生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)與改造研究

毛節(jié)元 張新慶 劉英豪

摘 要： 隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)制造的日益復(fù)雜化，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)與改造已經(jīng)成為企業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。探討如何通過(guò)智能化技術(shù)的引入來(lái)提高生產(chǎn)效率、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本以及增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。首先，對(duì)智能化升級(jí)改造進(jìn)行了一定論述，明確了其概念和意義，其次，探討了生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)改造關(guān)鍵技術(shù)，主要包括傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)應(yīng)用以及人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等，最后，分析了生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施智能化升級(jí)改造過(guò)程中的挑戰(zhàn)，并提出了相應(yīng)的解決方案，進(jìn)而為生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)與改造提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞： 生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施 智能化 升級(jí) 改造

中圖分類號(hào)： TD928文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）06-0010-03

Research on the Intelligent Upgrading and Transformation of Production Equipment and Facilities

MAO Jieyuan ZHANG Xinqing LIU Yinghao

Rizhao Lanshan Biochemical Products Co.， Ltd.， Rizhao， Shandong Province， 276800 China

Abstract： With the continuous progress of science and technology and the increasing complexity of industrial manufacturing， the intelligent upgrading and transformation of production equipment and facilities have become the future development direction of enterprises. This paper discusses how to improve production efficiency， improve product quality， reduce costs and enhance the competitiveness of enterprises through the introduction of intelligent technology. Firstly， it discusses intelligent upgrading and transformation， and clarifies its concept and significance. Secondly， it discusses key techniques for the intelligent upgrading and transformation of production equipment and facilities， mainly including sensing technology and the Internet of things， data analysis and big data application， arti‐ficial intelligence and machine learning， etc. Finally， it analyzes the challenges in the process of the intelligent up‐grading and transformation of production equipment and facilities， and puts forward corresponding solutions， which provides technical support for the intelligent upgrading and transformation of production equipment and facilities.

Key Words： Production equipment and facility； Intelligent； Upgrading； Transformation

隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)化的快速發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)改造對(duì)于企業(yè)發(fā)展的影響越來(lái)越大。智能化升級(jí)改造的目的不僅是提高生產(chǎn)效率和降低成本，還是滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，以及應(yīng)對(duì)日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。因此，進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)與改造研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)改造關(guān)鍵技術(shù)

1.1 傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)

傳感技術(shù)涵蓋各種傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置，其可以被部署在生產(chǎn)線、設(shè)備、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域和各種設(shè)施中，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和收集各種環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。這些傳感器可以測(cè)量溫度、濕度、壓力、電流、振動(dòng)等多種參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)或云平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用則通過(guò)將這些傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)施的智能化。

傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的有效應(yīng)用，有助于提高生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的管理水平，首先，提供了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋機(jī)制，使設(shè)備和設(shè)施能夠即時(shí)響應(yīng)變化的需求和環(huán)境條件。這有助于降低設(shè)備故障率，提高生產(chǎn)效率，減少停機(jī)時(shí)間。其次，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，允許遠(yuǎn)程維護(hù)和操作，減少了人工干預(yù)的需要，降低了維護(hù)成本。最后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和分析，傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還支持預(yù)測(cè)性維護(hù)、能源管理、庫(kù)存控制和生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化等關(guān)鍵任務(wù)[1]。

1.2 數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)應(yīng)用

首先，數(shù)據(jù)分析可以幫助企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的性能，及時(shí)識(shí)別潛在問(wèn)題和異常情況。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，企業(yè)可以采取預(yù)防性維護(hù)措施，避免設(shè)備故障和停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)連續(xù)性。同時(shí)，數(shù)據(jù)分析還支持生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，通過(guò)識(shí)別生產(chǎn)瓶頸、減少?gòu)U品率、優(yōu)化設(shè)備利用率等方式，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。其次，大數(shù)據(jù)應(yīng)用通過(guò)處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集，應(yīng)用高級(jí)分析技術(shù)，挖掘數(shù)據(jù)中的潛在模式和趨勢(shì)。這種技術(shù)可以用于供應(yīng)鏈優(yōu)化、需求預(yù)測(cè)、庫(kù)存管理等關(guān)鍵決策任務(wù)。例如：企業(yè)可以利用大數(shù)據(jù)分析來(lái)預(yù)測(cè)市場(chǎng)需求、準(zhǔn)確調(diào)整庫(kù)存水平、降低運(yùn)輸成本。這有助于提高企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率，減少資源浪費(fèi)，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。最后，數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)應(yīng)用還可以用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。通過(guò)分析客戶反饋和市場(chǎng)數(shù)據(jù)，企業(yè)可以更好地了解市場(chǎng)需求和趨勢(shì)，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，推出更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，這有助于提高客戶滿意度，增加市場(chǎng)份額，推動(dòng)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)。

1.3 人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)

通過(guò)將人工智能（Artificial Intelligence，AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning，ML）嵌入到生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施中，能夠提高設(shè)備的感知、思考以及決策的能力。

首先，AI和ML的集成能夠顯著提升設(shè)備的自主功能，包括感知環(huán)境變化、執(zhí)行復(fù)雜決策和執(zhí)行任務(wù)。例如：智能機(jī)器人能夠根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境反饋?zhàn)灾鳑Q策并執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)；無(wú)人駕駛車輛則能夠自動(dòng)導(dǎo)航并規(guī)避障礙物。

其次，這些技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用尤為廣泛，不僅可以用于質(zhì)量控制和生產(chǎn)線的自動(dòng)化管理，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和維護(hù)。例如：ML通過(guò)分析大量的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防設(shè)備潛在故障，優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃，減少停機(jī)時(shí)間，并降低維修成本。

此外，AI和ML在設(shè)施管理和能源效率優(yōu)化方面也展現(xiàn)出巨大潛力。通過(guò)智能建筑管理系統(tǒng)，設(shè)施管理員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控能源消耗、室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)。系統(tǒng)還能自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)施運(yùn)營(yíng)，以提升能源使用效率，這不僅減少了能源成本和碳排放，也能夠提供更加舒適和安全的工作環(huán)境[2]。

1.4 云計(jì)算和邊緣計(jì)算

云計(jì)算是一種通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將計(jì)算資源提供給用戶的方式，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理。在智能化升級(jí)改造中，云計(jì)算可以用于集中存儲(chǔ)和管理大量數(shù)據(jù)，執(zhí)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析任務(wù)，支持機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能應(yīng)用。生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施可以通過(guò)云平臺(tái)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，并從云中獲取分析結(jié)果和決策支持，無(wú)需依賴局部計(jì)算資源。這種分布式計(jì)算模型可以加速數(shù)據(jù)處理速度，降低設(shè)備的計(jì)算負(fù)載，提高設(shè)施的智能化水平[3]。

邊緣計(jì)算是一種將計(jì)算資源放置在數(shù)據(jù)產(chǎn)生源頭附近的計(jì)算模式，可以在設(shè)備和設(shè)施本地執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，減少數(shù)據(jù)傳輸和延遲。這對(duì)于需要實(shí)時(shí)響應(yīng)和低延遲的應(yīng)用非常重要，如自動(dòng)駕駛汽車、智能工廠和智能城市。邊緣計(jì)算允許設(shè)備和設(shè)施在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和決策，減少對(duì)云計(jì)算的依賴，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時(shí)，邊緣計(jì)算還支持設(shè)備之間的協(xié)同工作，促進(jìn)了智能設(shè)備的互聯(lián)互通。

云計(jì)算和邊緣計(jì)算的結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)一種靈活的計(jì)算架構(gòu)，既滿足了中央數(shù)據(jù)處理的需求，又充分利用了設(shè)備本地計(jì)算的優(yōu)勢(shì)。這種架構(gòu)可以為智能化升級(jí)提供高度可擴(kuò)展性和適應(yīng)性，同時(shí)滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

1.5 自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)

首先，通過(guò)引入自動(dòng)化技術(shù)，能夠?qū)υO(shè)備設(shè)施和整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行系統(tǒng)全面的控制，進(jìn)而避免人工操作失誤的發(fā)生。這包括自動(dòng)化的生產(chǎn)線、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)和物流系統(tǒng)、自動(dòng)化的質(zhì)量控制系統(tǒng)等。自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)提高生產(chǎn)效率、降低人力成本、減少人為錯(cuò)誤等方式，顯著改善了生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施的運(yùn)行性能。例如：在制造業(yè)中，自動(dòng)化生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)和裝配，大大提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率和一致性。在倉(cāng)儲(chǔ)和物流方面，自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)貨物的高速分類、存儲(chǔ)和交付，降低了運(yùn)營(yíng)成本和錯(cuò)誤率。其次，機(jī)器人技術(shù)是自動(dòng)化的重要組成部分，機(jī)器人被廣泛用于生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)施的各個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人的靈活性和精確性可以使其執(zhí)行各種任務(wù)，如裝配、焊接、噴涂等。機(jī)器人還可以用于危險(xiǎn)環(huán)境下的任務(wù)，如核能、化工和救援工作。此外，機(jī)器人技術(shù)還在醫(yī)療、服務(wù)業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

2 生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施智能化升級(jí)改造的挑戰(zhàn)與對(duì)策

2.1 安全和隱私問(wèn)題

首先，隨著設(shè)備的互聯(lián)和數(shù)據(jù)的集中管理，網(wǎng)絡(luò)安全成為至關(guān)重要的問(wèn)題。惡意入侵、病毒攻擊和數(shù)據(jù)泄露威脅著生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的保密性。改善網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵在于建立健全的網(wǎng)絡(luò)安全體系，包括強(qiáng)化防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密和訪問(wèn)控制，以確保網(wǎng)絡(luò)的完整性和安全性。

其次，隱私問(wèn)題也是不容忽視的挑戰(zhàn)。智能化升級(jí)可能會(huì)涉及到員工、客戶和供應(yīng)商的個(gè)人數(shù)據(jù)收集和處理。如果這些數(shù)據(jù)未經(jīng)妥善保護(hù)，可能會(huì)引發(fā)隱私泄露和合規(guī)性問(wèn)題。為了避免隱私數(shù)據(jù)的泄露，企業(yè)需要明確規(guī)定數(shù)據(jù)的收集和使用政策，確保遵守相關(guān)隱私法規(guī)，并采取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)加密和安全措施，以保護(hù)個(gè)人信息的隱私和安全[4]。

2.2 技術(shù)集成和兼容性

技術(shù)集成和兼容性涉及到多個(gè)方面，包括不同設(shè)備、系統(tǒng)和軟件之間的互操作性，以及確保它們能夠協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效益。

首先，企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施往往不是同一時(shí)間購(gòu)買，相應(yīng)的品牌和型號(hào)也會(huì)不同，這些設(shè)備和系統(tǒng)可能使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式和控制邏輯，導(dǎo)致它們難以集成在一起。為了解決這一問(wèn)題，需要采用標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議和接口，以便設(shè)備之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和互操作。同時(shí)，中間件和集成平臺(tái)可以用來(lái)橋接不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的差異，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)縫傳輸和集成。其次，不同供應(yīng)商提供的智能化解決方案可能存在兼容性問(wèn)題。這意味著某個(gè)供應(yīng)商的智能傳感器、控制器或軟件可能不兼容另一個(gè)供應(yīng)商的設(shè)備或系統(tǒng)。為了解決這一問(wèn)題，企業(yè)需要在采購(gòu)智能化解決方案時(shí)考慮兼容性，選擇具有良好集成記錄的供應(yīng)商。此外，開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）的使用可以促進(jìn)不同供應(yīng)商的設(shè)備和系統(tǒng)之間的集成。

2.3 投資和成本管理

企業(yè)需要進(jìn)行全面的投資規(guī)劃和預(yù)算制訂。首先，在開(kāi)始智能化升級(jí)項(xiàng)目之前，必須明確項(xiàng)目的預(yù)期成本，并制訂詳細(xì)的預(yù)算計(jì)劃。這包括考慮設(shè)備和技術(shù)的購(gòu)買成本、安裝和集成費(fèi)用、員工培訓(xùn)費(fèi)用、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本以及潛在的升級(jí)成本。通過(guò)制訂合理的預(yù)算計(jì)劃，企業(yè)可以更好地控制投資支出，避免超支和不必要的費(fèi)用。其次，成本管理需要在整個(gè)項(xiàng)目周期內(nèi)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控和控制。這包括跟蹤實(shí)際支出與預(yù)算的對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決超支或成本增加的問(wèn)題。同時(shí)，企業(yè)還需要評(píng)估項(xiàng)目的回報(bào)率，以確定智能化升級(jí)是否能夠帶來(lái)足夠的經(jīng)濟(jì)效益和價(jià)值。如果項(xiàng)目成本過(guò)高或回報(bào)率不佳，可能需要重新評(píng)估和調(diào)整項(xiàng)目計(jì)劃。

2.4 人員培訓(xùn)和文化變革

首先，人員培訓(xùn)對(duì)于確保員工能夠有效地操作和維護(hù)智能化設(shè)備至關(guān)重要。新的技術(shù)和系統(tǒng)可能會(huì)引入復(fù)雜的界面和功能，員工需要接受培訓(xùn)，以了解如何正確使用這些系統(tǒng)，以及如何應(yīng)對(duì)潛在的故障和問(wèn)題。同時(shí)，培訓(xùn)計(jì)劃應(yīng)該定期更新，以跟上技術(shù)的發(fā)展。其次，文化變革也是關(guān)鍵因素。智能化升級(jí)可能會(huì)改變工作流程和組織結(jié)構(gòu)，員工往往需要一段過(guò)渡時(shí)期。為了應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)，企業(yè)需要積極推動(dòng)文化變革，建立開(kāi)放的溝通渠道，鼓勵(lì)員工參與決策過(guò)程，以及提供支持和培訓(xùn)，幫助他們適應(yīng)新的工作環(huán)境[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的智能化升級(jí)與改造是一項(xiàng)綜合性的系統(tǒng)工作，對(duì)于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有決定性的影響。通過(guò)采取有效的升級(jí)改造措施，能夠進(jìn)一步提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，更好地適應(yīng)市場(chǎng)變化。這一領(lǐng)域仍然有許多需要進(jìn)一步研究和探討的問(wèn)題，希望未來(lái)的研究可以進(jìn)一步推動(dòng)智能化升級(jí)和改造的發(fā)展，以促進(jìn)工業(yè)和制造業(yè)的持續(xù)進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]陳二強(qiáng).中小型煤礦智能化建設(shè)中機(jī)電設(shè)備升級(jí)改造研究[J].能源與環(huán)保，2023，45（9）：237-242.

[2]馬成柱.燒結(jié)機(jī)機(jī)械設(shè)備的智能化改造與升級(jí)[J].冶金管理，2023（17）：10-11，24.

[3]張金帝.綜采工作面設(shè)備智能化改造設(shè)計(jì)[J].陜西煤炭，2023，42（4）：140-142，158.

[4]陳龍，劉洪平.舊設(shè)備智能化改造助力智能制造業(yè)發(fā)展[J].價(jià)值工程，2023，42（16）：21-23.

[5]張劍.煤礦井下綜合機(jī)械化采掘設(shè)備智能化改造[J].設(shè)備管理與維修，2022（10）：99-100.