機械設備智能化在物聯(lián)制造車間生產(chǎn)中的應用研究

郭宏偉

（霍州煤電集團鑫鉅煤機裝備制造有限責任公司， 山西 霍州 031412）

1 研究背景及意義

我國是世界上最大的發(fā)展中國家，在之前的生產(chǎn)中，90%以上的公司、工廠都采用的是“工人+設備”的流水線生產(chǎn)模式，這樣的生產(chǎn)方式只能用于一些普通產(chǎn)品的加工與生產(chǎn)，較為精密和性能良好的產(chǎn)品難以通過這樣的流水線生產(chǎn)模式加工出來。之前傳統(tǒng)的機械加工生產(chǎn)模式存在效率低、加工過程中技術人員與操作人員溝通不便等問題。近幾年來，我國智能化發(fā)展十分迅速，使我國的國民生活發(fā)生了翻天覆地的變化，同時也引發(fā)了新一輪的工業(yè)革命，我國機械加工設備也跟隨時代的潮流，逐步采用智能化的發(fā)展，使得我國的機械加工設備發(fā)展得十分迅速。

研究智能化機械設備的發(fā)展，對我國的機械生產(chǎn)、國民生活都具有十分重要的意義。智能化機械加工設備可以大大提高機械加工的效率和精度，為我國一些高端精密儀器的制作奠定了基礎，同時也為我國的國民生產(chǎn)總值做出了一定的貢獻。

2 物聯(lián)制造車間智能化研究分析

2.1 物聯(lián)制造車間的特點

在現(xiàn)階段的經(jīng)濟全球化發(fā)展模式之下，物聯(lián)制造是一種新型的制造模式，與原有的傳統(tǒng)制造模式不同，物聯(lián)制造通過對識別技術、電子信息技術、智能化技術、網(wǎng)絡通訊技術等多種的應用，從而達到了高端精密制造物體的功能。圖1 為物聯(lián)制造車間的基本管理模式。

物聯(lián)制造車間的基本管理模式是物聯(lián)制造車間中最基礎、最核心的內容，其基本的制造車間主要由執(zhí)行區(qū)、傳輸運營區(qū)、綜合管理服務區(qū)、綜合應用區(qū)等幾部分構成。物聯(lián)制造車間的結構如圖2 所示。

圖1 物聯(lián)制造車間的基本管理模式

圖2 物聯(lián)制造車間結構圖

顧名思義，物聯(lián)制造車間就是在物聯(lián)網(wǎng)通訊的基礎上實現(xiàn)制造的功能，其實在實際的機械加工生產(chǎn)過程中，物聯(lián)制造車間除了利用物聯(lián)網(wǎng)通訊技術之外，還依靠機械加工設備之間的緊密聯(lián)系與配合。首先，設備要能夠按照生產(chǎn)的規(guī)范性翻譯出加工過程所需要的全部信息；其次，相互配合的設備要對翻譯出來的全部信息在短期的緩沖時間后執(zhí)行，物聯(lián)制造車間中不同的智能化設備之間的相互配合與執(zhí)行是整個物聯(lián)制造車間最為重要的部分，也是物聯(lián)制造車間與傳統(tǒng)的加工車間不同的地方。

2.2 加工設備的智能化分析說明

上文簡單介紹了物聯(lián)制造車間的特點及基本概況，對物聯(lián)制造車間的加工設備進行智能化研究具有十分重要的意義。在某種程度上，物聯(lián)制造車間是智能化發(fā)展的一個產(chǎn)物，因此，物聯(lián)制造車間的發(fā)展對于智能化技術有著更加精準的技術要求。

物聯(lián)制造車間加工設備結構較為復雜，在加工過程中有著精度高、便于操作的優(yōu)點。在優(yōu)化的過程中，首先要對物聯(lián)制造車間的系統(tǒng)進行研究與分析。現(xiàn)階段，物聯(lián)制造車間中最基礎的設備就是數(shù)控機床的加工設備，很多工科專業(yè)的高校學生初步學習期間就采用的是數(shù)控機床這個最基礎的智能化設備讓學生進行操作練習。因此，本文以數(shù)控機床為例，簡要說明物聯(lián)制造車間加工設備的智能化研究。

數(shù)控機床在加工過程之前，程序員會先對要加工的物品進行數(shù)碼編程，再輸入到系統(tǒng)中，在加工該物品時，只需要打開設定好的程序加以執(zhí)行即可，整個操作過程是比較簡單的。但是，對于某些要求精密、結構復雜的工件而言，數(shù)控機床的系統(tǒng)編程是十分復雜的。因此，物聯(lián)制造車間應當合理利用物聯(lián)網(wǎng)的信息共享特性，對數(shù)控機床編程進行簡化，從而達到簡單、高效的目的[1-4]。

2.3 數(shù)控系統(tǒng)的應用分析

數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心所在，也是物聯(lián)制造車間的核心所在。目前，在物聯(lián)制造車間的數(shù)控機床中，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)被植根于每一臺智能化設備中，得到了極為廣泛的應用，圖3 是數(shù)控系統(tǒng)在物聯(lián)制造車間的應用。

圖3 數(shù)控系統(tǒng)在物聯(lián)制造車間的應用

數(shù)控系統(tǒng)具有很強的可操作性和便利性，但是由于其自身的異構性和封閉性，導致數(shù)控系統(tǒng)在設備的應用過程中不能達到互通，物聯(lián)制造車間中不同數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不能直接在內部進行交換共享。因此，在現(xiàn)階段物聯(lián)制造車間的數(shù)控機床中，針對每一臺不同的數(shù)控機床都配備了不同的數(shù)控系統(tǒng)，目的就是為了在物聯(lián)制造車間可以高效地進行操作。

3 物聯(lián)制造車間機械加工設備的優(yōu)化

3.1 智能化算法的優(yōu)化

上文中介紹到的物聯(lián)制造車間中數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)在操作運行中存在其系統(tǒng)自身的異構性和封閉性，導致數(shù)控系統(tǒng)在設備的應用過程中不能達到互通，物聯(lián)制造車間中不同數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不能直接在內部進行交換共享。在這種情況下，給物聯(lián)制造車間中不同數(shù)控機床裝配的不同數(shù)控系統(tǒng)是比較繁瑣的，因此，想通過研究數(shù)控系統(tǒng)算法的優(yōu)化可以改善這一情況。

物聯(lián)車間的所有智能化設備機器在運行和生產(chǎn)過程中，都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，目前，物聯(lián)制造車間的數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行的算法是系統(tǒng)內部推薦的基于內容的算法，這個算法會根據(jù)不同機床設備的不同執(zhí)行不同內容的算法，雖然可以迅速執(zhí)行，但是不利于數(shù)控系統(tǒng)進行信息溝通交流[5-8]。

在物聯(lián)制造車間擁有多臺不同數(shù)控機床設備的情況下，提倡數(shù)控系統(tǒng)采用協(xié)同過濾算法。協(xié)同過濾算法可以在系統(tǒng)中對設備運行產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)和信息進行過濾篩選，程序員通過設定，該算法可以將不同機床之間的不同數(shù)控系統(tǒng)進行統(tǒng)一，保留系統(tǒng)內具有共性的部分內容作為系統(tǒng)的主體，再根據(jù)不同機床設備所需的不同系統(tǒng)進行編程處理，不同的內容執(zhí)行不同的命令，從而達到數(shù)控系統(tǒng)的統(tǒng)一。并且，協(xié)同過濾算法在模擬運行過程中，可以根據(jù)自身的信息儲備量，預測機器設備運行的走向和運行中的注意事項。

協(xié)同過濾算法在物聯(lián)制造車間數(shù)控系統(tǒng)的使用，可以將設備、系統(tǒng)、資源的利用率發(fā)到最大化。如圖4 是數(shù)控系統(tǒng)的算法優(yōu)化結構圖。

圖4 數(shù)控系統(tǒng)的算法優(yōu)化結構圖

3.2 虛擬仿真平臺的構建

物聯(lián)制造車間或是其他車間加工一個新型產(chǎn)品之前，具有很多的不確定因素，如果冒然進行數(shù)控系統(tǒng)編程直接生產(chǎn)，可能會導致產(chǎn)品存在使用性能差、加工有誤差等問題，這樣會造成資源和系統(tǒng)的浪費。因此，可以通過構建虛擬仿真平臺的方式，在實際生產(chǎn)加工之前進行模擬，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品加工程序中存在的問題和產(chǎn)品加工中的一些缺陷，根據(jù)模擬運行的現(xiàn)象和結果，對加工中的問題優(yōu)化改簽，設計出更為合理且高效的系統(tǒng)編程。

虛擬仿真平臺的構建，可以大大提高物聯(lián)制造車間加工設備的精度和準確度，并且在最大程度上保證了資源節(jié)約，在物聯(lián)制造車間的應用中可以起到舉足輕重的作用。除了模擬之外，物聯(lián)制造車間可以用虛擬仿真平臺的仿真功能研究一些新型產(chǎn)品的加工，既高效又環(huán)保[9-12]。