淺談人工智能在機械領域的應用

張軒營

河南龍華紡織器材有限公司，中國·河南 三門峽 472000

在機械加工領域中，傳統紡織機械加工設備機械設計的復雜性高，對技術人員的要求較高。其中，絕大多數是單機操作，需要大量的人員消耗，不能保證加工產品的一致性。然而，人工智能對這些問題進行了必要的改進，數字操作降低了設備的復雜性和人員的勞動強度，提高了設備的可操作性和產品的一致性，培養了人員數字經濟帶來的知識和理論，提高了企業的產品質量，創造了更高的企業效益。人工智能紡織機械的發展目前正變得尤為重要。

數字化；人工智能；機械

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。此后人工智能的發展較為波折，可以將其發展歷程分為五個階段：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，人工智能的發展遇到了瓶頸，計算機的運算能力、問題的復雜程度、數據庫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展。第三階段為1980—1987 年，是繁榮階段，一類名為“專家系統”的人工智能程序，被全球大量公司所采納，各國也開始繼續向人工智能領域投入資金。第四階段為1987—1993 年，人工智能的發展再一次進入低谷[1]。第五階段為1993 年至今，隨著互聯網、大數據、云計算、物聯網等技術的不斷進步，以深度神經網絡為代表的一系列人工智能技術得到了快速發展，迎來再一次繁榮。

2 人工智能在紡織機械設計、制造及生產中的優勢

2.1 紡織機械設計

近些年，隨著自動化設備的發展和使用，人工智能在紡織機械加工也有了一定范圍內的應用，人們對人工智能在紡織器材加工領域的研究也越來越深。作為一種智能系統，要實現機械設計全自動化，減少設計的主觀因素。相比較傳統的設計理念，現代化機械設計中人工智能的技術的應用尤其的顯著，在當今計算機技術發展如此迅速的今天，PLC技術作為一種全新的管理技術方式，之所以在機械設計中可以得到廣泛的應用，都源于人工智能為整個系統提供了高效的技術支持，可以實現靈活的全方位的機械運動軌跡。

2.1.1 降低人工成本提高生產效率

傳統的紡織機械設計都依賴人工來完成，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。人工智能技術在機械設計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，很多環節實現了自動化智能化，系統可以24 小時進行運轉。除此之外，還可以更加精確和預警故障問題，在零部件的設計制造方面，精準性和直觀性更強。

2.1.2 簡化優化紡織機械設計流程

傳統的紡織機械設計過程，很多環節需要反復嘗試和實驗，才能敲定方案，并投入大規模的生產，在整個過程中，人工耗損很大，且人工誤差也比較大，人工智能在設計應用中推動了機械設計制造的數字化和智能化，在機械設計中很多環節是基于強大的智能技術和信息系統就可以實現更科學更合理的精準設計和測試，不再需要過多的人工參與和操作，很多設計流程被簡化和優化，系統關系更加清晰，操作上更加便捷和順暢。并且人工智能系統反應速度快、工作質量高。所以，在機械設計中，人工智能的應用越來越廣泛[2]。

2.1.3 推動傳統紡織機械行業的轉型

任何行業的生存和發展都要順應時代發展的規律。隨著科學技術的迅猛發展，人們已經步入了智能時代，人工智能被廣泛地運用的各行各業。但是中國的紡織機械加工行業還在沿用傳統的機械制造工藝。在激烈的市場競爭下，人工智能走入紡織機械加工領域，推動著中國紡織機械加工行業的轉型。

2.2 紡織機械制造

2.2.1 數控領域中人工智能的應用

隨著科學技術的迅速發展，數控行業的競爭愈演愈烈，這就需要我們更加保證數控系統的穩定性和安全性。人工智能在數控系統的應用，極大地提高了數控機床的安全性，有效延長了觸控機床的使用年。將人工技術運用到數控機床上，可以通過智能系統對相關信息進行整合，將加工數據進行有效分析，整個過程告別人工，系統進行自主控制、檢查、故障排除等。

2.2.2 人工智能對電氣系統的優化

電氣自動化的發展對人工智能給予了充分的利用，使得電氣設備的優化目標得以實現。將人工智能大的作用切實的發揮出來，使得優化時間大幅度縮短，設備質量整體得到提升。原有的優化方案對技術人員的工作閱歷掛鉤，增加的設備優化的局限性。智能優化在計算機的各種專家系統的加持下虛擬了各項電氣元器件，保證了傳統優化的一些弊端，使電氣優化的目標得以實現[3]。

2.3 紡織機械生產

2.3.1 提高機械生產安全性

在實際生產中安全性，穩定性至關重要中國機械生產中頻繁發生人員傷亡事件，其主要原因是在機械設計制造過程中，使用的工具不夠先進，員工的操作缺乏科學有效的保障措施，從而埋下很大的隱患。人工智能自動化生產系統地、完整地對運行設備實時進行監控，可以有效對應突發事件，一旦發生緊急情況，可以快速有效地進行控制，從而實現了安全穩定的生產模式。

2.3.2 提高設備生產效率

傳統的紡織織針的加工通常是單機加工。例如，紡織精密制針的加工，原有的沖坯至成品檢驗包裝環節，整個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節，設備單一復雜，人工智能有效地將這些環節進行了整合，聯合機誕生，數控操作實現等智能化的出現解決了人工操作環節過多，容易出現人為失誤和疏忽，在人工智能的加持下，自動化生產線應運而生，大大減小了機械加工的復雜性和降低了成本。自動化技術可以幫助實現精準計算，同時實現自動化處理，減少了人為操作失誤，降低事故，提高生產率的同時質量也得到了極大的保障，

2.3.3 便捷的維修方式

在其自動化生產的機械設備中，生產的加工及調試數據可以通過上位機進行精準化調試，告別以前很多的機械調試，實現數字化控制。同時還可以通過自檢模式及實時監控畫面，發現生產加工中存在的問題，保證產品的質量，在系統故障時可以采取措施，使設備強迫自動停止，保障了設備和人員的安全。

3 設備操作智能化

3.1 現狀分析

目前的技術發展中，人們更加注重對信息技術的處理和利用，這也是信息社會的發展所決定。隨著電子信息的發展及計算機技術的進步，人們對數據的處理以及數據的通訊操控更加嫻熟，在這樣的背景下，智能化概念開始走進人們的生活。將智能化引進到設備的加工及制造當中，也順應了時代發展的潮流。目前中國的設備操作還是過多地依靠人力，但隨著智能化設計在機械設備中的引入，這一理念得到了廣泛的認可[4]。

3.2 具體體現

上位機HMI 作為一種便捷的操作控制界面，其通過RS232、485、MODBUS、CAN 總線等協議用計算機與控制系統交互數據和控制信號。這種實時的內容便實現了監控、模塊的運行，并在HMI（人機界面）形象地顯示出來，操作者可以通過HMI 向自動化設備發出預期的控制信號，使得自動化設備按照操作者的意圖進行運行。并且，人工智能算法可以將其當前性能與之前的結果進行比較，并需要學習以改進數據處理。

4 物聯網工程在機械行業應用

現階段機械制造行業整體上得到國家宏觀調控的幫助，并未出現嚴重的缺失和不足，各項工作在開展中，取得了較大的進步。為此我們要將物聯網工程拓展到其他的層面上，實現對機械行業的更多把控。在拓展中不斷豐富技術體系，將技術措施和相關內容進行有效的增加，推動機械行業能夠良性發展。物聯網可以應用于紡織制針的精密自動化控制當中，把所有工序自動化設備，通過智能分站和智能交換機連接起來，以檢測和控制現場，進行數據分析和優化，保證安全生產，達到質量把控，減少維護。可以通過傳感裝置或者聯網方式，建立后臺系統，通過反饋，及時了解車臺的運轉情況保證設備的運轉率，提高產量。

5 電子工藝流程卡的趨勢

5.1 傳統工藝流程卡

現在的加工制造業企業的工藝流程主要依靠傳統的紙質流程卡和普通的系統管理進行流轉，每張卡包含一個批次的產品信息，卡片跟隨該批次產品進行生產工藝流轉，每道工藝流程由不同的操作人員進行生產，完成后該操作人員在紙質卡上填上生產數量信息和操作人員姓名進行數據記錄，工藝流程完成再由質檢和管理人員根據紙質卡片統一記錄數據，錄入到普通管理系統，進行生產數據統計和工資計算。傳統的工藝流程卡存在；數據滯后，不能隨時掌握生產情況；統計緩慢，制作生產計劃困難；作業人員填寫紙質流程卡清晰度低，識別率低，出錯率高；管理者錄入工作量大，效率低；計算員工計件工資緩慢[5]。

5.2 電子工藝流程卡

為了更有效便捷地掌握生產情況，高速準確地統計生產數據，可以創建一套電子工藝流程卡工作系統。它可以運用識別二維碼的方式，實現免填產品加工工藝流程卡，提前將工序和操作人員錄入到系統當中，掃描每批次包產品的二維碼即可查看到對應的操作人員，以及該批次包的流轉情況，隨時掌握生產情況，并自動生成產量工資，節約了統計人數，提高了產品數量的準確性，減少了工作量。

6 設備的遠程監控

6.1 遠程監控的趨勢

為了提高工廠的生產力，車間設備必須在生產周期內以最佳性能運行。因此就需要采集并分析設備的相關參數，隨著時間推移重新創造條件，使設備能夠維持最佳性能運行。支持遠程監控的可視化技術能夠為遠程維護和維修活動提供途徑。技術人員可以通過遠程監控診斷出現問題的機器，同時還可以實現遠程管理維修和維護。

6.2 遠程監控的實現

遠程監控和狀態監控都屬于工業4.0 背景下提高工業自動化數字化水平的產物。二者的運作基礎都是工廠車間的數字化，而遠程監控和狀態監控的實現需要硬件和軟件解決方案。工業物聯網、智能設備和邊緣設備是用于采集車間數據或執行相應活動。在狀態監控過程中，這些設備負責采集設備運行數據或執行活動所需的數據，遠程監控則通過分析這些設備采集的數據，進而遠程控制車間活動。遠程監控過程中的數據交換需要進行統一。統一的IT 架構意味著工廠車間設備可以在需要時進行數據傳輸和接收。工業現場設備接入、數據采集、設備監控的工業級邊緣計算網關。從而實現數據的相互交換，使遠程監控成為可能。HINET·G 系列邊緣計算網關，是面向工業現場設備接入、數據采集、設備監控的工業級邊緣計算網關。采用 ARM Cortex-A7 800MHz高性能CPU，擁有以太網、串口、CAN 口、IO 口等豐富的接口，支持以太網、2G/3G/4G 網絡接入方式，可滿足絕大部分工業應用場景及工業設備接入。工業級邊緣計算網關也叫工業物聯網智能網關、無線數據采集網關、通訊采集網關，無線網關，工業通訊網關，屬于無線傳感器網絡產品。