基于智能制造生產(chǎn)線運動方向研究

何達庭

摘 要： 制造業(yè)的智能化方興未艾，表現(xiàn)在生產(chǎn)過程，管理過程和整個企業(yè)的智能化。介紹了智能生產(chǎn)線的硬件和軟件，智能生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)和主要特點，智能制造的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞： 智能制造;生產(chǎn)線;過程智能化;管理智能化

【中圖分類號】TD659???? 【文獻標識碼】A???? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.163

1 生產(chǎn)過程智能化

1.1 智能生產(chǎn)線架構(gòu)

智能生產(chǎn)線主要采用硬件，網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)技術(shù)。智能生產(chǎn)線的硬件基礎(chǔ)由智能設(shè)備模塊和倉儲物流模塊組成。智能設(shè)備模塊還包括先進的制造技術(shù)，先進的檢測技術(shù)和自動控制技術(shù)。

1）智能生產(chǎn)線硬件設(shè)施配備傳感器，二維碼和射頻識別裝置。生產(chǎn)線采集其采集的設(shè)備監(jiān)控、制造檢測和材料信息數(shù)據(jù)，并根據(jù)一定的安全通信協(xié)議與虛擬仿真數(shù)據(jù)一起，由生產(chǎn)控制模塊進行分析和處理[1]。

2）智能生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)是雙向數(shù)據(jù)集成傳輸模塊的硬件支撐，它分為主控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行系統(tǒng)子網(wǎng)，以及耦合生產(chǎn)控制模塊和每個功能硬件子模塊。

3）大數(shù)據(jù)技術(shù)將技術(shù)人員從繁雜的數(shù)據(jù)分析處理作業(yè)中解放出來，有效且正確地為人類的決策提供根據(jù)，實現(xiàn)真正的智能制造[2]。

1.2 智能制造的關(guān)鍵技術(shù)和主要特征

智能制造的本質(zhì)是將知覺、判斷、決策等人類的智能活動編入廣義的制造過程中，并將其與計算機、電子信息技術(shù)、高度的制造和管理技術(shù)深度融合。智能制造的特征主要體現(xiàn)在以下三個方面：

1）高度自動化的物流。通過二維碼或視頻識別裝置確定硬件特性，然后與機器人，傳送帶，無人駕駛汽車等自動化設(shè)備一起實現(xiàn)搬運，管理和調(diào)度。

2）有機交流和感知的所有要素?；谕ㄐ藕途W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，工廠的設(shè)備，材料，環(huán)節(jié)，方法和人員等生產(chǎn)要素可以在智力過程中有機地聯(lián)系起來，保證異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)數(shù)據(jù)的快速流動和高安全性。

3）虛擬現(xiàn)實的相互作用。用3D模擬實際的工廠機器，在模擬中，分析工廠布局和生產(chǎn)流程等是否被最優(yōu)化，構(gòu)筑假想生產(chǎn)線，通過OPC―UA通信協(xié)議連接上述假想環(huán)境，與實際的工廠進行對話操作。

2 管理智能化

工業(yè)應(yīng)用中操作技術(shù)OT和信息技術(shù)IT內(nèi)涵表達的層次模型為第1層-第3層（L1-L3）屬于OT技術(shù)，第4層（L4）屬于IT技術(shù)，如圖1所示。

L1層-實物量采集，執(zhí)行類型的業(yè)務(wù)和產(chǎn)品，如儀表和閥門，驅(qū)動器和電機，設(shè)備;

L2層工業(yè)自動化控制業(yè)務(wù)及產(chǎn)品，如分布式控制系統(tǒng)、DCS、可編程控制器、PLC、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控控制系統(tǒng)SCADA;

L3層生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)和產(chǎn)品，如制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、生產(chǎn)計劃和調(diào)度管理APS、質(zhì)量和可靠性保證QRA;

層L4-企業(yè)管理業(yè)務(wù)和產(chǎn)品，其核心是基于上述操作和信息技術(shù)的集成以及數(shù)據(jù)的自由流動，實現(xiàn)了以下目標：

1）管理信息化：企業(yè)電子文件正在逐步取代紙質(zhì)文件，高效，準確的數(shù)據(jù)傳輸。

2）生產(chǎn)的實時監(jiān)測和分析：首次上載到同一數(shù)據(jù)庫的L3層實時數(shù)據(jù);通過對移動終端的訪問，獲得多種數(shù)據(jù)，真正的基于數(shù)據(jù)的決策。

3）智能信息管理：許多企業(yè)通過信息集成和優(yōu)化，實時獲取指揮進度信息，有助于快速制定應(yīng)急預(yù)案;維修人員可以遠程監(jiān)控設(shè)備運行情況，大大提高設(shè)備的正確水平。

3 智造的未來

3.1 第一代智能制造IM1.0

從人工智能AI來看，智能制造是人工智能和制造技術(shù)的交叉融合。傳統(tǒng)的智能制造是專家系統(tǒng)，它代表了那個時代人工智能的實際應(yīng)用成果，計算機的符號推論能力代表了專家系統(tǒng)的智能行為。

但是，專家系統(tǒng)的應(yīng)用效果很大程度上依賴于該領(lǐng)域?qū)＜业闹R，而且知識獲取困難，缺乏問題處理的靈活性。另外，由于專家系統(tǒng)的適用范圍狹窄，通用性低。人工智能技術(shù)以計算智能和機器學(xué)習(xí)的研究為重點，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí)DL領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)為重點。

3.2 第二代智能制造IM2.0

下一代的SM是動態(tài)的模型，其第1階段實現(xiàn)基于物理系統(tǒng)的感知和統(tǒng)合，與信息系統(tǒng)和社會系統(tǒng)進一步融合，發(fā)展成更加復(fù)雜的多元系統(tǒng)

基于云制造CM和信息物理系統(tǒng)CPS的智能制造模式，情感Computing和Social Computing的技術(shù)急速發(fā)展，革命性的材料附加制造技術(shù)（3D打印技術(shù)等）大幅削減了制造成本，預(yù)測制造和能動制造等智能制造模型。

3.3 智能制造的未來IM3.0

基于強大的智能算法和自主計算能力，IM3.0為知識收集和處理多種數(shù)據(jù)或信息，并應(yīng)用于解決實際生產(chǎn)問題，實現(xiàn)“通用智能制造”。

1）泛網(wǎng)絡(luò)化。在IM3.0時代，智能制造系統(tǒng)集成了分散的網(wǎng)絡(luò)資源，形成了統(tǒng)一或自主的傳輸協(xié)議，更有效地集成了知識網(wǎng)絡(luò)，人際網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)。

2）認知計算。IM3.0與人類思維一起，可以對制造過程中的意外情況采取適當?shù)目刂拼胧?，如更換工具，停止維護等。整個生產(chǎn)系統(tǒng)具有認知能力。

3）多種功能。在不久的將來，每個領(lǐng)域的IM3.0可以相互通信和相互學(xué)習(xí)，將許多領(lǐng)域的制造功能結(jié)合起來，擴展智能制造系統(tǒng)的知識領(lǐng)域和應(yīng)用。

4 結(jié)論

我國已經(jīng)建立了門類和品種繁多的現(xiàn)代工業(yè)體系，但我國制造業(yè)仍然“大而不強，多而不精“。建設(shè)智能生產(chǎn)核心設(shè)備組件和受控軟硬件平臺產(chǎn)品主要依靠進口。智能化和網(wǎng)絡(luò)化水平不高，本地化率低。要占領(lǐng)制造業(yè)的制高點，中國必須深入學(xué)習(xí)智能制造的基本理論，突破領(lǐng)域的關(guān)鍵共性技術(shù)，才能構(gòu)建智能制造產(chǎn)業(yè)的良性生態(tài)環(huán)境。

參考文獻

[1] 張容磊.我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析[J].智能制造，2020（08）：17-24.

[2] 熊雋，陳運軍，陳林.基于多機器人的智能生產(chǎn)線仿真設(shè)計[J].機床與液壓，2020，48（15）：66-71.