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        機械制造智能化技術的發(fā)展及其應用

        2023-01-20 22:44:39姚贊彬
        今日自動化 2022年10期
        關鍵詞:制造業(yè)智能化智能

        姚贊彬

        (廣東利元亨智能裝備股份有限公司,廣東惠州 516000)

        1 概述

        智能化技術是包含了信息化技術、傳感技術、計算機應用及網(wǎng)絡技術的綜合應用,在科技發(fā)展中具有重要的意義,其價值在不斷地突顯。智能化技術的應用可大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低人工成本和勞動強度。機械制造業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成,更能體現(xiàn)出智能化技術應用的價值,可視作工業(yè)生產(chǎn)與智能化技術相結(jié)合的范例。

        機械制造業(yè)歷來是我國工業(yè)的基礎產(chǎn)業(yè),是我國經(jīng)濟的重要組成。由于智能化技術的廣泛應用,機械制造的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等都大幅度提高。智能化技術深度地應用于機械制造過程中,再配合計算機人工智能技術的應用,綜合了代理技術應用、智能制造機器應用、材料技術應用、現(xiàn)代管理技術以及系統(tǒng)工程的理論和方法的支持,按照標準化要求使整個機械制造趨于開放性、智能化。高度智能化機械制造可以實現(xiàn)無人干預下批量生產(chǎn),這也正是機械制造智能化技術應用的最主要目標。機械制造中的智能化技術應用,可以使得機械制造的效率、精度得以顯著地提高,使企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭力得到革命性的提升,從根本上整體性提高了產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。

        2 機械制造的智能化應用

        2.1 數(shù)控技術

        數(shù)控技術的產(chǎn)生、發(fā)展及應用,在機械制造的發(fā)展中是必然的,數(shù)控技術是機械制造中的關鍵性技術。其包括了計算機技術、微電子技術、自動檢測技術、信息處理技術和自動控制技術等。借助現(xiàn)代計算機信息技術,現(xiàn)代機械制造業(yè)所要求的高精度、高效率以及柔性自動化等需求都有了實現(xiàn)的途徑。智能化技術的應用還可以顯著提高機械制造的整體效能,通過不斷調(diào)整、修正各類相關參數(shù),實現(xiàn)故障的在線診斷和智能化自動處理。

        數(shù)控系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新,使其更具精準度和靈敏度,在制造環(huán)節(jié)可按具體需求自行調(diào)節(jié),保障產(chǎn)品達標率。數(shù)控系統(tǒng)具備自治性、虛擬性和動態(tài)性,能將不同區(qū)域的設施組成邏輯網(wǎng)絡體系,實施統(tǒng)一管理。

        2.2 自動化流水線

        在智能化技術應用于機械制造的過程中,借助于智能化管理,系統(tǒng)可全面管控生產(chǎn)流水線,可收集、整理機械制造全過程的相關信息數(shù)據(jù),實時動態(tài)調(diào)整各生產(chǎn)環(huán)節(jié),顯著提高自動化生產(chǎn)效率和容錯率。

        將智能化技術應用在機械制造各個環(huán)節(jié)中,可有效減輕人員勞動強度,大幅提高機械制造企業(yè)的經(jīng)濟效益。當智能化應用在生產(chǎn)線上形成規(guī)模時,就實現(xiàn)了自主運行,僅需少量人員做技術支持,可實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動運行。

        2.3 生產(chǎn)管理智能化

        機械制造企業(yè)在落實智能化技術應用時,將智能化技術全面融入產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)和管理等環(huán)節(jié)中。面對管理滯后問題,智能化技術應用可構(gòu)建起關聯(lián)系統(tǒng),自動收集、整理相關數(shù)據(jù),根據(jù)企業(yè)實際狀況,及時調(diào)整生產(chǎn)方案。

        與機械制造企業(yè)管理相關,生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)都具有決定意義,利用計算機網(wǎng)絡和智能化技術實時收集、共享完整數(shù)據(jù),支持智能管控,保證高效管理,極大地避免錯誤出現(xiàn),保障機械制造的高效率。

        2.4 機械制造生產(chǎn)智能化

        機械制造業(yè)的智能化產(chǎn)品生產(chǎn),是應用智能化技術的必然,機械制造過程和過程管理的智能化應用,其結(jié)果必定具有智能化表現(xiàn)。機械制造產(chǎn)品的智能化,拓展了應用市場的產(chǎn)品面。若自動化技術結(jié)合智能化技術,則機械制造產(chǎn)品的將具有更強的智能化能力,更能滿足機械制造業(yè)的市場需求。

        全面了解機械制造產(chǎn)品的智能化市場實際需求,應用智能化技術,精確生產(chǎn),同時從工藝流程、產(chǎn)品性能著手,切實增強產(chǎn)品市場競爭力,讓智能化產(chǎn)品表現(xiàn)出應有的經(jīng)濟效益。

        3 成熟的智能化技術

        3.1 智能化集成

        機械制造企業(yè)的目標是實現(xiàn)高效生產(chǎn)和高精準制造,從而能夠節(jié)約成本、提高效益。智能化技術適時地為人們展現(xiàn)了全新而廣闊的應用機會,為工業(yè)企業(yè)創(chuàng)建了技術優(yōu)勢。

        (1)機器設備體積變小。集成化的方向是機械制造業(yè)的發(fā)展之路,模塊化思想是機械制造業(yè)的正確發(fā)展方向,而堅持柔性化、微型化道路,使機械制造的產(chǎn)品更符合市場需求。伴隨結(jié)構(gòu)集成化的大趨勢,應用數(shù)據(jù)支持機械制造的靈活性,使得產(chǎn)品適應市場多樣化需求。

        (2)在生產(chǎn)工藝方面,先進的數(shù)控技術已實現(xiàn)超小型化、超薄化。將新學術成果的模糊控制、智能計算等引入到了數(shù)控技術的應用與研究,使控制精度、執(zhí)行效率等有了顯著提高。智能化診斷、故障的自動化處理等總有突破性提高。

        3.2 柔性化

        柔性化可以使機械制造有能力適應生產(chǎn)條件的變化,這與生產(chǎn)設備、相關人員、設計方案等密切相關。系統(tǒng)的柔性化支持不同零件加工的自由度。人員的柔性化體現(xiàn)為操作人員在保證完成任務,并在時間和數(shù)量上有變通的可能。設備柔性化表現(xiàn)為設備及時對新零件加工實現(xiàn)自行適應。

        機械制造的智能化技術在柔性化方面逐漸實現(xiàn)和遵循模塊化設計,功能適應范圍加大,并具備可裁剪性,從而支持不同用戶的特色需求。

        柔性化是數(shù)控系統(tǒng)本身的特性,一方面數(shù)控系統(tǒng)的模塊化設計本身具有柔性特質(zhì),使功能可組合、擴展;另一方面可裁剪性很強,能夠特色訂制以滿足不同用戶需求。

        3.3 網(wǎng)絡化人機互動

        互聯(lián)網(wǎng)技術日益普及,廣泛應用于機械制造業(yè),生產(chǎn)設備與通訊設備實現(xiàn)連接,從而實現(xiàn)機械制造數(shù)據(jù)的高度共享。

        網(wǎng)絡化技術的應用,為機械制造過程中的設計、生產(chǎn)、銷售等各環(huán)節(jié)帶來資源便利,智能化技術的全方位實現(xiàn)離不開網(wǎng)絡化技術的支持。

        機械制造智能化技術的應用,人機互動是基本的表現(xiàn)形式,機械制造的智能化發(fā)展將使設備操作更趨于人性化。計算機技術的完整應用實現(xiàn)了人機互動的自動化操作,并可為操作人員提供完整數(shù)據(jù),推進人機交流能力的提升。

        3.4 綠色復合化

        機械制造業(yè)所謂的綠色化,就是遵循可持續(xù)發(fā)展原則減少機械制造產(chǎn)生的污染和浪費。機械制造結(jié)合智能化技術的應用,注重生產(chǎn)的綠色化,降低機械制造過程中的能耗和消耗,機械制造的各階段、各環(huán)節(jié)都須綠色化,必須要保護好環(huán)境、提高資源利用率。

        智能化生產(chǎn)采用了最為先進和有效的智能化手段和措施,大大提高了生產(chǎn)效率和成品優(yōu)品率,在同等能源消耗的條件下,可以生產(chǎn)出更多的、合格的產(chǎn)品,這也會積累性地體現(xiàn)于企業(yè)經(jīng)濟效益上。

        機械制造的智能化技術應用向著工藝的多軸化、復合化方向發(fā)展,不斷提升、加強復合加工能力,能保證生產(chǎn)工序、生產(chǎn)時間、生產(chǎn)環(huán)節(jié)等均得到全面控制。數(shù)控機床為了實現(xiàn)智能化的加工,須在一臺機床上實現(xiàn)多種工序,完成復合型加工。

        4 人工智能技術

        4.1 人工智能的基本概念

        人工智能就是設計和實現(xiàn)能解析數(shù)據(jù)的計算機和機器人,就讓機器有自動學習提高自身的能力,設計者可以創(chuàng)建方法,教會機器象人類一樣思維。感知、學習、邏輯推理、創(chuàng)造等行為是可以復制的,并能應用到大多數(shù)行業(yè)。人工智能的原理就是輸送給機器數(shù)據(jù)信息,讓機器自行學習和發(fā)揮,最終完整實現(xiàn)既定的目標。

        4.2 人工智能技術的核心

        4.2.1 計算智能

        計算智能即機器具備極強的存儲能力、極快的運算能力,可基于海量的數(shù)據(jù)自行地深度學習并優(yōu)化底層邏輯,利用歷史經(jīng)驗指導當前環(huán)境。由于計算力的持續(xù)發(fā)展、儲存能力的不斷升級,計算智能已基本實現(xiàn)。

        4.2.2 感知智能

        感知智能是指使機器具備聽覺、視覺、觸覺的感知能力,可使非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化,并以人類的溝通方式與用戶進行互動。隨著各類技術發(fā)展,許多非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)被挖掘,圖像、語音、觸點、視頻等和感知有關的感知智能在高速發(fā)展。無人駕駛汽車就運用了感知智能,通過各種傳感器,感知周圍環(huán)境并進行處理,從而有效指導其運行。

        4.2.3 認知智能

        認知智能較為復雜,是指機器像人一樣,有理解能力、推理能力、歸納能力,有運用知識的能力。目前認知智能技術還在研究探索階段,要將認知智能推入發(fā)展的快車道,還有很長一段路要走。

        4.3 人工智能技術的價值

        4.3.1 預測性維護

        針對設備、設施的故障,實現(xiàn)由原來被動維護到事先預測和綜合性規(guī)劃管理。其經(jīng)濟意義是降低設備的故障率及停機時間、提高設備利用率,保證設備持續(xù)使用,避免意外停工,提高企業(yè)生產(chǎn)效率;同時減少維修費用及設備整個生命周期成本,對必要性不大的維護項減少所用時間和資源。

        4.3.2 品質(zhì)分析優(yōu)化

        基于機器學習技術,通過對品質(zhì)、生產(chǎn)等過程數(shù)據(jù)的價值挖掘,能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程品質(zhì)異常的提前預警、異常根因分析、異常解決處理到結(jié)果驗證等閉環(huán)解決品質(zhì)問題,并通過品質(zhì)分析優(yōu)化模型,沉淀經(jīng)驗,切實解決企業(yè)異常定位處理難點,并實現(xiàn)異常精準預警,減少損失。

        4.3.3 外觀缺陷檢測

        基于深度學習技術與AOI 檢測設備的結(jié)合,對各類缺陷圖片進行訓練,開發(fā)具有自主學習能力的缺陷檢測模型,實現(xiàn)不間斷、高精度的缺陷檢測,能夠大大減少復判人力、提升檢測效率。

        5 智能化技術的發(fā)展趨勢

        5.1 智能工廠

        我國具有柔性化、敏捷化、智能化特征的智能工廠項目正在朝著縱深方向發(fā)展,市場顯性需求逐漸顯現(xiàn)。新時期的5年政策方向指引,以及國外目前仍然受疫情影響等因素,中國智能制造領域相關產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展黃金時期。

        智能工廠廣泛地應用工業(yè)機器人,新能源汽車制造進入全新階段,也推動了裝備制造向前發(fā)展,遠程辦公、線上教育也促進了手機、電腦、集成電路、家電的快速發(fā)展,而這些又都是機器人、高端機床等上游裝備制造業(yè)的的主要應用領域,較長產(chǎn)業(yè)鏈,快速發(fā)展帶動了全產(chǎn)業(yè)鏈的共同復蘇。

        5.2 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

        工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將獲得更高的采用率。如果數(shù)字可以作為衡量標準,那么智能制造業(yè)將越來越多地通過多種方式利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來改善工業(yè)流程。隨著制造商將重點從優(yōu)先考慮成本和效率的線性交易轉(zhuǎn)向效率和客戶價值,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將成為一個關鍵焦點。

        工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將是組織現(xiàn)代化進程的基石,因為它將推動一種更全面和可持續(xù)的方法來提供新的客戶體驗。

        5.3 增強的AI/ML用例

        增強的AI/ML 用例以提高可預測性和效率。制造商將越來越多地利用先進的自動化技術來優(yōu)化規(guī)劃,而不是使用只能得出有限見解的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)集。這意味著企業(yè)將利用外部數(shù)據(jù)集,包括供應商、客戶甚至天氣預報員的整個價值鏈。基于ML 的工具和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的組合將在過程改進、生產(chǎn)、質(zhì)量控制和安全等領域發(fā)揮重要作用。

        5.4 增材制造

        增材制造成為真正的工業(yè)制造技術,是增材制造或3D 打印技術的真正轉(zhuǎn)折點。全球制造商使用3D打印的力量快速發(fā)明新產(chǎn)品,按需制造,最重要的是,在供應鏈遭受嚴重打擊時可在本地制造。增材制造過程中最大的進步之一是融合了機器學習,這為3D 打印帶來了數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法,并開放了更成熟的用例。數(shù)字孿生是另一種趨勢,將徹底改變3D 制造。

        5.5 數(shù)字技術

        數(shù)字技術幫助制造業(yè)實現(xiàn)新轉(zhuǎn)變,遠程工作和協(xié)作是制造業(yè)必須習慣的新常態(tài)。作為一個遠程工作是一個陌生概念的行業(yè),到目前為止,制造業(yè)必須對其工作方式進行重大變革。在新常態(tài)下,企業(yè)必須確保非關鍵員工可以繼續(xù)遠程工作,同時為關鍵員工提供安全的工作環(huán)境。因此,公司的投資將超越協(xié)作、物理距離和位置追蹤技術。

        5.6 過程自動化技術

        制造企業(yè)還將投資于過程自動化技術,以提高生產(chǎn)效率。同時,云將繼續(xù)是一個戰(zhàn)略投資領域,以推動該領域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和所有這些現(xiàn)代化舉措。隨著企業(yè)努力保持敏捷性和彈性,制造業(yè)預計將超過云計算的平均采用率。制造將成為行業(yè)的新常態(tài)。

        6 結(jié)束語

        機械制造是我國工業(yè)中最為基礎性的重要組成部分,不僅能衡量工業(yè)水平,而且對經(jīng)濟的發(fā)展有著重要意義。機械制造智能化應用水平,對我國機械制造業(yè)發(fā)展將起到重要作用。

        未來,更多的新技術必將應用于機械制造業(yè),機械制造智能化技術的應用,是現(xiàn)代多學科技術與工業(yè)創(chuàng)新的結(jié)合,是國家機械制造業(yè)能力的標志,也是國家工業(yè)的基礎和支柱。因此,必須清楚機械制造智能化技術發(fā)展趨勢,使我國機械制造能力具有世界先進水平。

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