智能制造及其核心信息设备的研究进展及趋势

摘 要：近年来，制造业对于我国国民生活水平、国家经济发展都起到了推动作用。从大型工业设备制造，到小型部件加工，制造业无时无刻不体现出了其重要性。随着信息时代的来临，互联网对整个制造业都起到了革新影响，产生了智能制造的新思路。智能制造不仅能加快制造业生产效率，还能提高产品质量，对综合国力的提升都有积极影响。文章将探讨智能制造及其核心信息设备的研究进展和趋势。

关键词：智能制造;核心信息设备;研究进展;趋势

各项智能技术的普及，给我国传统制造业的加工、生产都带来了新的冲击。首先，智能制造可以缩减人力使用成本，使更多的技术人才从劳力中解放出来，投入到产业研究中。其次，提高了产品的加工精度，人们不但能通过智能机器直接生产产品，还可以通过其控制系统监测加工流程，降低生产风险。最后，推动了整个行业的发展。智能制造机器操作简便，受环境影响小，能够在各类恶劣的工业环境中保质、保量进行生产，是我国现代化制造建设的关键点。

1 智能制造介绍

智能制造来源于人工智能的研究，将其应用于制造业，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，可以有效提高生产效率，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，都可以如鱼得水、顺应自如。2015年，工信部公布了智能制造试点示范名单，充分推动了我国制造业发展，激发了企业智能制造技术引入的积极性与自主性。智能制造与传统制造相比，有以下几点特征：

第一，自律特征。智能制造机器有强大的数据支撑系统，在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，数字分析所占时长很短，从而提高了智能机器的工作效率。

第二，人机一体化特征。现阶段所生产的智能制造机器只具备一定的推理逻辑思维，如果引入其他技术则能够做到图像思维，但要想让其具备人类的灵感思维，还需要继续深入研究。这也体现了其人机一体化的特征，需要人力按照实际情况修改程序，填写相应参数，才能和机器各显其才、共同配合。

第三，虚拟现实特征。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，帮助人们进行分析，并在其之上作出改进。

第四，学习维护特征。智能机器的数据维护可以通过两方面来实现：首先是人工导入数据，一般在数据库建立之初使用;其次是机器主动扩充，在数据库建立好后，每一次使用都相当于新数据录入，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 智能制造的核心信息设备

2.1 智能通信设备

随着数字时代的来临，手机、电脑已成为现代人的常用生活设备，人们通过网络可以学习、购物、沟通、办公等。强大的网络功能、庞大的数据信息，都需要智能通信设备的支撑，才能带动其正常运转。互联网协议第6版（Internet Protocol version 6，IPv6）与传统互联网通信协议第4版（Internet Protocol version 4，IPv4）协议相比，首先，可以容纳更多的IP地址，扩存了数据空间。其次，更新了分配原则，一条记录就可以表示一片子网，提高了传输速率。再次，增加了对流支持，提高了其支撑设备的兼容性，为多媒体技术提供了更多的展示空间。最后，提高了安全性能，增加了数据保护强度。因此，支持IPv6的高速工业交换机、无线路由器、协议转换器等在各工厂都发挥了积极作用，使工业网络环境更安全、更高速。如图1所示，IPv6增加了对流支持，提高了天线增益，从而提高了接受设备的灵敏度与传输速率。

图1 无线路由器天线参数

2.2 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。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又被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[1]。其智能处在于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，而且其操作方便，抗干扰力强，因此，常被用于机械加工制造业。工控机控制系统是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。另外，该系统还可应用于环境监理中，如在垃圾焚烧发电厂的渗滤液处理监理系统中，就利用了工控机系统结合遥感技术，共同监测处理池中的氨氮含量及金属浓度。

结合能源管理有效进行节能的EMS电能管理系统，该系统通常由人机交互界面、信息处理器、报警异常存储、后台数据库、多级权限管理构成，通过遥测遥感技术采集数据，在系统内建立智能化模型，并按照数据核算，进行告警反馈，从而合理调配负荷，起到节能作用。

2.3 物联网技术设备

物聯网也被称为传感网，其衍生出的技术设备可以通过物联网技术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。其设备中最常用的是射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），其原理为电子标签接受射频传输阅读器上的微波信号，在生活中最常见的是公交卡、饭卡等。当然，现在该项技术也在各行各业中都得到了广泛应用，如高速公路上的ETC识别、车站二代身份证识别等[2]。

物联网另一个影响未来科技走向的是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，将加速ICT融合落地。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。如图2所示，在边缘计算技术影响下的5G三大应用场景中，超低时延、大带宽和海量连接的特点满足了行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。

2.4 人工智能技術

人工智能为计算机学科的分支，通过人工智能技术可以实现多指标自趋优的生产特点。在日常生产中，人工智能被运用已愈来愈趋于多元化，据预计，2020年人工智能市场的复合年增长率将达到44.5%。人工智能可分为自然语言处理、语音识别、交叉领域、计算机系统等多个领域，应用较为广泛。

在生产中，人工智能可以多维度、深层次采集工业数据，并通过异构数据的协议转换与边缘处理，搭建工业网络数据库。汇集生产中的智能要素，优化资源配置，并能有效协助设计员突破智能生产瓶颈，提高生产质量。在医疗中，其语言处理系统，能自动识别病历中的临床变量，并更新数据库，运用智能算法，找出其他相关变量，形成可行性图文报告，相当于一个学医8年的研究生水平。同样页数的病历，其信息获取速度比平常医生快362.5倍。结合语音识别系统能有效帮助HIS，PACS系统，识别病人语音，提高自助就诊效率，并对病患分群，提出针对性解决方案。在安防方面，计算机视觉可通过人类表情、语音等来进行身份识别，并且在事前预判和事后追踪等方面都能提供有效帮助。

如图3所示，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。

3 智能制造的发展趋势

目前，从国际角度来看，我国制造业整体发展水平还不够乐观。很多设备生产虽然已经达到批量化规模，但是一些核心技术仍需要创新突破。2015年，国务院印发了《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[3]。

3.1 强化基础，提高综合实力

智能制造的核心关键点在于技术与创新，需要大批量的技术人才投入到智能产业研究中。所以教育部应率先做出示范，利用高校人才优势，选出5～6所高校，开设核心技术实验班。明确划分智能制造机器的应用方向，并设定学士、硕士、博士规定人数，加强对外交流，开阔学生眼界，提高学习创新能力。除了提高技术交流外，国家可以设立智能制造孵化园，让学生可以发挥所学进行实践，在不断的创新与改进中突破关键技术[4]。

3.2 两化融合，提高使用率

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，利用已经掌握的技术，加大设备生产，并出台相应政策，勒令一些加工制造厂更换设备，提高生产力。工业部应通过走访调查，解决一些边远地区厂子设备更换困难或是技术人员不足的问题，增加扶持政策帮助更换设备，并且加强技术人员培训，提高其综合实力。对于一些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，攻破部件加工困难的问题，提高自身生产力的同时强化国家工业基础。对于示范点，则要加强监督，并鼓励其加强对外交流，通过绿色通道引入更多技术人才，来帮助攻克核心技术，提高设备生产精准度，打造专属品牌，在发展自身的同时提高国家制造业竞争力[5]。

3.3 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，应注意周边环境的生态文明建设。可以通过两个方面来实现：第一，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。第二，在厂内增设工业污染处理设备，通过智能化操作系统，监测废料处理流程及有害物质残存成分，并将剩余资源进行回收再利用，增长产业绿色循环周期，助力可持续发展。

4 结语

智能机器具有分析推理、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3方面的沟通，有着极高的应用价值。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。

作者简介：郭继超（1981— ），男，山东高密人，工程师，学士;研究方向：电力系统及其自动化，智能制造。

[参考文献]

[1]张凯.智能制造探索应用之路[J].汽车工艺师，2019（9）：10-16，20.

[2]蒋建强.智能制造业智能化发展模式与对策方案[J].轻工科技，2019（9）：149-150，152.

[3]蔡春堂.智能制造及其核心信息设备的研究进展及趋势探讨[J].四川职业技术学院学报，2018（4）：145-148.

[4]辛仁周.推进智能制造要把掌握关键核心技术作为重点[J].决策探索，2017（12）：6.

[5]赵升吨，贾先.智能制造及其核心信息设备的研究进展及趋势[J].机械科学与技术，2017（1）：14-16.

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