甘亦潤(rùn)，秦 萌，樊衍衍

（江蘇海洋大學(xué)，江蘇連云港 222000）

智能制造是由智能機(jī)器人和人類專家組成的集成智能人機(jī)系統(tǒng)。我國(guó)的智能制造產(chǎn)業(yè)在制造業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用。中國(guó)制造業(yè)的智能化程度將更高，附加值也將更高。隨著工業(yè)改革的深入，社會(huì)需求的變化和技術(shù)進(jìn)步，全球機(jī)器人市場(chǎng)正經(jīng)歷著爆炸性的增長(zhǎng)。世界各國(guó)在提高機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略方面展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)和社會(huì)聯(lián)系為代表的第三種平臺(tái)技術(shù)推動(dòng)了全球機(jī)器人工業(yè)向智能化、創(chuàng)新和數(shù)字化方向發(fā)展。但是智能制造依然存在制造技術(shù)水平不高，人才體系不完善，供給水平不夠高等問(wèn)題制約著發(fā)展。為了提高智能制造的發(fā)展質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)數(shù)字化新智能制造模式的應(yīng)用，合理布局，健全制造產(chǎn)業(yè)支撐體系，引進(jìn)智能制造復(fù)合型人才，建立智能改造服務(wù)平臺(tái)，深化對(duì)外開(kāi)放合作，提升供給水平，創(chuàng)新服務(wù)模式。

1 智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀和前景

1.1 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

制成工業(yè)機(jī)器人需要經(jīng)過(guò)鑄件、打磨和拋光、切割和焊接等幾個(gè)過(guò)程。工業(yè)機(jī)器人是在工業(yè)領(lǐng)域普及的多自由度或多關(guān)節(jié)機(jī)械手的機(jī)械裝置，具備一定的自動(dòng)化程度，它可以遵循自身的動(dòng)力能源和控制能力完成不同的工業(yè)加工和生產(chǎn)功能。工業(yè)機(jī)器人在化工、電子、物流等領(lǐng)域均有涉及。隨著智能制造發(fā)展步伐的加快，作為占有智能制造業(yè)重要地位，起到深遠(yuǎn)影響力的工業(yè)機(jī)器人也隨之邁入一個(gè)快速發(fā)展的階段。焊接機(jī)器人在工作時(shí)相比于人工有著更高的準(zhǔn)確性，這得益于焊接機(jī)器人的各類傳感器和精密的控制系統(tǒng)，使得焊接機(jī)器人有著較高的焊接精度，而且焊接機(jī)器人對(duì)環(huán)境的要求更低，可以在極端溫度、密閉環(huán)境等惡劣條件下工作。激光加工機(jī)器人是激光技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精密切割、鉆孔和對(duì)金屬材料表面進(jìn)行特殊處理。目前，我國(guó)激光加工機(jī)器人技術(shù)還不成熟，應(yīng)用也不廣泛，仍有著較大的發(fā)展空間。

1.2 人才需求與培養(yǎng)

從國(guó)外的“工業(yè)4.0”技術(shù)、“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)用到國(guó)內(nèi)的“智能制造”行業(yè)，以“大云智物”為代表的一系列當(dāng)代信息技術(shù)，正在引領(lǐng)和推動(dòng)當(dāng)代產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。原始的制造業(yè)逐步向智能制造轉(zhuǎn)型，對(duì)專業(yè)人員的資格和資質(zhì)提出了新的條件。智能制造產(chǎn)業(yè)的完善提升，需要對(duì)智能控制、智能制造、自動(dòng)化、工業(yè)機(jī)器人等專業(yè)具有較深造詣的創(chuàng)新型技術(shù)人才。我國(guó)制造業(yè)十大重點(diǎn)領(lǐng)域人才數(shù)量的增長(zhǎng)與智能制造專業(yè)的發(fā)展呈正相關(guān)。其中，2015年、2020年當(dāng)代信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域預(yù)估的兩次人才總數(shù)分別為1050萬(wàn)人、1800萬(wàn)人，從同比增速上看，此重點(diǎn)領(lǐng)域同比增速最快。2020年預(yù)估的人才缺口總數(shù)為750萬(wàn)人，相比于其他9個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的人才數(shù)量預(yù)測(cè)，新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才總量預(yù)測(cè)排名第一。根據(jù)中國(guó)電子學(xué)會(huì)發(fā)表的《中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（2019）》所涉及的相關(guān)綜合分析與評(píng)估，我國(guó)的機(jī)器人行業(yè)發(fā)展規(guī)模不斷壯大，但是作為持續(xù)5 a 成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人銷量的國(guó)家，放眼當(dāng)下，我國(guó)機(jī)器人領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)人員短缺，與龐大的市場(chǎng)需求量不相適應(yīng)。面臨著制造業(yè)巨大的人才缺口，在《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》一書中點(diǎn)明指出“完備多個(gè)等級(jí)多項(xiàng)類別形成的人才培養(yǎng)體系”，同時(shí)“推動(dòng)為制造業(yè)供應(yīng)人才布局的改良”“精確銜接關(guān)鍵領(lǐng)域的人才需求”，引起對(duì)制造業(yè)專項(xiàng)人才的栽培的側(cè)重關(guān)注。

1.3 新一代人工智能技術(shù)在工業(yè)4.0領(lǐng)域的應(yīng)用前景

工業(yè)4.0的方針是達(dá)到生產(chǎn)流程從原先的信息化向智能化變更的目的，因此人工智能是一切改造的根基。工業(yè)4.0的根本目的是使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)化、數(shù)字化與智能化得到落實(shí)，因此其主要展現(xiàn)形式即為實(shí)現(xiàn)使現(xiàn)場(chǎng)控制高度智能化。目前，現(xiàn)場(chǎng)智能控制技術(shù)涵蓋了以專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等前沿技術(shù)為基礎(chǔ)的創(chuàng)新。與此同時(shí)結(jié)合對(duì)圖像質(zhì)量的改良，靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)與模式識(shí)別技術(shù)分門別類地處理各種圖像。除了這種方式，還可以通過(guò)對(duì)人工智能技術(shù)達(dá)成這一經(jīng)驗(yàn)的借鑒對(duì)圖像中包含的信息進(jìn)行智能化處理。信息技術(shù)是智能生產(chǎn)制造系統(tǒng)的模板，通過(guò)構(gòu)造生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，并巧妙運(yùn)用工業(yè)4.0平臺(tái)實(shí)現(xiàn)制造流程的高靈敏度和集成特性，采用人工智能模擬技術(shù)達(dá)到智能分析、處理、計(jì)劃控制專家系統(tǒng)的目的，繼而達(dá)成對(duì)整個(gè)制造過(guò)程高精度的智能優(yōu)化與控制，最后達(dá)成全流程智能化現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。隨著生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，特別當(dāng)工業(yè)4.0得到了廣泛的推行時(shí)，這將會(huì)成為一筆巨大的財(cái)富，給設(shè)備狀態(tài)預(yù)估帶來(lái)極大的技術(shù)勝勢(shì)。

2 智能制造系統(tǒng)的規(guī)劃與研究

2.1 以CPS為基礎(chǔ)的智能制造系統(tǒng)

CPS 是一種基于對(duì)外部環(huán)境的感應(yīng)，通信、計(jì)算和控制能力高度集成的可信賴、可操控、可擴(kuò)充性能一體化的網(wǎng)絡(luò)物理配置系統(tǒng)。工業(yè)4.0智能制造的重中之重是CPS，運(yùn)用CPS 技術(shù)使云安全網(wǎng)絡(luò)與物理設(shè)備彼此聯(lián)合，繼而物理設(shè)備擁有了感應(yīng)、推斷、剖析、評(píng)估、長(zhǎng)途調(diào)和、規(guī)劃和操控等智能性能，將人才與相關(guān)材料、有效信息和物理設(shè)備相結(jié)合，助力企業(yè)創(chuàng)造全球化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使產(chǎn)品策劃、創(chuàng)造、物流與生產(chǎn)設(shè)備等與智能制造相關(guān)的因素彼此融合，構(gòu)成智能制造系統(tǒng)。CPS 也是一種分散的異構(gòu)系統(tǒng)，由多個(gè)具有不同構(gòu)造和性能的子系統(tǒng)組成，但是這些子系統(tǒng)還能劃分成相異的地理區(qū)域。CPS 具有獨(dú)立性、順應(yīng)性、快捷性、功效性、穩(wěn)當(dāng)性和安全性的特性和需求。

2.2 裝備和系統(tǒng)是智能制造發(fā)展的核心力量

智能制造裝備向世界展示出制造流程、當(dāng)代信息科技、智能化科技在裝備成果上的集中化和協(xié)同革新，既是評(píng)定一個(gè)國(guó)家在智能制造領(lǐng)域發(fā)展情況的關(guān)鍵，又是科技發(fā)展的最終導(dǎo)向，還是促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力進(jìn)步的內(nèi)驅(qū)力。相較于原始制造裝備，智能制造裝備擁有對(duì)周圍環(huán)境和裝備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定、剖析和應(yīng)對(duì)技能；根據(jù)裝備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的變動(dòng)獨(dú)立構(gòu)思、操縱和計(jì)劃技能；對(duì)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能碰到的一系列障礙的獨(dú)立判定和獨(dú)立解決功效。以及對(duì)自身機(jī)能變化的自我判斷和保障功效。同時(shí)介入關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的集中化與聯(lián)合化的功效。工業(yè)機(jī)器人就屬于典型的智能制造裝備之一，它能精確地判斷出周圍環(huán)境以及任務(wù)的變化，實(shí)現(xiàn)各類自主操作，擁有感知功能、敏捷的思維。但是我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，還存在短板，基礎(chǔ)不夠牢固，和發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距較為明顯。在最近的幾年中，我國(guó)堅(jiān)定地走"十三五"發(fā)展之路，拓寬智能制造領(lǐng)域，提升我國(guó)在此領(lǐng)域的地位。

2.3 智能制造自動(dòng)化技術(shù)的新模式

自動(dòng)化科技導(dǎo)致原始的人工操作模式發(fā)生變化，可以靈活使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使整個(gè)生產(chǎn)流程順利進(jìn)行，達(dá)成對(duì)于相關(guān)數(shù)據(jù)的控制與計(jì)算的自動(dòng)化，同時(shí)也可以達(dá)到高效監(jiān)控整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的目的，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)障礙時(shí)機(jī)器會(huì)拉響警報(bào)。通過(guò)技術(shù)生產(chǎn)的自動(dòng)化，顯著減小產(chǎn)品生產(chǎn)加工流程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)，從而維持設(shè)備運(yùn)作的穩(wěn)定，產(chǎn)生了積極的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到精密產(chǎn)品的大范圍創(chuàng)造。對(duì)于相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用和基本原理，自動(dòng)化技術(shù)都已經(jīng)發(fā)展到十分完善的階段，其中以包括EMCU 在內(nèi)的微控制器較為多見(jiàn)，除此之外還有觸摸屏技術(shù)、PLC 可編程邏輯控制器、傳感器技術(shù)、VFD 變頻器、IPC 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等。智能制造技術(shù)能得到順利實(shí)踐，離不開(kāi)以它們?yōu)榛A(chǔ)。使用各種計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)、產(chǎn)品運(yùn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)，使制造業(yè)能夠恰到好處地把控制制造流程中需要運(yùn)用到的相關(guān)數(shù)據(jù)，順利完成自動(dòng)處理信息、自動(dòng)保護(hù)隱私和自動(dòng)報(bào)警的一系列行為。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息時(shí)代的象征，能夠在智能制造自動(dòng)化生產(chǎn)中供應(yīng)各種各樣的工具處理各項(xiàng)得出的數(shù)據(jù)，能夠通過(guò)細(xì)微的調(diào)整、思維性編輯、管理程序等方式來(lái)促進(jìn)工作的高效性。在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。云制造技術(shù)可以通過(guò)環(huán)繞生產(chǎn)設(shè)備、資源監(jiān)控、資源計(jì)算、物質(zhì)資源、資源儲(chǔ)備、資源運(yùn)載等方案進(jìn)行重組。在設(shè)置軟資源時(shí)，通過(guò)策劃、剖析、模擬和規(guī)劃整個(gè)流程等方式，著手從自動(dòng)化生產(chǎn)的有效期限切入主題，可以從多個(gè)方面改善云制造流程；同時(shí)，憑借相關(guān)的工程常識(shí)、產(chǎn)品樣式或相關(guān)技術(shù)的規(guī)范，可以以云制造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為中心創(chuàng)立工藝過(guò)程，最后達(dá)到自動(dòng)化水平的提升。

3 大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能制造的框架與模型

3.1 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)的因素

經(jīng)濟(jì)因素對(duì)其具有一定的影響。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈是我國(guó)的制造業(yè)，是長(zhǎng)久經(jīng)濟(jì)之間較量的具體表現(xiàn)。對(duì)于新時(shí)代下的工業(yè)革命，我國(guó)出臺(tái)了“中國(guó)制造2025”政策，數(shù)據(jù)知識(shí)這一要素被包括進(jìn)智能制造的基本要領(lǐng)。嵌入生產(chǎn)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)，一種“數(shù)據(jù)制造”新模式誕生了，這一舉措使制造思想更加成熟、使生產(chǎn)過(guò)程得到改進(jìn)、使策劃?rùn)C(jī)制得到完善，制造業(yè)新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)因此產(chǎn)生，這一定會(huì)在國(guó)際政治、科技較量、經(jīng)濟(jì)與獲益體例的重新建造上產(chǎn)生舉足輕重的影響。然后是理論因素。使用大數(shù)據(jù)的理論對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行分析，得出其內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，避免由于所謂的“經(jīng)驗(yàn)”而得出片面盲目的判斷。實(shí)踐因素也占據(jù)了一定地位。大數(shù)據(jù)推動(dòng)了智能制造在發(fā)展道路上的前進(jìn)，將“經(jīng)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變成長(zhǎng)久深刻的價(jià)值，通過(guò)知識(shí)的積累與不斷更新，使專業(yè)人員能夠相對(duì)理性、切實(shí)地處理各種疑難。技術(shù)因素也發(fā)揮了重要作用。當(dāng)下，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的"策劃—制造—營(yíng)銷—效勞—約束”一體化的制造系統(tǒng)已經(jīng)邁入實(shí)踐時(shí)段。

3.2 大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能制造的特性

①聯(lián)合化特性。在以大數(shù)據(jù)為背景之下，物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)幾大智能制造領(lǐng)域的前沿技術(shù)達(dá)成了彼此融合，策劃、制造、營(yíng)銷、物流、服務(wù)、管束等借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行宣傳和共享。接著是社會(huì)化特征。大數(shù)據(jù)在智能制造產(chǎn)業(yè)邁向社會(huì)化過(guò)程中起到收集、剖析、發(fā)掘用戶數(shù)據(jù)、供應(yīng)指向性處理方案的功用。②融合化特征。國(guó)外的智能制造專家在《實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)智能制造》的一項(xiàng)報(bào)告中著重闡明通過(guò)協(xié)調(diào)各項(xiàng)技術(shù)達(dá)成從流程驅(qū)動(dòng)發(fā)展的形式到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展的形式的轉(zhuǎn)型。國(guó)外的工業(yè)4.0策略大致思緒是推動(dòng)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等與制造技術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。③智慧化特征。智慧制造具有優(yōu)異的兼?zhèn)湫缘囊?guī)范構(gòu)造，能在日益繁雜的當(dāng)代制造系統(tǒng)中，對(duì)已經(jīng)存在的制造模式進(jìn)行重組同時(shí)進(jìn)行一定程度的延展。

3.3 大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造結(jié)構(gòu)

智能制造的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以分為大數(shù)據(jù)管理和大數(shù)據(jù)分析兩個(gè)領(lǐng)域：大數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理和存儲(chǔ)備環(huán)節(jié)，大數(shù)據(jù)分析包括對(duì)數(shù)據(jù)的分析和運(yùn)用環(huán)節(jié)。幾個(gè)技術(shù)模塊相互銜接和集成，共同形成一個(gè)完善的閉路系統(tǒng)。通過(guò)使用物聯(lián)網(wǎng)中點(diǎn)綴在數(shù)據(jù)源之中的傳感器、RFID、讀寫器、GPS、機(jī)器之間的通信等信息感應(yīng)設(shè)備把大自然中的萬(wàn)事萬(wàn)物融為一體，與大數(shù)據(jù)平臺(tái)相互融合，感應(yīng)并收集產(chǎn)品有效期限的數(shù)據(jù)。需要預(yù)處理已經(jīng)收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括對(duì)數(shù)據(jù)的洗滌、集成、改動(dòng)、歸約、降維，以及按照數(shù)據(jù)的特征提純，按照其標(biāo)簽正確操作等。數(shù)據(jù)預(yù)處理還要構(gòu)造數(shù)據(jù)之間的銜接，達(dá)到數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在受第三方管理的多臺(tái)虛擬服務(wù)器中，任何時(shí)候任何底單都可以進(jìn)行考察和移用。數(shù)據(jù)可視化起到了使數(shù)據(jù)的特性得到多維顯示、隱藏的信息和規(guī)律明顯化的功用。數(shù)據(jù)可視化表示出多方式數(shù)據(jù)高分辨率顯示與多視圖的交融、聯(lián)合、相輔相成等發(fā)展趨向。

4 結(jié)語(yǔ)

智能制造裝備行業(yè)將會(huì)成為在未來(lái)科技發(fā)展之路上的一個(gè)關(guān)鍵性指導(dǎo)方向。我國(guó)在對(duì)智能制造裝備探究的發(fā)展歷程中，可以借鑒來(lái)自于國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家更為先進(jìn)的思想與豐富的經(jīng)驗(yàn)，然后歸納探究存在的缺陷，結(jié)合當(dāng)下的探究現(xiàn)狀，按照智能制造裝備未來(lái)的發(fā)展趨向，對(duì)我國(guó)智能制造裝備的發(fā)展方向進(jìn)行合理的變動(dòng)。在工業(yè)4.0的背景下，充分考慮工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用前景，思考并且精準(zhǔn)定位企業(yè)對(duì)機(jī)器人相關(guān)技能的要求，同時(shí)聯(lián)合制造業(yè)、系統(tǒng)集成企業(yè)的要求，制定出切合要求的人才培養(yǎng)策略。結(jié)合工作崗位的實(shí)質(zhì)需求，推廣出口即入口的教育體系，培育出企業(yè)迫切需要、匱乏的人才。與此同時(shí)，與知名企業(yè)加強(qiáng)合作，構(gòu)建優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，彼此增進(jìn)的校企一體化模式，滿足企業(yè)智能化的需求。智能制造技術(shù)在當(dāng)前的時(shí)代成為制造業(yè)的主力軍、主旋律、主潮流，獲得了越來(lái)越多的人的提倡，發(fā)展趨勢(shì)蒸蒸日上。