机械设备智能化在物联制造车间生产中的应用研究

郭宏伟

（霍州煤电集团鑫钜煤机装备制造有限责任公司， 山西 霍州 031412）

1 研究背景及意义

我国是世界上最大的发展中国家，在之前的生产中，90%以上的公司、工厂都采用的是“工人+设备”的流水线生产模式，这样的生产方式只能用于一些普通产品的加工与生产，较为精密和性能良好的产品难以通过这样的流水线生产模式加工出来。之前传统的机械加工生产模式存在效率低、加工过程中技术人员与操作人员沟通不便等问题。近几年来，我国智能化发展十分迅速，使我国的国民生活发生了翻天覆地的变化，同时也引发了新一轮的工业革命，我国机械加工设备也跟随时代的潮流，逐步采用智能化的发展，使得我国的机械加工设备发展得十分迅速。

研究智能化机械设备的发展，对我国的机械生产、国民生活都具有十分重要的意义。智能化机械加工设备可以大大提高机械加工的效率和精度，为我国一些高端精密仪器的制作奠定了基础，同时也为我国的国民生产总值做出了一定的贡献。

2 物联制造车间智能化研究分析

2.1 物联制造车间的特点

在现阶段的经济全球化发展模式之下，物联制造是一种新型的制造模式，与原有的传统制造模式不同，物联制造通过对识别技术、电子信息技术、智能化技术、网络通讯技术等多种的应用，从而达到了高端精密制造物体的功能。图1 为物联制造车间的基本管理模式。

物联制造车间的基本管理模式是物联制造车间中最基础、最核心的内容，其基本的制造车间主要由执行区、传输运营区、综合管理服务区、综合应用区等几部分构成。物联制造车间的结构如图2 所示。

图1 物联制造车间的基本管理模式

图2 物联制造车间结构图

顾名思义，物联制造车间就是在物联网通讯的基础上实现制造的功能，其实在实际的机械加工生产过程中，物联制造车间除了利用物联网通讯技术之外，还依靠机械加工设备之间的紧密联系与配合。首先，设备要能够按照生产的规范性翻译出加工过程所需要的全部信息；其次，相互配合的设备要对翻译出来的全部信息在短期的缓冲时间后执行，物联制造车间中不同的智能化设备之间的相互配合与执行是整个物联制造车间最为重要的部分，也是物联制造车间与传统的加工车间不同的地方。

2.2 加工设备的智能化分析说明

上文简单介绍了物联制造车间的特点及基本概况，对物联制造车间的加工设备进行智能化研究具有十分重要的意义。在某种程度上，物联制造车间是智能化发展的一个产物，因此，物联制造车间的发展对于智能化技术有着更加精准的技术要求。

物联制造车间加工设备结构较为复杂，在加工过程中有着精度高、便于操作的优点。在优化的过程中，首先要对物联制造车间的系统进行研究与分析。现阶段，物联制造车间中最基础的设备就是数控机床的加工设备，很多工科专业的高校学生初步学习期间就采用的是数控机床这个最基础的智能化设备让学生进行操作练习。因此，本文以数控机床为例，简要说明物联制造车间加工设备的智能化研究。

数控机床在加工过程之前，程序员会先对要加工的物品进行数码编程，再输入到系统中，在加工该物品时，只需要打开设定好的程序加以执行即可，整个操作过程是比较简单的。但是，对于某些要求精密、结构复杂的工件而言，数控机床的系统编程是十分复杂的。因此，物联制造车间应当合理利用物联网的信息共享特性，对数控机床编程进行简化，从而达到简单、高效的目的[1-4]。

2.3 数控系统的应用分析

数控系统是数控机床的核心所在，也是物联制造车间的核心所在。目前，在物联制造车间的数控机床中，数控系统已经被植根于每一台智能化设备中，得到了极为广泛的应用，图3 是数控系统在物联制造车间的应用。

图3 数控系统在物联制造车间的应用

数控系统具有很强的可操作性和便利性，但是由于其自身的异构性和封闭性，导致数控系统在设备的应用过程中不能达到互通，物联制造车间中不同数控系统中的数据不能直接在内部进行交换共享。因此，在现阶段物联制造车间的数控机床中，针对每一台不同的数控机床都配备了不同的数控系统，目的就是为了在物联制造车间可以高效地进行操作。

3 物联制造车间机械加工设备的优化

3.1 智能化算法的优化

上文中介绍到的物联制造车间中数控机床的数控系统在操作运行中存在其系统自身的异构性和封闭性，导致数控系统在设备的应用过程中不能达到互通，物联制造车间中不同数控系统中的数据不能直接在内部进行交换共享。在这种情况下，给物联制造车间中不同数控机床装配的不同数控系统是比较繁琐的，因此，想通过研究数控系统算法的优化可以改善这一情况。

物联车间的所有智能化设备机器在运行和生产过程中，都会产生大量的数据信息，目前，物联制造车间的数控系统执行的算法是系统内部推荐的基于内容的算法，这个算法会根据不同机床设备的不同执行不同内容的算法，虽然可以迅速执行，但是不利于数控系统进行信息沟通交流[5-8]。

在物联制造车间拥有多台不同数控机床设备的情况下，提倡数控系统采用协同过滤算法。协同过滤算法可以在系统中对设备运行产生的大量数据和信息进行过滤筛选，程序员通过设定，该算法可以将不同机床之间的不同数控系统进行统一，保留系统内具有共性的部分内容作为系统的主体，再根据不同机床设备所需的不同系统进行编程处理，不同的内容执行不同的命令，从而达到数控系统的统一。并且，协同过滤算法在模拟运行过程中，可以根据自身的信息储备量，预测机器设备运行的走向和运行中的注意事项。

协同过滤算法在物联制造车间数控系统的使用，可以将设备、系统、资源的利用率发到最大化。如图4 是数控系统的算法优化结构图。

图4 数控系统的算法优化结构图

3.2 虚拟仿真平台的构建

物联制造车间或是其他车间加工一个新型产品之前，具有很多的不确定因素，如果冒然进行数控系统编程直接生产，可能会导致产品存在使用性能差、加工有误差等问题，这样会造成资源和系统的浪费。因此，可以通过构建虚拟仿真平台的方式，在实际生产加工之前进行模拟，发现产品加工程序中存在的问题和产品加工中的一些缺陷，根据模拟运行的现象和结果，对加工中的问题优化改签，设计出更为合理且高效的系统编程。

虚拟仿真平台的构建，可以大大提高物联制造车间加工设备的精度和准确度，并且在最大程度上保证了资源节约，在物联制造车间的应用中可以起到举足轻重的作用。除了模拟之外，物联制造车间可以用虚拟仿真平台的仿真功能研究一些新型产品的加工，既高效又环保[9-12]。