智能制造及其核心信息設備的研究進展及趨勢

摘 要：近年來，制造業對于我國國民生活水平、國家經濟發展都起到了推動作用。從大型工業設備制造，到小型部件加工，制造業無時無刻不體現出了其重要性。隨著信息時代的來臨，互聯網對整個制造業都起到了革新影響，產生了智能制造的新思路。智能制造不僅能加快制造業生產效率，還能提高產品質量，對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備的研究進展和趨勢。

關鍵詞：智能制造;核心信息設備;研究進展;趨勢

各項智能技術的普及，給我國傳統制造業的加工、生產都帶來了新的沖擊。首先，智能制造可以縮減人力使用成本，使更多的技術人才從勞力中解放出來，投入到產業研究中。其次，提高了產品的加工精度，人們不但能通過智能機器直接生產產品，還可以通過其控制系統監測加工流程，降低生產風險。最后，推動了整個行業的發展。智能制造機器操作簡便，受環境影響小，能夠在各類惡劣的工業環境中保質、保量進行生產，是我國現代化制造建設的關鍵點。

1 智能制造介紹

智能制造來源于人工智能的研究，將其應用于制造業，構成了人機一體化的智能系統。利用人和智能機器合作理念，可以有效提高生產效率，規范生產流程。由于智能機器具備一定的分析、推理、設計能力，因此不論是在批量產，還是在精細加工方面，都可以如魚得水、順應自如。2015年，工信部公布了智能制造試點示范名單，充分推動了我國制造業發展，激發了企業智能制造技術引入的積極性與自主性。智能制造與傳統制造相比，有以下幾點特征：

第一，自律特征。智能制造機器有強大的數據支撐系統，在運行時可以將環境數據與自身信息相結合，進行分析、判斷并做出最優規劃方案，數字分析所占時長很短，從而提高了智能機器的工作效率。

第二，人機一體化特征。現階段所生產的智能制造機器只具備一定的推理邏輯思維，如果引入其他技術則能夠做到圖像思維，但要想讓其具備人類的靈感思維，還需要繼續深入研究。這也體現了其人機一體化的特征，需要人力按照實際情況修改程序，填寫相應參數，才能和機器各顯其才、共同配合。

第三，虛擬現實特征。智能機器通過數據采集、影像修復、環境分析、傳感設置、智能模擬等多項技術，可以擬定制造過程與產品特征，幫助人們進行分析，并在其之上作出改進。

第四，學習維護特征。智能機器的數據維護可以通過兩方面來實現：首先是人工導入數據，一般在數據庫建立之初使用;其次是機器主動擴充，在數據庫建立好后，每一次使用都相當于新數據錄入，從而體現出智能機器的自我學習特征。在機器遇到故障后，會進行自檢排除故障、修復數據，體現出其維護特征。

2 智能制造的核心信息設備

2.1 智能通信設備

隨著數字時代的來臨，手機、電腦已成為現代人的常用生活設備，人們通過網絡可以學習、購物、溝通、辦公等。強大的網絡功能、龐大的數據信息，都需要智能通信設備的支撐，才能帶動其正常運轉。互聯網協議第6版（Internet Protocol version 6，IPv6）與傳統互聯網通信協議第4版（Internet Protocol version 4，IPv4）協議相比，首先，可以容納更多的IP地址，擴存了數據空間。其次，更新了分配原則，一條記錄就可以表示一片子網，提高了傳輸速率。再次，增加了對流支持，提高了其支撐設備的兼容性，為多媒體技術提供了更多的展示空間。最后，提高了安全性能，增加了數據保護強度。因此，支持IPv6的高速工業交換機、無線路由器、協議轉換器等在各工廠都發揮了積極作用，使工業網絡環境更安全、更高速。如圖1所示，IPv6增加了對流支持，提高了天線增益，從而提高了接受設備的靈敏度與傳輸速率。

圖1 無線路由器天線參數

2.2 智能控制系統

智能控制系統在現代化工業制造、項目檢測方面起到了重要作用。通過建設局域網絡系統或是直接安裝相應軟件，可以加強各操作部門間溝通，通過數據共享，動態監測整個生產過程。按照應用工藝不同智能控制系統又被分為可編程控制系統和工控機控制系統兩類。

可編程控制系統，在操作時可以通過輸入相應參數，選用不同工藝標準進行生產加工[1]。其智能處在于機器可以自己實現計算、分析、籌劃、檢驗等程序，提高了工件的精度與準度，而且其操作方便，抗干擾力強，因此，常被用于機械加工制造業。工控機控制系統是將工業控制計算機與傳統工業生產運用結合，其操作總體呈線性操作結構，多用于監測環節，通過主控臺數據顯示，工作人員可以實時了解工藝設備、裝備的工作狀態，提高生產的穩定性。另外，該系統還可應用于環境監理中，如在垃圾焚燒發電廠的滲濾液處理監理系統中，就利用了工控機系統結合遙感技術，共同監測處理池中的氨氮含量及金屬濃度。

結合能源管理有效進行節能的EMS電能管理系統，該系統通常由人機交互界面、信息處理器、報警異常存儲、后臺數據庫、多級權限管理構成，通過遙測遙感技術采集數據，在系統內建立智能化模型，并按照數據核算，進行告警反饋，從而合理調配負荷，起到節能作用。

2.3 物聯網技術設備

物聯網也被稱為傳感網，其衍生出的技術設備可以通過物聯網技術將生活中的物件與互聯網相連，并上傳數據信息，進行識別、定位、管理等操作。其設備中最常用的是射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID），其原理為電子標簽接受射頻傳輸閱讀器上的微波信號，在生活中最常見的是公交卡、飯卡等。當然，現在該項技術也在各行各業中都得到了廣泛應用，如高速公路上的ETC識別、車站二代身份證識別等[2]。

物聯網另一個影響未來科技走向的是5G技術，通過邊緣計算架起物理世界與網絡世界的高速橋梁，將傳統的數據中心向邊緣側延伸，將加速ICT融合落地。通過搭建全新的網絡拓撲構架，縮短實時周期數據分析時間，從而更好地支撐本地業務的實時智能化處理與執行，滿足了自動化建設中的低延時數據處理要求。如圖2所示，在邊緣計算技術影響下的5G三大應用場景中，超低時延、大帶寬和海量連接的特點滿足了行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

2.4 人工智能技術

人工智能為計算機學科的分支，通過人工智能技術可以實現多指標自趨優的生產特點。在日常生產中，人工智能被運用已愈來愈趨于多元化，據預計，2020年人工智能市場的復合年增長率將達到44.5%。人工智能可分為自然語言處理、語音識別、交叉領域、計算機系統等多個領域，應用較為廣泛。

在生產中，人工智能可以多維度、深層次采集工業數據，并通過異構數據的協議轉換與邊緣處理，搭建工業網絡數據庫。匯集生產中的智能要素，優化資源配置，并能有效協助設計員突破智能生產瓶頸，提高生產質量。在醫療中，其語言處理系統，能自動識別病歷中的臨床變量，并更新數據庫，運用智能算法，找出其他相關變量，形成可行性圖文報告，相當于一個學醫8年的研究生水平。同樣頁數的病歷，其信息獲取速度比平常醫生快362.5倍。結合語音識別系統能有效幫助HIS，PACS系統，識別病人語音，提高自助就診效率，并對病患分群，提出針對性解決方案。在安防方面，計算機視覺可通過人類表情、語音等來進行身份識別，并且在事前預判和事后追蹤等方面都能提供有效幫助。

如圖3所示，當今的人工智能技術以機器深度學習為核心，在視覺、語音、自然語言等應用領域迅速發展，通過三維一體相互轉換，有效提升社會各領域的智能化水平，給傳統領域帶來顛覆性變革。

3 智能制造的發展趨勢

目前，從國際角度來看，我國制造業整體發展水平還不夠樂觀。很多設備生產雖然已經達到批量化規模，但是一些核心技術仍需要創新突破。2015年，國務院印發了《中國制造2025》，為國家制造業今后的規劃路線、發展思路以及智能制造突破重點提出了明確指導[3]。

3.1 強化基礎，提高綜合實力

智能制造的核心關鍵點在于技術與創新，需要大批量的技術人才投入到智能產業研究中。所以教育部應率先做出示范，利用高校人才優勢，選出5～6所高校，開設核心技術實驗班。明確劃分智能制造機器的應用方向，并設定學士、碩士、博士規定人數，加強對外交流，開闊學生眼界，提高學習創新能力。除了提高技術交流外，國家可以設立智能制造孵化園，讓學生可以發揮所學進行實踐，在不斷的創新與改進中突破關鍵技術[4]。

3.2 兩化融合，提高使用率

為落實《中國制造2025》的指導思想，國家應加快現代化產業與傳統加工制造業的融合，利用已經掌握的技術，加大設備生產，并出臺相應政策，勒令一些加工制造廠更換設備，提高生產力。工業部應通過走訪調查，解決一些邊遠地區廠子設備更換困難或是技術人員不足的問題，增加扶持政策幫助更換設備，并且加強技術人員培訓，提高其綜合實力。對于一些已經融合轉化的制造廠，要鼓勵其大規模應用互聯網、物聯網設備，提高生產效率，并創新融合模式，加強基礎技術研究，攻破部件加工困難的問題，提高自身生產力的同時強化國家工業基礎。對于示范點，則要加強監督，并鼓勵其加強對外交流，通過綠色通道引入更多技術人才，來幫助攻克核心技術，提高設備生產精準度，打造專屬品牌，在發展自身的同時提高國家制造業競爭力[5]。

3.3 綠色制造，提高持續生產力

在大力發展生產力的同時，仍要走可持續發展道路。發展制造業的同時，應注意周邊環境的生態文明建設。可以通過兩個方面來實現：第一，引入新型智能環保設備或是工藝流程，在保證產量的同時，提高資源利用率，從根本上降低工業污染的排放。另外，可以用環保材料代替傳統材料，減少不必要的資源浪費。第二，在廠內增設工業污染處理設備，通過智能化操作系統，監測廢料處理流程及有害物質殘存成分，并將剩余資源進行回收再利用，增長產業綠色循環周期，助力可持續發展。

4 結語

智能機器具有分析推理、學習維護等生產特性，投入到生產制造業中，可以帶動整個產業發展，其信息設備技術，也加強了人與人、人與機器、機器與機器3方面的溝通，有著極高的應用價值。目前我國智能制造技術應用廣泛，但部分核心技術突破仍是重點，應加強人才培養，從而多層次推廣應用。

作者簡介：郭繼超（1981— ），男，山東高密人，工程師，學士;研究方向：電力系統及其自動化，智能制造。

[參考文獻]

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

[2]蔣建強.智能制造業智能化發展模式與對策方案[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備的研究進展及趨勢探討[J].四川職業技術學院學報，2018（4）：145-148.

[4]辛仁周.推進智能制造要把掌握關鍵核心技術作為重點[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備的研究進展及趨勢[J].機械科學與技術，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