工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用研究

劉順華，李俊濤

（許昌電氣職業(yè)學院，河南 許昌 461000）

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是建設(shè)“數(shù)字中國”的重點發(fā)展方向之一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連續(xù)5 年被寫入我國的政府工作報告，是第四次工業(yè)革命的重要基石，在我國的發(fā)展明顯提速。企業(yè)需要將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機械制造業(yè)中，在提升生產(chǎn)效率的同時，還能節(jié)約生產(chǎn)成本，促進企業(yè)效益提升。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)指物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，通過人、機、物的全面互聯(lián)，從而推動形成全產(chǎn)業(yè)鏈的全新生產(chǎn)制造和服務(wù)體系。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下，會提升打通全產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提升生產(chǎn)效率，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)全周期風險把控，促進企業(yè)的良好發(fā)展。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，具有一定的優(yōu)勢特點，具體體現(xiàn)在以下幾點內(nèi)容中：一方面，可以確保工業(yè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，能對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各種數(shù)據(jù)進行實時采集，具備一定程度的故障自動診斷和修復功能，確?？焖夙憫?yīng)，為企業(yè)創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟效益，降低人工成本，能改善現(xiàn)實中的工廠生產(chǎn)環(huán)境，也是大多數(shù)企業(yè)創(chuàng)新的方向。另一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也是現(xiàn)代工業(yè)的一種標志，工業(yè)化中融入信息化技術(shù)的結(jié)果，是萬物互聯(lián)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代的時代標簽，是工業(yè)發(fā)展的主流趨勢，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域全面智能化，能利用最優(yōu)生產(chǎn)路徑，實現(xiàn)最佳生產(chǎn)效率。

當前國內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是單個方面應(yīng)用為主，制造全過程生態(tài)化應(yīng)用較少。從目前范圍來看，歐美國家主導了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展成熟、基礎(chǔ)設(shè)施配套完善。我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)起步較晚，雖然在工業(yè)母機和工業(yè)軟件方面，尚需不懈努力追趕，但在工業(yè)APP（工業(yè)技術(shù)知識的數(shù)字化）方面能夠形成超越。為縮小與國外差距，應(yīng)堅持攻克工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵核心技術(shù)瓶頸，加快創(chuàng)新我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的步伐，為中國工業(yè)由大變強奠基。

對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來講，具有十分廣泛的應(yīng)用，是多學科組成的一種學科技術(shù)，主要由九方面內(nèi)容組成，具體分為以下幾點內(nèi)容：第一，裝備技術(shù)。以工業(yè)機器人、數(shù)控機床加工、增材制造技術(shù)等為代表，包括各類傳感器和儀器儀表的集成。第二，感知技術(shù)。利用軟硬件方法采集包含各類特征的數(shù)據(jù)，包括以工業(yè)視覺為代表的溫度、濕度、壓力、流量等信息。能夠有效檢測性能參數(shù)，并檢測實際狀態(tài)。第三，控制技術(shù)。包括控制算法、執(zhí)行驅(qū)動，工控系統(tǒng)安全等技術(shù)。在分析感知技術(shù)信息數(shù)據(jù)下，制定出相關(guān)的驅(qū)動信號。第四，通訊技術(shù)。其中有工業(yè)以太網(wǎng)、LORA、PROFINET 等工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與協(xié)議，也包括5G、數(shù)字孿生等通用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。第五，數(shù)據(jù)和信號處理技術(shù)。主要對數(shù)據(jù)和信號進行處理分析，制定動作方案。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備的優(yōu)勢特征

2.1 具有較強的經(jīng)濟性

對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來說，經(jīng)濟性的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾點：第一，任何工業(yè)設(shè)備均可通過云平臺進行數(shù)字建模。云平臺將設(shè)備上報的溫度、濕度、狀態(tài)、電流、電壓等數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析和智能模塊，對數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)設(shè)備的生產(chǎn)監(jiān)控、能耗預(yù)測等。第二，支持多個工業(yè)協(xié)議，支持PLC、CNC、modbus 設(shè)備的快速連接，支持保存設(shè)備歷史數(shù)據(jù)。第三，模塊可以自主開發(fā)，降低企業(yè)成本，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，促進企業(yè)的長遠發(fā)展，使其在市場競爭中占有一席之地。

2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)改變工業(yè)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，將數(shù)字技術(shù)融入其中，在一定程度上改變了工業(yè)產(chǎn)品本身，通過數(shù)字化實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化，從而使工業(yè)產(chǎn)品發(fā)揮出了更強的功能和性能，表現(xiàn)出了更多的適應(yīng)性和智能。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得產(chǎn)品本身的形態(tài)和功能都得到了根本的改變。圖形化交互技術(shù)、CAM、建模與仿真等技術(shù)使得工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計和研制理論得到了改變，在產(chǎn)品開發(fā)的早期就能對產(chǎn)品試驗驗證。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)改變了工業(yè)運行模式。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將早期的產(chǎn)品試產(chǎn)模式轉(zhuǎn)換成模型、建模與仿真計算的模式，從而更高效、更快捷地獲得合格的產(chǎn)品。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)突破工業(yè)產(chǎn)品的有形邊界。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過產(chǎn)品與人、物、環(huán)之間的數(shù)據(jù)獲取、分析、交互、執(zhí)行等，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)要素之間的互聯(lián)互通，構(gòu)成了一個更加復雜的體系，突破工業(yè)產(chǎn)品原有的邊界，創(chuàng)新出更多功能。

2.3 具備安全穩(wěn)定的綜合性特征

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，利用工業(yè)區(qū)塊鏈服務(wù)提升企業(yè)運行效率。以用戶體驗為先的一站式行業(yè)解決方案，支持多客戶端高性能、低延時的復雜操作可靠性等特點，數(shù)據(jù)具有真實性、可溯源性，不易篡改。

相對而言，系統(tǒng)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以確保車間及生產(chǎn)線等事項連接起來，確保工作人員對設(shè)備運行進行狀態(tài)有效地掌控，還可有效地監(jiān)控產(chǎn)品品質(zhì)。在當前社會發(fā)展下，綜合性是工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢，能夠降低企業(yè)生產(chǎn)成本，協(xié)同部門之間的發(fā)展，激發(fā)企業(yè)生產(chǎn)的靈活性。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，工作人員能夠依據(jù)APP 消息推送、短信推送的參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行自動分析展示設(shè)備故障趨勢，按時間維度進行設(shè)備數(shù)、故障率、報警信息等數(shù)據(jù)分析，通過分析圖形進行展示。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，綜合性明顯具體體現(xiàn)在設(shè)備分析，或者是產(chǎn)品管理上，保證設(shè)備在線率、每日設(shè)備活躍率情況的統(tǒng)計展示，用戶可以隨時查詢、重置產(chǎn)品，查看產(chǎn)品的詳情，提升了設(shè)備使用的合理性、科學性，保證產(chǎn)品制造的個性化定制特點，提高了生產(chǎn)中的成本管控。在實際生產(chǎn)過程中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用，提高了技術(shù)人員的有效掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實際應(yīng)用水平，同時也降低了機械設(shè)備的故障率。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用

3.1 產(chǎn)品的一體化設(shè)計

對于產(chǎn)品制造而言，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用工業(yè)技術(shù)軟件化理念以及工業(yè)APP，將產(chǎn)品設(shè)計的流程、方法、數(shù)據(jù)、工具軟件以及各種應(yīng)用進行獲整合，通過產(chǎn)品總體、各部件及系統(tǒng)設(shè)計，最終實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計全流程的貫通，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的一體化設(shè)計。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠為產(chǎn)品設(shè)計過程建立統(tǒng)一的任務(wù)單元模型。將任務(wù)管理與流程管理融合為一體，建立統(tǒng)一的產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)管理體系，能夠?qū)崿F(xiàn)各個設(shè)計階段和產(chǎn)品迭代的數(shù)據(jù)可溯源性。建立項目流程一體化、各分工明確、協(xié)作有序的產(chǎn)品研發(fā)項目的管理系統(tǒng)，將產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所設(shè)計的管理人員、生產(chǎn)人員，以及各部門、工具、設(shè)備、數(shù)據(jù)等關(guān)鍵對象有效地集成并系統(tǒng)地管理起來。

3.2 智能化生產(chǎn)應(yīng)用

通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以查詢產(chǎn)品的配額，也可隨時調(diào)整產(chǎn)品的配額,在一定程度上提升了生產(chǎn)的可控性，降低生產(chǎn)過程中的煩瑣性，降低了庫存壓力。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺幫助用戶對生產(chǎn)過程提供了豐富的應(yīng)用模塊，通過相應(yīng)終端，對生產(chǎn)過程實行可視化、精細化的控制和管理。

用戶可以隨時對設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備維護信息及設(shè)備配件庫存等信息進行管理。生產(chǎn)設(shè)備的配套的服務(wù)商也可通過平臺了解設(shè)備的運行狀態(tài)。通過遠程操作、故障識別、遠程維護，降低宕機成本，提高解決問題的效率。智能化生產(chǎn)優(yōu)勢特征，也可根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)，自動分析庫存需求，做出及時提醒，也可多庫存協(xié)調(diào)出庫，降低物流成本。

3.3 數(shù)字技術(shù)的利用

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，數(shù)字技術(shù)具有有效的應(yīng)用。2012 年GE 公司首次提出了“數(shù)字工業(yè)”的概念，繼而推動了工業(yè)世界與數(shù)字世界的融合，帶動了機器與軟件無縫協(xié)作的重大變革，數(shù)字孿生是當前數(shù)字技術(shù)的重大核心之一。通過物理機械與數(shù)字技術(shù)的融合，利用數(shù)據(jù)和分析來模擬實體設(shè)備的數(shù)字孿生，具有可靠性特征，使企業(yè)降低了成本，真正促進企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。

4 未來發(fā)展趨勢

4.1 自動化企業(yè)向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展

對于大多數(shù)的自動化企業(yè)將向以信息技術(shù)為核心的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺為生產(chǎn)提供了周期短、數(shù)字化、柔性智能制造等服務(wù)，促使自動化企業(yè)運行模式方面做出改變。

4.2 工業(yè)APP 促進機械自動化技術(shù)設(shè)計升級

機械自動化技術(shù)工業(yè)APP 系統(tǒng)提高了機械自動化技術(shù)效率，降低了機械自動化技術(shù)設(shè)計周期，以前需要6個小時完成的一套設(shè)計工作，利用開發(fā)的機械自動化技術(shù)設(shè)計APP，可以實現(xiàn)3 個小時完成該工作，相當于機械自動化設(shè)計效率提高了50%，達到明顯縮短機械自動化技術(shù)設(shè)計的應(yīng)用效果。

4.3 智能工廠

小批量、個性化定制將是未來產(chǎn)品的趨勢之一，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將促進產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計升級。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以根據(jù)客戶的意愿，做到真正的個性化定制生產(chǎn)，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，也可幫助或指導設(shè)計部門進行產(chǎn)品改進設(shè)計。

5 結(jié)語

總而言之，在當前形勢背景下，企業(yè)多采用自動化和信息化制造，多以單個環(huán)節(jié)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，存在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推廣難的現(xiàn)狀。工業(yè)母機和工業(yè)軟件與國外先進水平尚有較大差距?；诂F(xiàn)狀，企業(yè)應(yīng)對自身的生產(chǎn)技術(shù)水平促進創(chuàng)新，盡早完成頂層規(guī)劃，將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)相融合，促進企業(yè)的發(fā)展。