智能化制造技術(shù)和智能化工廠的探討

張　君　李樹偉

（平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，平頂山467000）

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智能化制造技術(shù)和智能化工廠的探討

張君李樹偉

（平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，平頂山467000）

摘要：伴隨著現(xiàn)代企業(yè)和高科技水平的發(fā)展，我國(guó)的制造業(yè)呈現(xiàn)出新的產(chǎn)業(yè)騰飛局面，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)工業(yè)水平的提升創(chuàng)造了新的契機(jī)。當(dāng)前情況下，智能一詞已經(jīng)觸及到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。本文主要探討智能化制造過(guò)程中主要的智能制造技術(shù)以及其在工廠中的使用情況，以解讀其對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率的提升作用，同時(shí)說(shuō)明其對(duì)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展也是一種突破。

關(guān)鍵詞：智能化制造技術(shù)工廠

隨著科學(xué)技術(shù)信息的發(fā)展，機(jī)械制造設(shè)備已經(jīng)向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及神經(jīng)多元化的方向發(fā)展。云計(jì)算的使用，讓制造業(yè)技術(shù)更加先進(jìn)。可以說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的加入，讓制造業(yè)又實(shí)現(xiàn)了一次工業(yè)革命。基于此，本文將對(duì)智能化制造技術(shù)和智能化工廠進(jìn)行分析和研究。

1 智能化制造過(guò)程中的數(shù)控技術(shù)

在智能化制造過(guò)程中，關(guān)鍵性的技術(shù)主要是指數(shù)控方面的系統(tǒng)技術(shù)、遙感技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)，同時(shí)還包含神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

（1）關(guān)于智能化數(shù)控系統(tǒng)的研究。在數(shù)控設(shè)備的發(fā)展過(guò)程中，智能化是一種突破，主要是在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)軟件和硬件進(jìn)行高靈敏度以及高精準(zhǔn)度的感知，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)所要求的智能化和信息化之間的集成。為了使信息數(shù)控設(shè)備在制造業(yè)中能夠擁有更高的效率和更突出的工作質(zhì)量，需要數(shù)控系統(tǒng)不僅擁有自動(dòng)編程系統(tǒng)、模糊控制、自學(xué)習(xí)控制、三維刀具補(bǔ)償，還要有對(duì)機(jī)器故障的診斷系統(tǒng)。因?yàn)橹挥羞@樣，機(jī)器的自我診斷和故障的監(jiān)控功能才會(huì)更加完善和健全。在數(shù)控系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的智能化發(fā)展，可以有效對(duì)系統(tǒng)負(fù)載的變化進(jìn)行感知，并且在感知的基礎(chǔ)上自我調(diào)節(jié)參數(shù)。例如，數(shù)控系統(tǒng)中的HRV控制原理。它主要是利用共振理論，建立追隨型的HRV過(guò)濾器，從而有效地對(duì)設(shè)備的頻率變動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而造成整個(gè)設(shè)備的共振。利用融合旋轉(zhuǎn)的方式，使用伺服電動(dòng)機(jī)，可以在更高的精度狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)和高分辨率的脈沖編碼器之間的整合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)高速和高精度的伺服控制，平穩(wěn)保障進(jìn)刀動(dòng)作的完成［1］。

例如，西門子公司從網(wǎng)絡(luò)角度出發(fā)，分析電子產(chǎn)品的服務(wù)方案，然后通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)以及CM系統(tǒng)之間的監(jiān)控連接，對(duì)制造系統(tǒng)中的軸狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)管，并且評(píng)估出機(jī)床的相關(guān)參數(shù)和基本狀況。這樣的做法能夠很好地實(shí)現(xiàn)機(jī)器遠(yuǎn)程監(jiān)控方面的維修服務(wù)，以免一些機(jī)器因?yàn)樵缙诠收铣霈F(xiàn)各種停機(jī)運(yùn)作的情況。實(shí)際中，檢修過(guò)程不僅浪費(fèi)時(shí)間，還會(huì)加大資源的投入。而這種方式極大地提升了系統(tǒng)工作的可靠性和勞動(dòng)生產(chǎn)效率，并且減少了維修成本的投入。我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)正在向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，也引進(jìn)了一些智能化的生產(chǎn)技術(shù)。例如，制造業(yè)中所使用的華中8型、凱恩第IV型等，都是帶有自診功能的數(shù)控系統(tǒng)，能夠?qū)C(jī)器設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并且發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)報(bào)警［2］。圖1為數(shù)控機(jī)床相關(guān)智能化器件的示意圖。

圖1 數(shù)控機(jī)床相關(guān)智能化器件示意圖

（2）智能自適應(yīng)控制技術(shù)。在制造業(yè)智能化發(fā)展中，自適應(yīng)控制技術(shù)有兩種類型：一種是工藝自適應(yīng)，另一種則是幾何自適應(yīng)。在工藝自適應(yīng)中，涉及到最佳自適應(yīng)控制系統(tǒng)和約束自適應(yīng)系統(tǒng)。但是，這種技術(shù)應(yīng)用在生產(chǎn)中還不是特別普遍，當(dāng)前廣受歡迎的是ACC系統(tǒng)。ACC系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)工業(yè)制造中車、鉆、磨、電等方面的加工。最佳自適應(yīng)系統(tǒng)則多數(shù)用于簡(jiǎn)單的工業(yè)制造、削、磨合、電火花等方面的加工。加工過(guò)程中，它會(huì)受到多種元素的影響，因此出現(xiàn)了建立模型困難的問題，往往需要實(shí)時(shí)采集一些參數(shù)和數(shù)據(jù)加以深層次分析和研究［3］。圖2為制造業(yè)智能化視圖。

圖2 制造業(yè)智能化視圖

（3）智能化神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究。大腦，是具有較高智能的事物。所以，人工樣式的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)主要是從人的神經(jīng)結(jié)構(gòu)出發(fā)進(jìn)行模擬，即這種神經(jīng)元與人的大腦非常類似，神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)能夠處理一些比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一定優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在自主學(xué)習(xí)方面、聯(lián)想方面、非線性映射和高速度尋找機(jī)器故障、化解問題方面。當(dāng)前情況下，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)多數(shù)都用在對(duì)數(shù)控設(shè)備的可靠性檢測(cè)方面，有時(shí)也用在機(jī)床工藝的優(yōu)化上。但是，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在制造業(yè)數(shù)控設(shè)備端的研究還需要進(jìn)一步深化。伴隨神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)形式的延伸，它在數(shù)控機(jī)床上的使用還有非常廣闊的空間。例如，可以把數(shù)控系統(tǒng)在智能化水平上再晉升一個(gè)臺(tái)階，以促使未來(lái)的制造技術(shù)更加高速地發(fā)展［4］。

（4）智能化專家系統(tǒng)。智能化專家系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中的一個(gè)主要程序。由于專家往往具有眾多領(lǐng)域的大量經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)知識(shí)，而從這些經(jīng)驗(yàn)出發(fā)不僅能夠解決這個(gè)領(lǐng)域中的相關(guān)技術(shù)問題，還能解決一些復(fù)雜的故障。專家系統(tǒng)可以使用人工智能技術(shù)，在知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，模擬專家對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行決策的整個(gè)過(guò)程，由此解決一些專家所需要解決的問題。當(dāng)前情況下，數(shù)控領(lǐng)域尚需要加強(qiáng)此方面技術(shù)的研究［5］。

（5）云計(jì)算在智能化制造技術(shù)中的應(yīng)用。當(dāng)前，很多發(fā)達(dá)企業(yè)或者發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)方面都大量使用計(jì)算機(jī)云計(jì)算技術(shù)，且該項(xiàng)技術(shù)也受到了很高重視。由此可知，云計(jì)算在全球具有劃時(shí)代的發(fā)展意義。例如，在美國(guó)，宇航局和汽車公司都會(huì)使用云計(jì)算；我國(guó)首都建立了云計(jì)算的專業(yè)發(fā)展研究基地；著名智能手機(jī)品牌——華為公司也非常關(guān)注云計(jì)算在手機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用。我國(guó)的機(jī)器制造業(yè)使用云計(jì)算是以2012年的ACL利豐集團(tuán)為開端的。2012年，利豐集團(tuán)與中科院建立聯(lián)系，正式簽署了關(guān)于云計(jì)算技術(shù)在機(jī)床制造業(yè)中的應(yīng)用合作協(xié)議。2012年，諾美雕刻也開始使用云計(jì)算技術(shù)［6］。

2 智能化技術(shù)下的智能化工廠研究

（1）智能化工業(yè)機(jī)器人。在智能化數(shù)控機(jī)器設(shè)備的使用過(guò)程中，排除一些數(shù)控設(shè)備和數(shù)控的相關(guān)配套設(shè)施以外，工業(yè)制造中機(jī)器人的智能化制造也非常受用。它在智能制造單元以及智能制造系統(tǒng)等方面發(fā)揮了極大效用［7］。

例如，日本開發(fā)出工業(yè)中使用的智能化機(jī)器人，在機(jī)器人的體內(nèi)安裝了具有三維作用的視覺傳感器以及力方面的傳感技術(shù)。這樣在機(jī)器人的作用下，數(shù)控設(shè)備就可以自動(dòng)完成生產(chǎn)中的上下料和組裝。機(jī)器人視覺傳感器的主要作用是識(shí)別一些三維圖像，以此識(shí)別出零件所在的位置和擁有的姿態(tài)，以便于抓取零散動(dòng)作的完成。日本智能機(jī)器人的問世，給各國(guó)的工業(yè)制造領(lǐng)域以一定啟發(fā)，對(duì)其工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了十分明顯的促進(jìn)作用。

近些年，很多國(guó)家的專家都將自己的注意力放在智能機(jī)器人的視覺伺服方面。目前，工業(yè)智能化機(jī)器人的使用以及視覺伺候的研究主要傾向于機(jī)器人對(duì)收到的視覺信號(hào)的處理，對(duì)機(jī)器人行為的控制等。這里包含了各方面知識(shí)，如機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人控制理論、圖像識(shí)別以及圖像處理、機(jī)器人對(duì)三維信息的索取、重構(gòu)技術(shù)的處理和應(yīng)用以及實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)的融合等。

機(jī)器人智能化視覺伺服的主要技術(shù)難點(diǎn)較多，復(fù)雜度較大。但是，相對(duì)成熟的智能數(shù)控技術(shù)的高精度和高靈敏度可以給機(jī)器人視覺傳感技術(shù)提供一定的借鑒，由此解決視覺伺服方面的復(fù)雜性問題。

（2）智能化工廠的分析和研究。智能化工廠最為主要的部分就是生產(chǎn)的智能化和經(jīng)營(yíng)的智能化，主要涉及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)排版、生產(chǎn)線、測(cè)試、倉(cāng)儲(chǔ)等各個(gè)方面的智能化，并且以工廠無(wú)人化為基本目標(biāo)。也就是說(shuō)，很多生產(chǎn)設(shè)備的使用可以達(dá)到無(wú)人看守的狀態(tài)。排除制造工廠整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的全部自動(dòng)化，還關(guān)系智能化工廠的內(nèi)部建設(shè)，如人力資源的優(yōu)化調(diào)整、生產(chǎn)物資資料的優(yōu)化調(diào)配、專案時(shí)程能力、時(shí)間彈性的應(yīng)用以及支配能力等。在完善生產(chǎn)周期的調(diào)整方面，可對(duì)工廠的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方案加以優(yōu)化和調(diào)整，以此達(dá)到提升生產(chǎn)效率、降低工業(yè)生產(chǎn)成本的目標(biāo)［8］。

當(dāng)前情況下，智能化的工業(yè)網(wǎng)路工廠已經(jīng)基本落成，技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家將會(huì)優(yōu)先實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效率的提升。但是，制造業(yè)的智能化網(wǎng)絡(luò)和一般的社會(huì)通信網(wǎng)絡(luò)存在很大的差異性，尚有多種困難需要克服。在智能化網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用下，需要在防水性能、防塵性能和防磁防爆方面予以能力強(qiáng)化。另外，還要能抵抗高溫和低溫，爭(zhēng)取在安全性和可靠性方面高于其他的通信網(wǎng)絡(luò)。

例如，某汽車公司投資了將近1800萬(wàn)美元建設(shè)一個(gè)較為智能化的工廠，由此在每一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中都能夠進(jìn)行智能化的生產(chǎn)技術(shù)，如面對(duì)經(jīng)銷商的訂單，要能夠即時(shí)根據(jù)客戶的喜好進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以達(dá)到個(gè)性化設(shè)計(jì)的目的。利用智能化的制造技術(shù)能夠?qū)χ圃爝^(guò)程中的每一種零件來(lái)源進(jìn)行記錄，然后快速確認(rèn)生產(chǎn)過(guò)程中這些零件可能產(chǎn)生的問題以及質(zhì)量安全性問題。另外，智能化網(wǎng)絡(luò)還可以和智能電網(wǎng)建立起聯(lián)系，從而有效地為機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行提供能源，以便在最合適的時(shí)間段使用，降低資源設(shè)備的運(yùn)行成本。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)智能化制造技術(shù)和智能化制造工廠進(jìn)行了研究和分析，指出了各項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)發(fā)展的空間和前景。同時(shí)，利用舉例的方法加深了對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的理解。在以后的制造業(yè)發(fā)展過(guò)程中，還可以使用多項(xiàng)的智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息實(shí)現(xiàn)制造業(yè)生產(chǎn)效率的提升，以此躋身于世界先進(jìn)水平的制造業(yè)行列中，促使各項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越智慧，越來(lái)越擬人化，完成機(jī)器設(shè)備的無(wú)人化管理，從而使我國(guó)的制造業(yè)取得更加突出的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

［1］陳善本，林濤，陳文杰，等.智能化焊接制造工程的概念與技術(shù)［J］.焊接學(xué)報(bào)，2014，（6）：124-128.

［2］白洋，陳虎.智能化機(jī)械的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2015，（9）：213.

［3］張悟.機(jī)械制造技術(shù)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2015，（11）：220.

［4］中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì).一體化、智能化、自動(dòng)化--引領(lǐng)模具智造DMC2015中國(guó)國(guó)際模展蓄力進(jìn)發(fā)［J］.電加工與模具，2015，（Z1）：65-67.

［5］孫昊鵬.濱海新區(qū)高職院校焊接專業(yè)人才培養(yǎng)方案分析［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2015，（2）：304.

［6］劉修展，張俊超.對(duì)現(xiàn)代智能建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)的分析與探究［J］.工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，2015，（4）：22.

［7］胡迪.基于GSM模塊的智能考勤與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2016，（1）：264.

［8］曹文鵬.焊接設(shè)備的技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)［J］.裝飾裝修天地，2015，（10）：130.

出現(xiàn)摩擦雜質(zhì)。轉(zhuǎn)換成TRIZ標(biāo)準(zhǔn)沖突改善的參數(shù)：通用工程參數(shù)27（可靠性）；惡化的參數(shù)：通用工程參數(shù)31（物體產(chǎn)生的有害因素）。

Discussion on Intelligent Manufacturing Technology and Intelligent Chemical Plant

ZHANG Jun,LI Shuwei
（Pingdingshan Institute of Industry Technology, Pingdingshan 467000）

Abstract:With the development of modern enterprise and high technology level, the manufacturing industry in our country has developed a new industry, which has created a new opportunity for the development of national economy and the improvement of social industry. In the current circumstances, the word Smart has touched each field of the society, especially the technology of intelligent guidance in the use of plant, not only to enhance the labor productivity, and the Chinese manufacturing industry development is also a kind of breakthrough.

Key words:intelligent, manufacturing technology, factory