智能制造系统研究及趋势分析

周艳聪 张 波 王 岩 胡德计 陈 聪

（天津商业大学信息工程学院，天津300134）

1 概述

随着科技的发展，传统的信息技术逐步更新换代，人工智能、虚拟现实等高新技术的迅猛发展，重新定义了现有的工业，传统的制造技术与新兴科技相融合，为制造业注入了新鲜血液与活力。高新技术进入现有的制造领域，改造了现有的生产结构，实现现实生产与虚拟管理互联，将生产制造流程全程网络化，通过虚拟网络连通生产、销售、服务，将传统的生产制造变成智能制造。智能制造已成为当今各制造大国主要发展战略，是加快推进中国传统制造业企业管理创新思维能力不断发展、提质增效，实现从制造大国向制造强国转变的重要方法，是国家机械制造业水平的重要标志，是国家的基础产业和支柱产业。

2 智能制造概述

2.1 智能制造简介

智能制造将人工智能技术应用于制造业，构成了人机一体化的智能系统。利用人和智能机器合作理念，有效提高生产效率，规范生产流程。由于智能机器具备一定的分析、推理、设计能力，因此不论是在批量产，还是在精细加工方面，都可以顺应自如。

2.2 智能制造特征

智能制造与传统制造相比，有自律、人机一体化、虚拟现实和自我学习维护等特征。自律指智能制造机器有强大的数据支撑系统，运行时可以将环境数据与自身信息相结合，进行分析、判断并做出最优规划方案。人机一体化指目前所生产的智能制造机器只具备一定的逻辑推理思维，也可做到图像思维，但要具备人类的灵感思维，则需要人按照实际情况修改程序，才能使机器具备最大效能。虚拟现实特征指智能机器通过数据采集、影像修复、环境分析、传感设置、智能模拟等多项技术，可以拟定制造过程与产品特征，给出虚拟制造环境和场景，帮助人们进行分析，并在其上进行学习或决策。自我学习维护特征的指机器可进行数据的主动扩充，从而体现出智能机器的自我学习特征。在机器遇到故障后，会进行自检排除故障、修复数据，体现出其维护特征。

2.3 我国智能制造战略

为实现从制造大国向制造强国的快速转变，李克强总理在2015 年“两会”的政府报告中提出了“中国制造2025”宏远计划[1]，制定了我国未来10 年的长期战略规划，旨在提高国家制造业创新能力，实现从制造大国向制造强国的转变；推进制造业数字化，信息化，产业化；开展人工智能技术、信息技术与制造装备融合的集成创新；完成企业生产、制造、销售多层面智能化研究，使我国制造业进入国际领先地位。

3 智能制造的核心技术

智能制造核心技术指在制造的过程中，为了获取各个制造环节的相关信息，实现动态监控、决策分析以及实时操控通讯而使用的核心技术[2]。为了实现我国“中国制造2015”的伟大构想，需要国家建设或大力发展能够与中国制造业匹配的相关基础设施体系与核心技术。

3.1 智能通信技术

随着数字时代的来临，手机、电脑成为现代人的常用生活设备。强大的网络功能、庞大的数据信息，都需要智能通信技术的支撑[3]，才能带动其正常运转。互联网协议IPv6 与传统互联网通信协议IPv4 相比，可以容纳更多的IP 地址，扩充了数据空间，更新了分配原则，提高了传输速率，增加了对流支持，提高了支撑设备的兼容性，为多媒体技术提供了更多的展示空间。

3.2 智能控制系统

智能控制系统在现代化工业制造、项目检测方面起到了重要作用[4]。通过建设局域网络系统或是直接安装相应软件，可以加强各操作部门间沟通，通过数据共享，动态监测整个生产过程。按照应用工艺不同，智能控制系统可分为可编程控制系统和工控机控制系统两类。可编程控制系统，在操作时可以通过输入相应参数，选用不同工艺标准进行生产加工，机器可以自己实现计算、分析、筹划、检验等程序，提高了工件的精度与准度，其操作方便，抗干扰力强。工控机控制系统将工业控制计算机与传统工业生产运用结合，其操作总体呈线性操作结构，多用于监测环节，通过主控台数据显示，工作人员可以实时了解工艺设备、装备的工作状态，提高生产的稳定性。

3.3 物联网技术

物联网可以将生活中的物件与互联网相连，并上传数据信息，进行识别、定位、管理等操作，其核心技术是射频识别技术[5]。该项技术在各行各业中都得到了广泛应用。物联网中的5G技术，通过边缘计算架起物理世界与网络世界的高速桥梁，将传统的数据中心向边缘侧延伸，加速5G 落地。通过搭建全新的网络拓扑构架，缩短实时周期数据分析时间，从而更好地支撑本地业务的实时智能化处理与执行，满足了自动化建设中的低延时数据处理要求。

3.4 人工智能技术

人工智能技术的运用愈来愈趋于多元化。据预计，2020 年人工智能市场的复合年增长率将达到44.5%。在生产中，人工智能可以多维度、深层次采集工业数据，汇集生产中的智能要素，优化资源配置，有效协助设计员突破智能生产瓶颈，提高生产质量。当今的人工智能技术以机器深度学习为核心，在视觉、语音、自然语言等应用领域迅速发展，通过三维一体相互转换，有效提升社会各领域的智能化水平，给传统领域带来颠覆性变革。

4 智能制造发展措施

目前，我国制造业整体发展水平还不乐观。很多设备生产虽然已经达到批量化规模，但一些核心技术仍需创新突破。《中国制造2025》为国家制造业今后的规划路线、发展思路以及智能制造突破重点提出了明确指导。

4.1 强化教育基础，提高综合实力

智能制造的核心在于技术与创新，需要大批量的技术人才。因此，教育部应利用高校人才优势，明确划分智能制造的应用方向，加强对外交流，开阔学生眼界，提高学习创新能力。同时可以设立智能制造孵化园，让学生发挥所学进行实践，在不断的创新与改进中突破关键技术。

4.2 促进两化融合，提高使用效率

为落实《中国制造2025》的指导思想，国家应加快现代化产业与传统加工制造业的融合，利用已掌握技术，加大设备生产，更换智能设备，提高生产力；加强技术人员培训，提高其综合实力。对于已经融合转化的制造厂，要鼓励其大规模应用互联网、物联网设备，提高生产效率，并创新融合模式，加强基础技术研究，提高自身生产力的同时强化国家工业基础。

4.3 发展绿色制造，提高持续生产力

在大力发展生产力的同时，仍要走可持续发展道路。发展制造业的同时，注意生态文明建设。可通过引入新型智能环保设备或是工艺流程，在保证产量的同时，提高资源利用率，从根本上降低工业污染的排放。另外，可以用环保材料代替传统材料，减少不必要的资源浪费，或者在厂内增设工业污染处理设备，助力可持续发展。

5 结论

智能机器具有分析推理、自学习维护等生产特性，投入到生产制造业中，可以带动整个产业发展，其信息设备技术，也加强了人与人、人与机器、机器与机器的沟通，有极高的应用价值。目前我国智能制造技术应用广泛，但部分核心技术突破仍是重点，应加强人才培养，从而多层次推广应用。