以單點(diǎn)形式進(jìn)行。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造的應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集是以從單點(diǎn)到全局最后掌控全局的形式呈現(xiàn)的。在一般的制造業(yè)工廠(chǎng)中，它生產(chǎn)的品牌和產(chǎn)品類(lèi)型往往多種多樣，意味著一個(gè)工廠(chǎng)中有多個(gè)不同類(lèi)型的生產(chǎn)設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)和進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)方式是逐個(gè)采集生產(chǎn)不同品牌的設(shè)備數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，然后上傳到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)品牌設(shè)備的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同，因此需要對(duì)它們進(jìn)行獨(dú)立分析。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的智能制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集可以將不同品牌的生產(chǎn)設(shè)備信息上傳到同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)智能系統(tǒng)中儲(chǔ)存的不同品牌的參數(shù)記載，整體分析相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行全局優(yōu)化。這個(gè)過(guò)程中，設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集更簡(jiǎn)單，處理過(guò)程更有條理，分析結(jié)果更具有價(jià)值，更有利于全局決策。

3.2 生產(chǎn)設(shè)備的故障與檢修

在傳統(tǒng)工廠(chǎng)的生產(chǎn)設(shè)備故障處理與檢修過(guò)程中，往往是某一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)才進(jìn)行全面的停電檢修工作。有的工程如汽車(chē)組裝中組裝某個(gè)產(chǎn)品需要上百道工序，當(dāng)其中一個(gè)產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要逐步排查才能知道問(wèn)題具體出現(xiàn)在哪一道工序，不僅處理過(guò)程耗時(shí)耗力，而且故障處理效率十分低下，嚴(yán)重影響了工廠(chǎng)的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益[3]。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，應(yīng)用智能制造能實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對(duì)，通過(guò)比對(duì)預(yù)知故障的發(fā)生和確定故障發(fā)生在哪個(gè)環(huán)節(jié)。一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)甚至提前進(jìn)行檢修更換，以便可以在最短時(shí)間內(nèi)完成生產(chǎn)設(shè)備的故障檢修工作，同時(shí)降低生產(chǎn)過(guò)程因產(chǎn)生故障造成的損失。

3.3 降低產(chǎn)品的維護(hù)成本和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

許多制造企業(yè)都需要對(duì)出廠(chǎng)的產(chǎn)品進(jìn)行定期維護(hù)和保養(yǎng)。這不僅是制造企業(yè)制造生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)必要環(huán)節(jié)，還會(huì)增加企業(yè)的成本支出。例如，某鍋爐制造企業(yè)在對(duì)本廠(chǎng)出產(chǎn)的鍋爐進(jìn)行定期維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，原先采用人工巡檢模式，即在規(guī)定時(shí)間內(nèi)由人工進(jìn)行檢查和運(yùn)行數(shù)據(jù)信息記錄。這種方式不僅效率低，還容易出現(xiàn)檢查疏漏或數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能制造系統(tǒng)不僅能夠根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)檢查鍋爐狀態(tài)，還能有效保存鍋爐的運(yùn)行數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可第一時(shí)間進(jìn)行維護(hù)檢修，降低了鍋爐的售后服務(wù)成本。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化鍋爐參數(shù)的過(guò)程中，能夠根據(jù)實(shí)際工作情況及時(shí)調(diào)整鍋爐參數(shù)，延長(zhǎng)其使用壽命。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造的融合

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造的融合，標(biāo)志著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)。所謂工業(yè)4.0時(shí)代，就是生產(chǎn)智能化、設(shè)備智能化、能源管理智能化和供應(yīng)鏈管理智能化的時(shí)代，基本模式如圖3所示。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能制造融合的基本模式

生產(chǎn)制造的物理系統(tǒng)與信息傳遞的信息系統(tǒng)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同交互下實(shí)現(xiàn)了有機(jī)結(jié)合。在高素質(zhì)操作者的操作下，線(xiàn)上控制全球化工廠(chǎng)和社會(huì)化設(shè)備，無(wú)障礙生產(chǎn)智能產(chǎn)品和虛擬化生產(chǎn)產(chǎn)品，這一過(guò)程也稱(chēng)為物理信息生產(chǎn)系統(tǒng)[4-5]。這種新的生產(chǎn)模式將對(duì)未來(lái)的商業(yè)發(fā)展、管理模式、企業(yè)組織模式和人才需求產(chǎn)生巨大影響。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用已經(jīng)取得階段性成果，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。文章依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的基本內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用進(jìn)行了研究探討。