工业互联网与智能制造推动下的自动化技术研究

陈 蓉

（江苏省淮阴商业学校，江苏淮安 223003）

0 引言

制造业是我国工业发展的基础动力，也是我国发展关键产业。作为一个拥有“世界工厂”之称的工业大国，我国在生产工厂的规模和数量都是世界其他国家不可比拟的，但是在生产技术方面，传统的科研水平、创新能力不足，导致生产效率低下，制约了我国制造业的发展。随着技术的进步，世界制造业都在发生变化，我国制造业也面对着严峻的转型和升级课题，以应对制造业全球化压力和机遇。

1 工业互联网与智能制造概念分析

随着社会的进步，社会信息化进程不断加快，在科学技术和社会经济领域都得到了长足的进步。很多行业当前在互联网技术和智能技术的推动下，不断衍生和进步，提升行业效率。而工业互联网和智能制造推动下的自动化技术也日趋成熟。智能制造实践依靠工业制造技术和工业互联网技术，前者是采用先进的生产物料和机械设备，以制造技术作为体现；后者是运用云计算、人工智能和大数据、互联网等信息技术，使得工业设备、工业材料在生产效率上得到大幅度提升，优化工业制造资源，创造差异化的增值服务和产品性能。

（1）现代工业智能发展与工业互联网自动化技术的推动紧密关联。应用智能制造基础设施，使得工业智能化形成了综合互联、数据驱动、智能互联网、智能制造、闭环运行等先进化模式。例如机械设备的闭环制造，基于机器运行数据和生产环节数据，实现边缘计算和实时感知。在经过不断地调整和设备的优化之后，运用柔性生产和智能系统构建，在生产运行上获得了多种场景的智能生产模式［1］。

（2）优化闭环核心是进行信息技术数据、制造执行数据、控制数据等处理。在生产运行管理、动态优化和调整方面，基于企业协作的控制内容包括进行供应链的综合集成和数据分析，优化服务，实现用户交互。应对用户个性化定制和产品服务需求，将资源加以重新创新，采用创新型的商业活动，形成新的网络合作模式，使得个性化定制和服务得到扩展。

（3）目前，我国制造业在应对科技与产业变革中，对于新兴产业的发展趋势不断推进，使得我国制造业向着国际强国的方向发展。在这一进程中，工业的发展得到了工业互联网基础设施以及基础技术等的支持，制造业的整体效率得到很大提升，正在实现向数字化发展的转型，带动工业互联网的相关互联网技术以及智能制造技术，广泛体现为制造业自动化技术和信息技术的集成。目前，企业投入更多的研发经费运用在自动化技术领域，向着数字化转型已经成为未来发展趋势，可以预见中国制造向着智能化发展已经成为核心技术推动力，席卷全球的新的工业生态系统正在形成［2］。

2 工业互联网和智能制造中的自动化技术分析

在新一轮的产业革命中，工业互联网相关的产业得到快速发展。基于智能制造和工业互联网基础上的自动化技术分析，自动化技术可以分为制造系统自动化、自动化精密特殊加工、自动化快速成型、自动化传感系统等，相关技术具体的特征体现为：安全、经济、高效、智能。

（1）通过计算机驱动，对于装置生产、产品运行、设备构造等进行自动化监控，使得制造业在制造生产过程中能够合理地进行相关技术参数的控制，完成自动报警、自动信息处理、自动保护的动作。在基础设施中，自动化的仪器和设备装置等发挥重要作用，有效的保证制造设备能够安全有效运行，机械性能得到大大提升，人员劳动力耗费被降低，劳动条件得到大幅度改观，有效地降低了工业生产成本［3］。例如制造系统自动化技术中的数控机床加工、单机自动化和计算机智能化的精密特殊加工技术。以上自动化基础设施和技术具有特殊的物理特性和化学特性，对于难加工的陶瓷、金刚石可以进行特殊的处理，达到分子或原子单位，实现超精密和精密加工，快速成型技术，对多个面的坐标方向进行叠加，形成三维实体，运用三维空间程序进行离散和堆积成型。实体制造业采用三维固体叠加方法，快速进行技术成型，运用在夹层制造和立体蚀刻等方面的自动化技术也趋于成熟。值得一提的是，柔性制造在主机应用上采用一定量的数控机床的自动化生产系统，将信息流和物质流加以串联，实现自动化生产目标，对零件进行调整之后，形成不同工序的加工目标，成为当前制造业技术的重要标志性自动化技术之一。

（2）自动化制造技术应用下的智能生产方式的应用前景十分广泛。近年来，随着国家供给侧改革政策的推动，工业领域如钢铁、汽车、纺织等行业面对产业升级创新要求，在新动能转换方面进行了制造业的各项技术的应用，打造工业互联网下的制造业创新平台。工业互联网与智能制造密切相关，其重点在于网络数据安全，以网络为基础、数据为核心、安全为保障、数据为工业智能化提供核心驱动、网络为工业数据交换和工业系统互联提供支撑，为数据和网络的安全提供保障。

（3）通过构建互联网平台，将网络平台安全作为重点，推进互联网加的提升，使得传统制造向生产服务型转变。例如工业云平台的延伸发展，其本质是在传统的工作平台上，叠加物联网、大数据、人工智能等新兴技术，形成数据采集体系，完成更准时、更高效、更实时的数据存储、访问、分析和管理。新一轮的科技变革和产业变革给自己也带来了发展机遇，促进企业向智能化、生产服务型转变。而进行智能制造的关键是进行基础设施建设。在这个过程中，工业互联网等基础设施不断提升，产值迎来了爆发式的增长。

3 自动化技术支持下智能制造和工业互联网关系

社会各行业领域范围内技术的创新升级与改造，表现尤为突出的是智能化技术在机械工程领域中的不断运用，而工业互联网和智能制造是紧密相连的。智能制造改变了原有传统的机械工程自动化的模式，促使工业互联网自动化技术在众多领域中以高效快捷的方式替代了单一、效率低的落后技术。

（1）从表征进行分析两者各有侧重。工业互联网侧重于工业服务，智能制造侧重于工业制造，其本质是围绕个性化定制和服务延伸化，实现智能制造和智能服务。当前工业平台为企业提供定制化服务，工业互联网帮助企业“云”实现智能制造发展路径。

（2）智能制造是全国工业企业发展目标，向着智能化、自动化转变，是目前工厂企业在进行改革过程中需要面对的重要课题。随着工业领域的需求不断增多，产业革命持续进行，人们对于物质品质的要求不断提升。面对人力成本不断上涨和材料成本不断提升等双重因素，企业要盈利就必须要向智能化靠拢，实现工业转型。目前，市场工业互联网规模巨大，据不完全统计工业互联网长期发展已经向着利好方向迈进。从发展现状来看，工业互联网让企业建筑平台实现智能化生产，通过企业互联实现网络化协同，使得产业互联向着服务延伸、精准对接、个性化定制需求，智能化生产和制造的目标不是机器和生产线实现智能化所能涵盖的，而是整个生产流程均实现智能化。通过传感器的布置，以无线通信技术为支撑，搭建云平台，采用全流、流程采集形成生产到管理的闭环管控。通过科学和分析，使得互联网技术在工业生产中发挥巨大作用。智能制造实现通过工业互联网打造了全新的工业生产系统。

（3）未来智能化无人工厂将实现工业互联网和智能化的结合。首先工业互联网带动互联网融合，在生产过程中覆盖工业生产周期，进行信息采集和分析，利用互联网实现资源配置延伸服务和协同合作，工厂或网络与互联网融合，形成了多类互联主体，企业主体包括工业制造、工业服务、互联网企业等，能够提供基本的产品设计、生产和维护。而工业服务企业则对智能产品进行数据建模分析，形成用户服务的创新型业态。互联网企业利用平台资源，实现对企业产品全生命周期的资源配置，上述企业角色不断转换和渗透。工业互联网主体表现为工厂信息系统、智能产品协作、企业用户控制系统，在生产规模上机器控制和信息系统形成互联，进一步扩展到用户服务等方面，新型的传感设备、物联网的技术予以支持。

4 自动化技术与智能制造的发展前景

当前，无论在理论学术论述还是工程企业的实践中，讨论智能制造的各种实现途径时，遇到的第一个问题实际上是连接问题，如果不解决这个问题则无法推进其他问题的实现。未来互联类型的企业发展路径要面对的互联网中互联关系更加复杂性，必须要超出传统OT系统和IT系统，将商业能力、用户服务、设计能力等连接为复杂网络系统，覆盖现有的工业控制网络、互联网和物联网等技术。在工厂内部，互联网技术和内部网络予以融合，机器设备从端到端实现IP互联，整个制造系统实现数据交互协同，更加扩大范围，层次更加深入。

（1）通过IP互联实现工业生产全过程信息采集。工业以太网协议为支持的现场IP地址分配，能够实现控制信息和IP流量的贡献传送，采用扁平化管理，减少数据传送层级，实现IT系统和工业数据的快速流通。将传统现场及车间级、控制级等复杂分层转变为扁平化的网络管控，利用各种无线技术支持工厂实现信息采集和传送，消除信息死角。运用工业场景无线技术，在实际部署上解决电磁信道干扰、低功耗、可靠性等关键问题。

（2）利用5G技术实现物联网应用场景的构建。完成低功耗、大连接、可靠性高的无限工业领域的建设，面向柔性生产需求，进行灵活组网、动态调整网络资源，实现生产设备和生产过程的灵活组织和控制。按照制造环节，进行设备、工具、机器的互联，采用生产规模定制化进行资源组织的管控，实现网络资源的动态调整。以软件定义网络，SDN新型网络技术，打破工厂原有内部网络刚性组织局限，适应智能生产线自组织和敏捷部署的要求。

（3）OT系统和互联网融合。从网络层面实现生产过程调整和维护，需要通过互联网连接实现远程的OT系统控制。如在一些企业，i5平台初步实现对不同地理位置机床的远程监控，实现极高要求的实施控制和同步实施控制。定制企业独立的网络平面，实现对带宽和服务质量的定制，为企业提供独立的链路资源VPN以及开放的网络可编程系统，通过智能工业产品信息采集和联网，将工业企业的新产品服务模式加以构建。以工业互联网数据分析平台为代表的品延伸服务，可以进行预测性维护、产品监测，将工业生产价值链予以不断扩大。

5 结语

智能化是一个产业共识，包括边缘计算、大数据、工业互联网、工业物联网等，真正的智能制造和自动化技术的应用却并非想象中那么简单。目前，我国工业互联网发展和智能制造不断推进，加快自主知识产权的工业控制、网络技术研发和部署落实，需要采用规模应用的方式，以产业联盟的形式实现工业企业以及研究机构的力量融合；加强新技术与工业领域融合技术的研究，以新兴技术领域作为突破点，不断地争取向新的发展方向迈进；紧追国际工业互联网技术发展步伐，建立工业互联网创新平台，真正的搭建起工业云平台、工业大数据、自动化技术架构。引领和支撑我国工业互联网技术，开展产业转化和产业创新，打造工业互联网模式下中国工业企业的智能制造产业态势。