工業互聯網與智能制造推動下的自動化技術研究

陳 蓉

（江蘇省淮陰商業學校，江蘇淮安 223003）

0 引言

制造業是我國工業發展的基礎動力，也是我國發展關鍵產業。作為一個擁有“世界工廠”之稱的工業大國，我國在生產工廠的規模和數量都是世界其他國家不可比擬的，但是在生產技術方面，傳統的科研水平、創新能力不足，導致生產效率低下，制約了我國制造業的發展。隨著技術的進步，世界制造業都在發生變化，我國制造業也面對著嚴峻的轉型和升級課題，以應對制造業全球化壓力和機遇。

1 工業互聯網與智能制造概念分析

隨著社會的進步，社會信息化進程不斷加快，在科學技術和社會經濟領域都得到了長足的進步。很多行業當前在互聯網技術和智能技術的推動下，不斷衍生和進步，提升行業效率。而工業互聯網和智能制造推動下的自動化技術也日趨成熟。智能制造實踐依靠工業制造技術和工業互聯網技術，前者是采用先進的生產物料和機械設備，以制造技術作為體現；后者是運用云計算、人工智能和大數據、互聯網等信息技術，使得工業設備、工業材料在生產效率上得到大幅度提升，優化工業制造資源，創造差異化的增值服務和產品性能。

（1）現代工業智能發展與工業互聯網自動化技術的推動緊密關聯。應用智能制造基礎設施，使得工業智能化形成了綜合互聯、數據驅動、智能互聯網、智能制造、閉環運行等先進化模式。例如機械設備的閉環制造，基于機器運行數據和生產環節數據，實現邊緣計算和實時感知。在經過不斷地調整和設備的優化之后，運用柔性生產和智能系統構建，在生產運行上獲得了多種場景的智能生產模式［1］。

（2）優化閉環核心是進行信息技術數據、制造執行數據、控制數據等處理。在生產運行管理、動態優化和調整方面，基于企業協作的控制內容包括進行供應鏈的綜合集成和數據分析，優化服務，實現用戶交互。應對用戶個性化定制和產品服務需求，將資源加以重新創新，采用創新型的商業活動，形成新的網絡合作模式，使得個性化定制和服務得到擴展。

（3）目前，我國制造業在應對科技與產業變革中，對于新興產業的發展趨勢不斷推進，使得我國制造業向著國際強國的方向發展。在這一進程中，工業的發展得到了工業互聯網基礎設施以及基礎技術等的支持，制造業的整體效率得到很大提升，正在實現向數字化發展的轉型，帶動工業互聯網的相關互聯網技術以及智能制造技術，廣泛體現為制造業自動化技術和信息技術的集成。目前，企業投入更多的研發經費運用在自動化技術領域，向著數字化轉型已經成為未來發展趨勢，可以預見中國制造向著智能化發展已經成為核心技術推動力，席卷全球的新的工業生態系統正在形成［2］。

2 工業互聯網和智能制造中的自動化技術分析

在新一輪的產業革命中，工業互聯網相關的產業得到快速發展。基于智能制造和工業互聯網基礎上的自動化技術分析，自動化技術可以分為制造系統自動化、自動化精密特殊加工、自動化快速成型、自動化傳感系統等，相關技術具體的特征體現為：安全、經濟、高效、智能。

（1）通過計算機驅動，對于裝置生產、產品運行、設備構造等進行自動化監控，使得制造業在制造生產過程中能夠合理地進行相關技術參數的控制，完成自動報警、自動信息處理、自動保護的動作。在基礎設施中，自動化的儀器和設備裝置等發揮重要作用，有效的保證制造設備能夠安全有效運行，機械性能得到大大提升，人員勞動力耗費被降低，勞動條件得到大幅度改觀，有效地降低了工業生產成本［3］。例如制造系統自動化技術中的數控機床加工、單機自動化和計算機智能化的精密特殊加工技術。以上自動化基礎設施和技術具有特殊的物理特性和化學特性，對于難加工的陶瓷、金剛石可以進行特殊的處理，達到分子或原子單位，實現超精密和精密加工，快速成型技術，對多個面的坐標方向進行疊加，形成三維實體，運用三維空間程序進行離散和堆積成型。實體制造業采用三維固體疊加方法，快速進行技術成型，運用在夾層制造和立體蝕刻等方面的自動化技術也趨于成熟。值得一提的是，柔性制造在主機應用上采用一定量的數控機床的自動化生產系統，將信息流和物質流加以串聯，實現自動化生產目標，對零件進行調整之后，形成不同工序的加工目標，成為當前制造業技術的重要標志性自動化技術之一。

（2）自動化制造技術應用下的智能生產方式的應用前景十分廣泛。近年來，隨著國家供給側改革政策的推動，工業領域如鋼鐵、汽車、紡織等行業面對產業升級創新要求，在新動能轉換方面進行了制造業的各項技術的應用，打造工業互聯網下的制造業創新平臺。工業互聯網與智能制造密切相關，其重點在于網絡數據安全，以網絡為基礎、數據為核心、安全為保障、數據為工業智能化提供核心驅動、網絡為工業數據交換和工業系統互聯提供支撐，為數據和網絡的安全提供保障。

（3）通過構建互聯網平臺，將網絡平臺安全作為重點，推進互聯網加的提升，使得傳統制造向生產服務型轉變。例如工業云平臺的延伸發展，其本質是在傳統的工作平臺上，疊加物聯網、大數據、人工智能等新興技術，形成數據采集體系，完成更準時、更高效、更實時的數據存儲、訪問、分析和管理。新一輪的科技變革和產業變革給自己也帶來了發展機遇，促進企業向智能化、生產服務型轉變。而進行智能制造的關鍵是進行基礎設施建設。在這個過程中，工業互聯網等基礎設施不斷提升，產值迎來了爆發式的增長。

3 自動化技術支持下智能制造和工業互聯網關系

社會各行業領域范圍內技術的創新升級與改造，表現尤為突出的是智能化技術在機械工程領域中的不斷運用，而工業互聯網和智能制造是緊密相連的。智能制造改變了原有傳統的機械工程自動化的模式，促使工業互聯網自動化技術在眾多領域中以高效快捷的方式替代了單一、效率低的落后技術。

（1）從表征進行分析兩者各有側重。工業互聯網側重于工業服務，智能制造側重于工業制造，其本質是圍繞個性化定制和服務延伸化，實現智能制造和智能服務。當前工業平臺為企業提供定制化服務，工業互聯網幫助企業“云”實現智能制造發展路徑。

（2）智能制造是全國工業企業發展目標，向著智能化、自動化轉變，是目前工廠企業在進行改革過程中需要面對的重要課題。隨著工業領域的需求不斷增多，產業革命持續進行，人們對于物質品質的要求不斷提升。面對人力成本不斷上漲和材料成本不斷提升等雙重因素，企業要盈利就必須要向智能化靠攏，實現工業轉型。目前，市場工業互聯網規模巨大，據不完全統計工業互聯網長期發展已經向著利好方向邁進。從發展現狀來看，工業互聯網讓企業建筑平臺實現智能化生產，通過企業互聯實現網絡化協同，使得產業互聯向著服務延伸、精準對接、個性化定制需求，智能化生產和制造的目標不是機器和生產線實現智能化所能涵蓋的，而是整個生產流程均實現智能化。通過傳感器的布置，以無線通信技術為支撐，搭建云平臺，采用全流、流程采集形成生產到管理的閉環管控。通過科學和分析，使得互聯網技術在工業生產中發揮巨大作用。智能制造實現通過工業互聯網打造了全新的工業生產系統。

（3）未來智能化無人工廠將實現工業互聯網和智能化的結合。首先工業互聯網帶動互聯網融合，在生產過程中覆蓋工業生產周期，進行信息采集和分析，利用互聯網實現資源配置延伸服務和協同合作，工廠或網絡與互聯網融合，形成了多類互聯主體，企業主體包括工業制造、工業服務、互聯網企業等，能夠提供基本的產品設計、生產和維護。而工業服務企業則對智能產品進行數據建模分析，形成用戶服務的創新型業態。互聯網企業利用平臺資源，實現對企業產品全生命周期的資源配置，上述企業角色不斷轉換和滲透。工業互聯網主體表現為工廠信息系統、智能產品協作、企業用戶控制系統，在生產規模上機器控制和信息系統形成互聯，進一步擴展到用戶服務等方面，新型的傳感設備、物聯網的技術予以支持。

4 自動化技術與智能制造的發展前景

當前，無論在理論學術論述還是工程企業的實踐中，討論智能制造的各種實現途徑時，遇到的第一個問題實際上是連接問題，如果不解決這個問題則無法推進其他問題的實現。未來互聯類型的企業發展路徑要面對的互聯網中互聯關系更加復雜性，必須要超出傳統OT系統和IT系統，將商業能力、用戶服務、設計能力等連接為復雜網絡系統，覆蓋現有的工業控制網絡、互聯網和物聯網等技術。在工廠內部，互聯網技術和內部網絡予以融合，機器設備從端到端實現IP互聯，整個制造系統實現數據交互協同，更加擴大范圍，層次更加深入。

（1）通過IP互聯實現工業生產全過程信息采集。工業以太網協議為支持的現場IP地址分配，能夠實現控制信息和IP流量的貢獻傳送，采用扁平化管理，減少數據傳送層級，實現IT系統和工業數據的快速流通。將傳統現場及車間級、控制級等復雜分層轉變為扁平化的網絡管控，利用各種無線技術支持工廠實現信息采集和傳送，消除信息死角。運用工業場景無線技術，在實際部署上解決電磁信道干擾、低功耗、可靠性等關鍵問題。

（2）利用5G技術實現物聯網應用場景的構建。完成低功耗、大連接、可靠性高的無限工業領域的建設，面向柔性生產需求，進行靈活組網、動態調整網絡資源，實現生產設備和生產過程的靈活組織和控制。按照制造環節，進行設備、工具、機器的互聯，采用生產規模定制化進行資源組織的管控，實現網絡資源的動態調整。以軟件定義網絡，SDN新型網絡技術，打破工廠原有內部網絡剛性組織局限，適應智能生產線自組織和敏捷部署的要求。

（3）OT系統和互聯網融合。從網絡層面實現生產過程調整和維護，需要通過互聯網連接實現遠程的OT系統控制。如在一些企業，i5平臺初步實現對不同地理位置機床的遠程監控，實現極高要求的實施控制和同步實施控制。定制企業獨立的網絡平面，實現對帶寬和服務質量的定制，為企業提供獨立的鏈路資源VPN以及開放的網絡可編程系統，通過智能工業產品信息采集和聯網，將工業企業的新產品服務模式加以構建。以工業互聯網數據分析平臺為代表的品延伸服務，可以進行預測性維護、產品監測，將工業生產價值鏈予以不斷擴大。

5 結語

智能化是一個產業共識，包括邊緣計算、大數據、工業互聯網、工業物聯網等，真正的智能制造和自動化技術的應用卻并非想象中那么簡單。目前，我國工業互聯網發展和智能制造不斷推進，加快自主知識產權的工業控制、網絡技術研發和部署落實，需要采用規模應用的方式，以產業聯盟的形式實現工業企業以及研究機構的力量融合；加強新技術與工業領域融合技術的研究，以新興技術領域作為突破點，不斷地爭取向新的發展方向邁進；緊追國際工業互聯網技術發展步伐，建立工業互聯網創新平臺，真正的搭建起工業云平臺、工業大數據、自動化技術架構。引領和支撐我國工業互聯網技術，開展產業轉化和產業創新，打造工業互聯網模式下中國工業企業的智能制造產業態勢。