基于智能制造生产线运动方向研究

何达庭

摘 要： 制造业的智能化方兴未艾，表现在生产过程，管理过程和整个企业的智能化。介绍了智能生产线的硬件和软件，智能生产线的关键技术和主要特点，智能制造的未来发展方向。

关键词： 智能制造;生产线;过程智能化;管理智能化

【中图分类号】TD659     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.39.163

1 生产过程智能化

1.1 智能生产线架构

智能生产线主要采用硬件，网络和大数据技术。智能生产线的硬件基础由智能设备模块和仓储物流模块组成。智能设备模块还包括先进的制造技术，先进的检测技术和自动控制技术。

1）智能生产线硬件设施配备传感器，二维码和射频识别装置。生产线采集其采集的设备监控、制造检测和材料信息数据，并根据一定的安全通信协议与虚拟仿真数据一起，由生产控制模块进行分析和处理[1]。

2）智能生产线网络是双向数据集成传输模块的硬件支撑，它分为主控系统网络和执行系统子网，以及耦合生产控制模块和每个功能硬件子模块。

3）大数据技术将技术人员从繁杂的数据分析处理作业中解放出来，有效且正确地为人类的决策提供根据，实现真正的智能制造[2]。

1.2 智能制造的关键技术和主要特征

智能制造的本质是将知觉、判断、决策等人类的智能活动编入广义的制造过程中，并将其与计算机、电子信息技术、高度的制造和管理技术深度融合。智能制造的特征主要体现在以下三个方面：

1）高度自动化的物流。通过二维码或视频识别装置确定硬件特性，然后与机器人，传送带，无人驾驶汽车等自动化设备一起实现搬运，管理和调度。

2）有机交流和感知的所有要素。基于通信和网络协议，工厂的设备，材料，环节，方法和人员等生产要素可以在智力过程中有机地联系起来，保证异构网络中互联数据的快速流动和高安全性。

3）虚拟现实的相互作用。用3D模拟实际的工厂机器，在模拟中，分析工厂布局和生产流程等是否被最优化，构筑假想生产线，通过OPC―UA通信协议连接上述假想环境，与实际的工厂进行对话操作。

2 管理智能化

工业应用中操作技术OT和信息技术IT内涵表达的层次模型为第1层-第3层（L1-L3）属于OT技术，第4层（L4）属于IT技术，如图1所示。

L1层-实物量采集，执行类型的业务和产品，如仪表和阀门，驱动器和电机，设备;

L2层工业自动化控制业务及产品，如分布式控制系统、DCS、可编程控制器、PLC、数据采集及监控控制系统SCADA;

L3层生产调度和生产管理业务和产品，如制造执行系统MES、生产计划和调度管理APS、质量和可靠性保证QRA;

层L4-企业管理业务和产品，其核心是基于上述操作和信息技术的集成以及数据的自由流动，实现了以下目标：

1）管理信息化：企业电子文件正在逐步取代纸质文件，高效，准确的数据传输。

2）生产的实时监测和分析：首次上载到同一数据库的L3层实时数据;通过对移动终端的访问，获得多种数据，真正的基于数据的决策。

3）智能信息管理：许多企业通过信息集成和优化，实时获取指挥进度信息，有助于快速制定应急预案;维修人员可以远程监控设备运行情况，大大提高设备的正确水平。

3 智造的未来

3.1 第一代智能制造IM1.0

从人工智能AI来看，智能制造是人工智能和制造技术的交叉融合。传统的智能制造是专家系统，它代表了那个时代人工智能的实际应用成果，计算机的符號推论能力代表了专家系统的智能行为。

但是，专家系统的应用效果很大程度上依赖于该领域专家的知识，而且知识获取困难，缺乏问题处理的灵活性。另外，由于专家系统的适用范围狭窄，通用性低。人工智能技术以计算智能和机器学习的研究为重点，以人工神经网络为基础的深度学习DL领域的关键技术为重点。

3.2 第二代智能制造IM2.0

下一代的SM是动态的模型，其第1阶段实现基于物理系统的感知和统合，与信息系统和社会系统进一步融合，发展成更加复杂的多元系统

基于云制造CM和信息物理系统CPS的智能制造模式，情感Computing和Social Computing的技术急速发展，革命性的材料附加制造技术（3D打印技术等）大幅削减了制造成本，预测制造和能动制造等智能制造模型。

3.3 智能制造的未来IM3.0

基于强大的智能算法和自主计算能力，IM3.0为知识收集和处理多种数据或信息，并应用于解决实际生产问题，实现“通用智能制造”。

1）泛网络化。在IM3.0时代，智能制造系统集成了分散的网络资源，形成了统一或自主的传输协议，更有效地集成了知识网络，人际网络和物联网。

2）认知计算。IM3.0与人类思维一起，可以对制造过程中的意外情况采取适当的控制措施，如更换工具，停止维护等。整个生产系统具有认知能力。

3）多种功能。在不久的将来，每个领域的IM3.0可以相互通信和相互学习，将许多领域的制造功能结合起来，扩展智能制造系统的知识领域和应用。

4 结论

我国已经建立了门类和品种繁多的现代工业体系，但我国制造业仍然“大而不强，多而不精“。建设智能生产核心设备组件和受控软硬件平台产品主要依靠进口。智能化和网络化水平不高，本地化率低。要占领制造业的制高点，中国必须深入学习智能制造的基本理论，突破领域的关键共性技术，才能构建智能制造产业的良性生态环境。

参考文献

[1] 张容磊.我国智能制造装备产业发展分析[J].智能制造，2020（08）：17-24.

[2] 熊隽，陈运军，陈林.基于多机器人的智能生产线仿真设计[J].机床与液压，2020，48（15）：66-71.