摘 要：近年來，制造業(yè)對于我國國民生活水平、國家經(jīng)濟發(fā)展都起到了推動作用。從大型工業(yè)設(shè)備制造，到小型部件加工，制造業(yè)無時無刻不體現(xiàn)出了其重要性。隨著信息時代的來臨，互聯(lián)網(wǎng)對整個制造業(yè)都起到了革新影響，產(chǎn)生了智能制造的新思路。智能制造不僅能加快制造業(yè)生產(chǎn)效率，還能提高產(chǎn)品質(zhì)量，對綜合國力的提升都有積極影響。文章將探討智能制造及其核心信息設(shè)備的研究進(jìn)展和趨勢。

關(guān)鍵詞：智能制造;核心信息設(shè)備;研究進(jìn)展;趨勢

各項智能技術(shù)的普及，給我國傳統(tǒng)制造業(yè)的加工、生產(chǎn)都帶來了新的沖擊。首先，智能制造可以縮減人力使用成本，使更多的技術(shù)人才從勞力中解放出來，投入到產(chǎn)業(yè)研究中。其次，提高了產(chǎn)品的加工精度，人們不但能通過智能機器直接生產(chǎn)產(chǎn)品，還可以通過其控制系統(tǒng)監(jiān)測加工流程，降低生產(chǎn)風(fēng)險。最后，推動了整個行業(yè)的發(fā)展。智能制造機器操作簡便，受環(huán)境影響小，能夠在各類惡劣的工業(yè)環(huán)境中保質(zhì)、保量進(jìn)行生產(chǎn)，是我國現(xiàn)代化制造建設(shè)的關(guān)鍵點。

1 智能制造介紹

智能制造來源于人工智能的研究，將其應(yīng)用于制造業(yè)，構(gòu)成了人機一體化的智能系統(tǒng)。利用人和智能機器合作理念，可以有效提高生產(chǎn)效率，規(guī)范生產(chǎn)流程。由于智能機器具備一定的分析、推理、設(shè)計能力，因此不論是在批量產(chǎn)，還是在精細(xì)加工方面，都可以如魚得水、順應(yīng)自如。2015年，工信部公布了智能制造試點示范名單，充分推動了我國制造業(yè)發(fā)展，激發(fā)了企業(yè)智能制造技術(shù)引入的積極性與自主性。智能制造與傳統(tǒng)制造相比，有以下幾點特征：

第一，自律特征。智能制造機器有強大的數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)，在運行時可以將環(huán)境數(shù)據(jù)與自身信息相結(jié)合，進(jìn)行分析、判斷并做出最優(yōu)規(guī)劃方案，數(shù)字分析所占時長很短，從而提高了智能機器的工作效率。

第二，人機一體化特征?，F(xiàn)階段所生產(chǎn)的智能制造機器只具備一定的推理邏輯思維，如果引入其他技術(shù)則能夠做到圖像思維，但要想讓其具備人類的靈感思維，還需要繼續(xù)深入研究。這也體現(xiàn)了其人機一體化的特征，需要人力按照實際情況修改程序，填寫相應(yīng)參數(shù)，才能和機器各顯其才、共同配合。

第三，虛擬現(xiàn)實特征。智能機器通過數(shù)據(jù)采集、影像修復(fù)、環(huán)境分析、傳感設(shè)置、智能模擬等多項技術(shù)，可以擬定制造過程與產(chǎn)品特征，幫助人們進(jìn)行分析，并在其之上作出改進(jìn)。

第四，學(xué)習(xí)維護(hù)特征。智能機器的數(shù)據(jù)維護(hù)可以通過兩方面來實現(xiàn)：首先是人工導(dǎo)入數(shù)據(jù)，一般在數(shù)據(jù)庫建立之初使用;其次是機器主動擴充，在數(shù)據(jù)庫建立好后，每一次使用都相當(dāng)于新數(shù)據(jù)錄入，從而體現(xiàn)出智能機器的自我學(xué)習(xí)特征。在機器遇到故障后，會進(jìn)行自檢排除故障、修復(fù)數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出其維護(hù)特征。

2 智能制造的核心信息設(shè)備

2.1 智能通信設(shè)備

隨著數(shù)字時代的來臨，手機、電腦已成為現(xiàn)代人的常用生活設(shè)備，人們通過網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)、購物、溝通、辦公等。強大的網(wǎng)絡(luò)功能、龐大的數(shù)據(jù)信息，都需要智能通信設(shè)備的支撐，才能帶動其正常運轉(zhuǎn)?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（Internet Protocol version 6，IPv6）與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議第4版（Internet Protocol version 4，IPv4）協(xié)議相比，首先，可以容納更多的IP地址，擴存了數(shù)據(jù)空間。其次，更新了分配原則，一條記錄就可以表示一片子網(wǎng)，提高了傳輸速率。再次，增加了對流支持，提高了其支撐設(shè)備的兼容性，為多媒體技術(shù)提供了更多的展示空間。最后，提高了安全性能，增加了數(shù)據(jù)保護(hù)強度。因此，支持IPv6的高速工業(yè)交換機、無線路由器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等在各工廠都發(fā)揮了積極作用，使工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境更安全、更高速。如圖1所示，IPv6增加了對流支持，提高了天線增益，從而提高了接受設(shè)備的靈敏度與傳輸速率。

圖1 無線路由器天線參數(shù)

2.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化工業(yè)制造、項目檢測方面起到了重要作用。通過建設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或是直接安裝相應(yīng)軟件，可以加強各操作部門間溝通，通過數(shù)據(jù)共享，動態(tài)監(jiān)測整個生產(chǎn)過程。按照應(yīng)用工藝不同智能控制系統(tǒng)又被分為可編程控制系統(tǒng)和工控機控制系統(tǒng)兩類。

可編程控制系統(tǒng)，在操作時可以通過輸入相應(yīng)參數(shù)，選用不同工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)加工[1]。其智能處在于機器可以自己實現(xiàn)計算、分析、籌劃、檢驗等程序，提高了工件的精度與準(zhǔn)度，而且其操作方便，抗干擾力強，因此，常被用于機械加工制造業(yè)。工控機控制系統(tǒng)是將工業(yè)控制計算機與傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)運用結(jié)合，其操作總體呈線性操作結(jié)構(gòu)，多用于監(jiān)測環(huán)節(jié)，通過主控臺數(shù)據(jù)顯示，工作人員可以實時了解工藝設(shè)備、裝備的工作狀態(tài)，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。另外，該系統(tǒng)還可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)理中，如在垃圾焚燒發(fā)電廠的滲濾液處理監(jiān)理系統(tǒng)中，就利用了工控機系統(tǒng)結(jié)合遙感技術(shù)，共同監(jiān)測處理池中的氨氮含量及金屬濃度。

結(jié)合能源管理有效進(jìn)行節(jié)能的EMS電能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常由人機交互界面、信息處理器、報警異常存儲、后臺數(shù)據(jù)庫、多級權(quán)限管理構(gòu)成，通過遙測遙感技術(shù)采集數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)建立智能化模型，并按照數(shù)據(jù)核算，進(jìn)行告警反饋，從而合理調(diào)配負(fù)荷，起到節(jié)能作用。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)也被稱為傳感網(wǎng)，其衍生出的技術(shù)設(shè)備可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將生活中的物件與互聯(lián)網(wǎng)相連，并上傳數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行識別、定位、管理等操作。其設(shè)備中最常用的是射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），其原理為電子標(biāo)簽接受射頻傳輸閱讀器上的微波信號，在生活中最常見的是公交卡、飯卡等。當(dāng)然，現(xiàn)在該項技術(shù)也在各行各業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用，如高速公路上的ETC識別、車站二代身份證識別等[2]。

物聯(lián)網(wǎng)另一個影響未來科技走向的是5G技術(shù)，通過邊緣計算架起物理世界與網(wǎng)絡(luò)世界的高速橋梁，將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心向邊緣側(cè)延伸，將加速ICT融合落地。通過搭建全新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)架，縮短實時周期數(shù)據(jù)分析時間，從而更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實時智能化處理與執(zhí)行，滿足了自動化建設(shè)中的低延時數(shù)據(jù)處理要求。如圖2所示，在邊緣計算技術(shù)影響下的5G三大應(yīng)用場景中，超低時延、大帶寬和海量連接的特點滿足了行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。

2.4 人工智能技術(shù)

人工智能為計算機學(xué)科的分支，通過人工智能技術(shù)可以實現(xiàn)多指標(biāo)自趨優(yōu)的生產(chǎn)特點。在日常生產(chǎn)中，人工智能被運用已愈來愈趨于多元化，據(jù)預(yù)計，2020年人工智能市場的復(fù)合年增長率將達(dá)到44.5%。人工智能可分為自然語言處理、語音識別、交叉領(lǐng)域、計算機系統(tǒng)等多個領(lǐng)域，應(yīng)用較為廣泛。

在生產(chǎn)中，人工智能可以多維度、深層次采集工業(yè)數(shù)據(jù)，并通過異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)換與邊緣處理，搭建工業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。匯集生產(chǎn)中的智能要素，優(yōu)化資源配置，并能有效協(xié)助設(shè)計員突破智能生產(chǎn)瓶頸，提高生產(chǎn)質(zhì)量。在醫(yī)療中，其語言處理系統(tǒng)，能自動識別病歷中的臨床變量，并更新數(shù)據(jù)庫，運用智能算法，找出其他相關(guān)變量，形成可行性圖文報告，相當(dāng)于一個學(xué)醫(yī)8年的研究生水平。同樣頁數(shù)的病歷，其信息獲取速度比平常醫(yī)生快362.5倍。結(jié)合語音識別系統(tǒng)能有效幫助HIS，PACS系統(tǒng)，識別病人語音，提高自助就診效率，并對病患分群，提出針對性解決方案。在安防方面，計算機視覺可通過人類表情、語音等來進(jìn)行身份識別，并且在事前預(yù)判和事后追蹤等方面都能提供有效幫助。

如圖3所示，當(dāng)今的人工智能技術(shù)以機器深度學(xué)習(xí)為核心，在視覺、語音、自然語言等應(yīng)用領(lǐng)域迅速發(fā)展，通過三維一體相互轉(zhuǎn)換，有效提升社會各領(lǐng)域的智能化水平，給傳統(tǒng)領(lǐng)域帶來顛覆性變革。

3 智能制造的發(fā)展趨勢

目前，從國際角度來看，我國制造業(yè)整體發(fā)展水平還不夠樂觀。很多設(shè)備生產(chǎn)雖然已經(jīng)達(dá)到批量化規(guī)模，但是一些核心技術(shù)仍需要創(chuàng)新突破。2015年，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》，為國家制造業(yè)今后的規(guī)劃路線、發(fā)展思路以及智能制造突破重點提出了明確指導(dǎo)[3]。

3.1 強化基礎(chǔ)，提高綜合實力

智能制造的核心關(guān)鍵點在于技術(shù)與創(chuàng)新，需要大批量的技術(shù)人才投入到智能產(chǎn)業(yè)研究中。所以教育部應(yīng)率先做出示范，利用高校人才優(yōu)勢，選出5～6所高校，開設(shè)核心技術(shù)實驗班。明確劃分智能制造機器的應(yīng)用方向，并設(shè)定學(xué)士、碩士、博士規(guī)定人數(shù)，加強對外交流，開闊學(xué)生眼界，提高學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力。除了提高技術(shù)交流外，國家可以設(shè)立智能制造孵化園，讓學(xué)生可以發(fā)揮所學(xué)進(jìn)行實踐，在不斷的創(chuàng)新與改進(jìn)中突破關(guān)鍵技術(shù)[4]。

3.2 兩化融合，提高使用率

為落實《中國制造2025》的指導(dǎo)思想，國家應(yīng)加快現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)加工制造業(yè)的融合，利用已經(jīng)掌握的技術(shù)，加大設(shè)備生產(chǎn)，并出臺相應(yīng)政策，勒令一些加工制造廠更換設(shè)備，提高生產(chǎn)力。工業(yè)部應(yīng)通過走訪調(diào)查，解決一些邊遠(yuǎn)地區(qū)廠子設(shè)備更換困難或是技術(shù)人員不足的問題，增加扶持政策幫助更換設(shè)備，并且加強技術(shù)人員培訓(xùn)，提高其綜合實力。對于一些已經(jīng)融合轉(zhuǎn)化的制造廠，要鼓勵其大規(guī)模應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，并創(chuàng)新融合模式，加強基礎(chǔ)技術(shù)研究，攻破部件加工困難的問題，提高自身生產(chǎn)力的同時強化國家工業(yè)基礎(chǔ)。對于示范點，則要加強監(jiān)督，并鼓勵其加強對外交流，通過綠色通道引入更多技術(shù)人才，來幫助攻克核心技術(shù)，提高設(shè)備生產(chǎn)精準(zhǔn)度，打造專屬品牌，在發(fā)展自身的同時提高國家制造業(yè)競爭力[5]。

3.3 綠色制造，提高持續(xù)生產(chǎn)力

在大力發(fā)展生產(chǎn)力的同時，仍要走可持續(xù)發(fā)展道路。發(fā)展制造業(yè)的同時，應(yīng)注意周邊環(huán)境的生態(tài)文明建設(shè)。可以通過兩個方面來實現(xiàn)：第一，引入新型智能環(huán)保設(shè)備或是工藝流程，在保證產(chǎn)量的同時，提高資源利用率，從根本上降低工業(yè)污染的排放。另外，可以用環(huán)保材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，減少不必要的資源浪費。第二，在廠內(nèi)增設(shè)工業(yè)污染處理設(shè)備，通過智能化操作系統(tǒng)，監(jiān)測廢料處理流程及有害物質(zhì)殘存成分，并將剩余資源進(jìn)行回收再利用，增長產(chǎn)業(yè)綠色循環(huán)周期，助力可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語

智能機器具有分析推理、學(xué)習(xí)維護(hù)等生產(chǎn)特性，投入到生產(chǎn)制造業(yè)中，可以帶動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展，其信息設(shè)備技術(shù)，也加強了人與人、人與機器、機器與機器3方面的溝通，有著極高的應(yīng)用價值。目前我國智能制造技術(shù)應(yīng)用廣泛，但部分核心技術(shù)突破仍是重點，應(yīng)加強人才培養(yǎng)，從而多層次推廣應(yīng)用。

作者簡介：郭繼超（1981— ），男，山東高密人，工程師，學(xué)士;研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化，智能制造。

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Research progress and trend of intelligent manufacturing and its core information equipment

Guo Jichao

（NR Electric Co.， Ltd.， Nanjing 211100， China）

Abstract：In recent years， manufacturing industry has played an important role in promoting the living standard and national economic development of our country. From the manufacture of large industrial equipment to the processing of small components， the manufacturing industry has shown its importance all the time. With the advent of the information age， the Internet has played an innovative role in the whole manufacturing industry， resulting in a new idea of intelligent manufacturing. Intelligent manufacturing can not only speed up the production efficiency of manufacturing industry， but also improve the product quality， which has a positive impact on the improvement of comprehensive national strength. This paper will discuss the research progress and trend of intelligent manufacturing and its core information equipment.

Key words：intelligent manufacturing; core information equipment; research progress; tren