淺談人工智能在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

張軒營(yíng)

河南龍華紡織器材有限公司，中國(guó)·河南 三門峽 472000

在機(jī)械加工領(lǐng)域中，傳統(tǒng)紡織機(jī)械加工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)的復(fù)雜性高，對(duì)技術(shù)人員的要求較高。其中，絕大多數(shù)是單機(jī)操作，需要大量的人員消耗，不能保證加工產(chǎn)品的一致性。然而，人工智能對(duì)這些問題進(jìn)行了必要的改進(jìn)，數(shù)字操作降低了設(shè)備的復(fù)雜性和人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備的可操作性和產(chǎn)品的一致性，培養(yǎng)了人員數(shù)字經(jīng)濟(jì)帶來的知識(shí)和理論，提高了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造了更高的企業(yè)效益。人工智能紡織機(jī)械的發(fā)展目前正變得尤為重要。

數(shù)字化；人工智能；機(jī)械

1 引言

人工智能的概念最早于1956 年由麥卡賽、明斯基等人提出。此后人工智能的發(fā)展較為波折，可以將其發(fā)展歷程分為五個(gè)階段：第一階段為1956—1974 年，這一階段可以稱為黃金年代。第二階段為1974—1980 年，是人工智能的第一次低估，人工智能的發(fā)展遇到了瓶頸，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力、問題的復(fù)雜程度、數(shù)據(jù)庫(kù)的大小以及莫拉維克悖論等，都一定程度地限制了人工智能的發(fā)展。第三階段為1980—1987 年，是繁榮階段，一類名為“專家系統(tǒng)”的人工智能程序，被全球大量公司所采納，各國(guó)也開始繼續(xù)向人工智能領(lǐng)域投入資金。第四階段為1987—1993 年，人工智能的發(fā)展再一次進(jìn)入低谷[1]。第五階段為1993 年至今，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的一系列人工智能技術(shù)得到了快速發(fā)展，迎來再一次繁榮。

2 人工智能在紡織機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)中的優(yōu)勢(shì)

2.1 紡織機(jī)械設(shè)計(jì)

近些年，隨著自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展和使用，人工智能在紡織機(jī)械加工也有了一定范圍內(nèi)的應(yīng)用，人們對(duì)人工智能在紡織器材加工領(lǐng)域的研究也越來越深。作為一種智能系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)全自動(dòng)化，減少設(shè)計(jì)的主觀因素。相比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)中人工智能的技術(shù)的應(yīng)用尤其的顯著，在當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展如此迅速的今天，PLC技術(shù)作為一種全新的管理技術(shù)方式，之所以在機(jī)械設(shè)計(jì)中可以得到廣泛的應(yīng)用，都源于人工智能為整個(gè)系統(tǒng)提供了高效的技術(shù)支持，可以實(shí)現(xiàn)靈活的全方位的機(jī)械運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.1.1 降低人工成本提高生產(chǎn)效率

傳統(tǒng)的紡織機(jī)械設(shè)計(jì)都依賴人工來完成，一方面要投入大量的人工成本，另一方面受人的影響比較明顯。人工智能技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中有效地解決了這些問題，借助人工智能降低了人工成本的投入，很多環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化智能化，系統(tǒng)可以24 小時(shí)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，還可以更加精確和預(yù)警故障問題，在零部件的設(shè)計(jì)制造方面，精準(zhǔn)性和直觀性更強(qiáng)。

2.1.2 簡(jiǎn)化優(yōu)化紡織機(jī)械設(shè)計(jì)流程

傳統(tǒng)的紡織機(jī)械設(shè)計(jì)過程，很多環(huán)節(jié)需要反復(fù)嘗試和實(shí)驗(yàn)，才能敲定方案，并投入大規(guī)模的生產(chǎn)，在整個(gè)過程中，人工耗損很大，且人工誤差也比較大，人工智能在設(shè)計(jì)應(yīng)用中推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化和智能化，在機(jī)械設(shè)計(jì)中很多環(huán)節(jié)是基于強(qiáng)大的智能技術(shù)和信息系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)更科學(xué)更合理的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和測(cè)試，不再需要過多的人工參與和操作，很多設(shè)計(jì)流程被簡(jiǎn)化和優(yōu)化，系統(tǒng)關(guān)系更加清晰，操作上更加便捷和順暢。并且人工智能系統(tǒng)反應(yīng)速度快、工作質(zhì)量高。所以，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，人工智能的應(yīng)用越來越廣泛[2]。

2.1.3 推動(dòng)傳統(tǒng)紡織機(jī)械行業(yè)的轉(zhuǎn)型

任何行業(yè)的生存和發(fā)展都要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的規(guī)律。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們已經(jīng)步入了智能時(shí)代，人工智能被廣泛地運(yùn)用的各行各業(yè)。但是中國(guó)的紡織機(jī)械加工行業(yè)還在沿用傳統(tǒng)的機(jī)械制造工藝。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，人工智能走入紡織機(jī)械加工領(lǐng)域，推動(dòng)著中國(guó)紡織機(jī)械加工行業(yè)的轉(zhuǎn)型。

2.2 紡織機(jī)械制造

2.2.1 數(shù)控領(lǐng)域中人工智能的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，這就需要我們更加保證數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。人工智能在數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提高了數(shù)控機(jī)床的安全性，有效延長(zhǎng)了觸控機(jī)床的使用年。將人工技術(shù)運(yùn)用到數(shù)控機(jī)床上，可以通過智能系統(tǒng)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行整合，將加工數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，整個(gè)過程告別人工，系統(tǒng)進(jìn)行自主控制、檢查、故障排除等。

2.2.2 人工智能對(duì)電氣系統(tǒng)的優(yōu)化

電氣自動(dòng)化的發(fā)展對(duì)人工智能給予了充分的利用，使得電氣設(shè)備的優(yōu)化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。將人工智能大的作用切實(shí)的發(fā)揮出來，使得優(yōu)化時(shí)間大幅度縮短，設(shè)備質(zhì)量整體得到提升。原有的優(yōu)化方案對(duì)技術(shù)人員的工作閱歷掛鉤，增加的設(shè)備優(yōu)化的局限性。智能優(yōu)化在計(jì)算機(jī)的各種專家系統(tǒng)的加持下虛擬了各項(xiàng)電氣元器件，保證了傳統(tǒng)優(yōu)化的一些弊端，使電氣優(yōu)化的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)[3]。

2.3 紡織機(jī)械生產(chǎn)

2.3.1 提高機(jī)械生產(chǎn)安全性

在實(shí)際生產(chǎn)中安全性，穩(wěn)定性至關(guān)重要中國(guó)機(jī)械生產(chǎn)中頻繁發(fā)生人員傷亡事件，其主要原因是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，使用的工具不夠先進(jìn)，員工的操作缺乏科學(xué)有效的保障措施，從而埋下很大的隱患。人工智能自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)地、完整地對(duì)運(yùn)行設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，可以有效對(duì)應(yīng)突發(fā)事件，一旦發(fā)生緊急情況，可以快速有效地進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了安全穩(wěn)定的生產(chǎn)模式。

2.3.2 提高設(shè)備生產(chǎn)效率

傳統(tǒng)的紡織織針的加工通常是單機(jī)加工。例如，紡織精密制針的加工，原有的沖坯至成品檢驗(yàn)包裝環(huán)節(jié)，整個(gè)流程需要二十多道工序，即沖坯—校直—刨邊—打頭—裁齊—卷頭—鋸槽—沖槽—彎鉤—制舌—上舌—沖舌座等一系列的冷加工環(huán)節(jié)，設(shè)備單一復(fù)雜，人工智能有效地將這些環(huán)節(jié)進(jìn)行了整合，聯(lián)合機(jī)誕生，數(shù)控操作實(shí)現(xiàn)等智能化的出現(xiàn)解決了人工操作環(huán)節(jié)過多，容易出現(xiàn)人為失誤和疏忽，在人工智能的加持下，自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)運(yùn)而生，大大減小了機(jī)械加工的復(fù)雜性和降低了成本。自動(dòng)化技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)計(jì)算，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，減少了人為操作失誤，降低事故，提高生產(chǎn)率的同時(shí)質(zhì)量也得到了極大的保障，

2.3.3 便捷的維修方式

在其自動(dòng)化生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備中，生產(chǎn)的加工及調(diào)試數(shù)據(jù)可以通過上位機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)化調(diào)試，告別以前很多的機(jī)械調(diào)試，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。同時(shí)還可以通過自檢模式及實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)加工中存在的問題，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，在系統(tǒng)故障時(shí)可以采取措施，使設(shè)備強(qiáng)迫自動(dòng)停止，保障了設(shè)備和人員的安全。

3 設(shè)備操作智能化

3.1 現(xiàn)狀分析

目前的技術(shù)發(fā)展中，人們更加注重對(duì)信息技術(shù)的處理和利用，這也是信息社會(huì)的發(fā)展所決定。隨著電子信息的發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)數(shù)據(jù)的處理以及數(shù)據(jù)的通訊操控更加?jì)故?，在這樣的背景下，智能化概念開始走進(jìn)人們的生活。將智能化引進(jìn)到設(shè)備的加工及制造當(dāng)中，也順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的潮流。目前中國(guó)的設(shè)備操作還是過多地依靠人力，但隨著智能化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)備中的引入，這一理念得到了廣泛的認(rèn)可[4]。

3.2 具體體現(xiàn)

上位機(jī)HMI 作為一種便捷的操作控制界面，其通過RS232、485、MODBUS、CAN 總線等協(xié)議用計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。這種實(shí)時(shí)的內(nèi)容便實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控、模塊的運(yùn)行，并在HMI（人機(jī)界面）形象地顯示出來，操作者可以通過HMI 向自動(dòng)化設(shè)備發(fā)出預(yù)期的控制信號(hào)，使得自動(dòng)化設(shè)備按照操作者的意圖進(jìn)行運(yùn)行。并且，人工智能算法可以將其當(dāng)前性能與之前的結(jié)果進(jìn)行比較，并需要學(xué)習(xí)以改進(jìn)數(shù)據(jù)處理。

4 物聯(lián)網(wǎng)工程在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用

現(xiàn)階段機(jī)械制造行業(yè)整體上得到國(guó)家宏觀調(diào)控的幫助，并未出現(xiàn)嚴(yán)重的缺失和不足，各項(xiàng)工作在開展中，取得了較大的進(jìn)步。為此我們要將物聯(lián)網(wǎng)工程拓展到其他的層面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械行業(yè)的更多把控。在拓展中不斷豐富技術(shù)體系，將技術(shù)措施和相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行有效的增加，推動(dòng)機(jī)械行業(yè)能夠良性發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用于紡織制針的精密自動(dòng)化控制當(dāng)中，把所有工序自動(dòng)化設(shè)備，通過智能分站和智能交換機(jī)連接起來，以檢測(cè)和控制現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化，保證安全生產(chǎn)，達(dá)到質(zhì)量把控，減少維護(hù)?？梢酝ㄟ^傳感裝置或者聯(lián)網(wǎng)方式，建立后臺(tái)系統(tǒng)，通過反饋，及時(shí)了解車臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，提高產(chǎn)量。

5 電子工藝流程卡的趨勢(shì)

5.1 傳統(tǒng)工藝流程卡

現(xiàn)在的加工制造業(yè)企業(yè)的工藝流程主要依靠傳統(tǒng)的紙質(zhì)流程卡和普通的系統(tǒng)管理進(jìn)行流轉(zhuǎn)，每張卡包含一個(gè)批次的產(chǎn)品信息，卡片跟隨該批次產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)工藝流轉(zhuǎn)，每道工藝流程由不同的操作人員進(jìn)行生產(chǎn)，完成后該操作人員在紙質(zhì)卡上填上生產(chǎn)數(shù)量信息和操作人員姓名進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，工藝流程完成再由質(zhì)檢和管理人員根據(jù)紙質(zhì)卡片統(tǒng)一記錄數(shù)據(jù)，錄入到普通管理系統(tǒng)，進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工資計(jì)算。傳統(tǒng)的工藝流程卡存在；數(shù)據(jù)滯后，不能隨時(shí)掌握生產(chǎn)情況；統(tǒng)計(jì)緩慢，制作生產(chǎn)計(jì)劃困難；作業(yè)人員填寫紙質(zhì)流程卡清晰度低，識(shí)別率低，出錯(cuò)率高；管理者錄入工作量大，效率低；計(jì)算員工計(jì)件工資緩慢[5]。

5.2 電子工藝流程卡

為了更有效便捷地掌握生產(chǎn)情況，高速準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以創(chuàng)建一套電子工藝流程卡工作系統(tǒng)。它可以運(yùn)用識(shí)別二維碼的方式，實(shí)現(xiàn)免填產(chǎn)品加工工藝流程卡，提前將工序和操作人員錄入到系統(tǒng)當(dāng)中，掃描每批次包產(chǎn)品的二維碼即可查看到對(duì)應(yīng)的操作人員，以及該批次包的流轉(zhuǎn)情況，隨時(shí)掌握生產(chǎn)情況，并自動(dòng)生成產(chǎn)量工資，節(jié)約了統(tǒng)計(jì)人數(shù)，提高了產(chǎn)品數(shù)量的準(zhǔn)確性，減少了工作量。

6 設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控

6.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控的趨勢(shì)

為了提高工廠的生產(chǎn)力，車間設(shè)備必須在生產(chǎn)周期內(nèi)以最佳性能運(yùn)行。因此就需要采集并分析設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，隨著時(shí)間推移重新創(chuàng)造條件，使設(shè)備能夠維持最佳性能運(yùn)行。支持遠(yuǎn)程監(jiān)控的可視化技術(shù)能夠?yàn)檫h(yuǎn)程維護(hù)和維修活動(dòng)提供途徑。技術(shù)人員可以通過遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷出現(xiàn)問題的機(jī)器，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理維修和維護(hù)。

6.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程監(jiān)控和狀態(tài)監(jiān)控都屬于工業(yè)4.0 背景下提高工業(yè)自動(dòng)化數(shù)字化水平的產(chǎn)物。二者的運(yùn)作基礎(chǔ)都是工廠車間的數(shù)字化，而遠(yuǎn)程監(jiān)控和狀態(tài)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)需要硬件和軟件解決方案。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備和邊緣設(shè)備是用于采集車間數(shù)據(jù)或執(zhí)行相應(yīng)活動(dòng)。在狀態(tài)監(jiān)控過程中，這些設(shè)備負(fù)責(zé)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)或執(zhí)行活動(dòng)所需的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程監(jiān)控則通過分析這些設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)而遠(yuǎn)程控制車間活動(dòng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控過程中的數(shù)據(jù)交換需要進(jìn)行統(tǒng)一。統(tǒng)一的IT 架構(gòu)意味著工廠車間設(shè)備可以在需要時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和接收。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控的工業(yè)級(jí)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互交換，使遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。HINET·G 系列邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，是面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接入、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備監(jiān)控的工業(yè)級(jí)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)。采用 ARM Cortex-A7 800MHz高性能CPU，擁有以太網(wǎng)、串口、CAN 口、IO 口等豐富的接口，支持以太網(wǎng)、2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)接入方式，可滿足絕大部分工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景及工業(yè)設(shè)備接入。工業(yè)級(jí)邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)也叫工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)、無線數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)、通訊采集網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)，工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。