工业互联网与智能制造下自动化技术研究

张振

（海尔卡奥斯物联生态科技有限公司，山东 青岛 266011）

0 引言

工业的持续、稳定发展离不开制造业的支持，与其他国家相比，中国在工厂规模以及数量方面始终处于领先水平，但在生产技术上尤其是在科研水平、创新能力方面略显不足，不利于生产效率的提高，阻碍我国制造业发展进程。但自动化技术的发展、完善与应用，能够加快制造业转型、升级进程，从根本上缓解制造业全球化的压力，为此，需重视自动化技术的合理运用，以科学的方式融合制造业与工业互联网，并建立起清晰的技术框架，以弥补生产技术的不足。

1 工业互联网与智能制造彼此间关系

站在“表征”的角度对二者进行分析，工业互联网更倾向于工业服务，而智能制造则偏向于工业制造，始终以个性化定制、服务延伸化作为本质，以达到智能制造、智能服务的目的。现如今，通过打造智慧化工业平台，将更为优质的定制化服务提供给企业，而工业互联网的作用是加快企业“云”智能化制造发展步伐。

智能制造是我国工业所确立的首要实现目标，而智能化、自动化的革新是所有工业企业应重点关注的工作内容，科技的发展与创新加了工业领域的需求，也间接地提升了大众所追求的物质品质，为此，工业企业需将工业智能化转型提上工作日程。对工业产业发展现状进行分析可以发现，工业互联网技术的发展与运用实现了企业平台智能化生产，并在技术的依托下，达到网络化协同目的，推动产业互联朝着精准对接、服务延伸、个性化定制的方向发展，而智能化技术也被渗各生产环节中。与此同时，合理布设传感器，借助无线通信技术构建云平台，实现对生产全过程闭环管控的目的，促使互联网技术所具有的工业生产价值得到充分发挥[1]。

人工智能技术的发展可打造出智能化无人工厂，全方位结合工业互联网与智能化。而工业互联网技术能够促进互联网的融合，确保工业生产作业全流程被先进技术所覆盖，展开生产信息的实时采集与分析，并在互联网的支撑下，达到资源配置延伸服务与协同合作，而工厂同互联网之间的相互结合，可构建出多元化互联主体，比如企业主体，又可将其细分为工业服务、工业制造等，其主要作用是设计、生产、维护产品。工业服务企业主要工作任务是对智能产品相关数据进行采集，完成相应的建模后展开全面分析，以此构建出用户服务的创新型业态。互联网企业发挥平台资源优势，合理配置企业产品全生命周期；而工业互联网主体则体现为智能产品协作、工业信息系统等，实现生产规模上机器控制、信息系统的相互连通，创新出用户服务模式，为新型传感设备运行、物联网技术实现提供支持[2]。

2 工业互联网与智能制造下的自动化技术探讨

科技的进步促使工业互联网有关产业得到高速发展，以智能制造、工业互联网为根本展开对自动化技术的研究，可将自动化技术细分为多种类型，即制造系统自动化、自动化精密加工、自动化传感系统等，而不同类别技术所表现出的特征也存在较大差异，但始终围绕四点即智能、安全、高效、经济[3]。

在计算机技术的驱动下，可自动化监控装置生产、产品运行等环节，确保制造行业生产期间能够得到相应技术参数的全面控制，当检测到异常时，可自动执行报警、信息处理与保护工作（图1）。作为基础设施的重要组成，自动化仪器、设备装置有着不可忽视的作用，是保障制造设备安全、稳定运行的关键，同时，还能从根本上提升设备整体性能，减少人力运维成本，并为工作人员创造良好的工作条件。比如，常应用的制造系统自动化技术有单机自动化技术、数控加工机床技术等，所列举的各类技术均有着独特的化学与物理特性，可特殊处理难以加工的陶瓷、金刚石等物质，精细化到分子或原子单位，实现对产品的超精密加工。与此同时，在精密特殊加工技术的支撑下，可叠加不同方位的坐标方向，打造出三维实体，在此基础上，借助三维空间程序实现离散、堆积成型。而实体制造业则采用三维固体叠加形式，只需在短时间内便能够达到技术成型效果，在这一发展趋势下，促使夹层制造、立体蚀刻等多元自动化技术也逐渐被完善。此外，在柔性制造所使用的主机中，搭建了数控机床的自动化生产系统，串联起物质流与信息流，从而达到自动化生产目标，而这一技术也逐渐发展成为现阶段制造业技术中极具标志性的自动化技术的一种[4]。

自动化制造技术的科学运用，为智能生产方式的进一步创新与应用提供了更为广阔的发展空间。而国家供给侧改革政策的颁布与实施，为工业多个领域如钢铁、汽车、纺织等提出更高的创新要求，并在新动能转换方面运用更为多样化的制造业技术，构建出基于工业互联网的制造业创新平台。工业互联网和智能制造彼此间的联系较为密切，二者融合的重点为时刻保障网络数据安全，基于这一思考，将网络作为基础、数据视为核心、安全当作保障，并在工业智能化技术的帮助下，为工业数据交换、工业系统互联提供支撑，全过程保障数据及网络安全。

依托于智能技术、互联网技术打造互联网平台，并将网络平台安全运行作为重点，以此加快互联网与工业产业的融合步伐，推动传统制造业朝着生产服务型有效变革。比如，工业云平台的延伸发展，便可看作在传统工作平台上，合理渗入大数据技术、物联网技术、人工智能技术等现代化技术，构建出数据信息实时获取的自动化体系，还能执行数据存储、访问、分析与管理等工作。科学技术为工业企业智能化、生产服务化转型创造有利条件，而在企业升级过程中，需重视起工业互联网基础设施的全面建设，以此大幅增加工业企业总产值。

3 自动化系统

3.1 分布式网络系统

近年来，自动化系统设计通常进行集中控制，即信息数据发送到系统中后，系统便会集中地整理这些信息数据，把全部信息数据向中央控制室进行传送，再借助中央系统展开计量，最终借助电缆向不同执行现场传达具体的指令。伴随国内快速提高的科技发展水平，我国实现了执行机构、传感器、控制单元的智能转型，由集中化控制朝着分布式控制的方向不断变化，这使得系统控制水平大幅提升，推动了国内工业智能化、自动化系统的快速发展。

从分布式系统的特征来看，第一，该系统具有较多的组成单元、输出内容与输入内容；第二，该系统具有广阔的分布范围；第三，该系统能够使信息、质量、能量彼此联通；第四，建立系统模型难度大，存在多种条件制约。从分布式系统的构成来看，主要包括变送器、传感器、PLC以及DCS等。

3.2 CSP网络系统

在互联网技术的发展和进步中，各国学者逐渐增加了对CSP网络系统的重视。由于网络环境的出现和网络技术的发展，以往的系统组成结构、控制模式发生了巨大变化，开始渗透到电子、计算、通信等诸多领域。基于自动化技术，需要将物理系统当作基础来构建信息处理网络系统，开展信息数据的优化、记录、收集、传送等工作，增强系统控制能力。与此同时，应借助工业互联网对物理系统功能进行改善和优化，让CSP网络系统能够在环保和节能的前提下运行。除此之外，应增强CSP网络系统部件、构件的自动化水平，主要包括控制单元、执行机构、传感器等，让该系统运行的整体能力得到加强，促进我国工业朝着智能化的方向不断发展。

从CSP网络系统的特征来看，第一，信息系统、物理系统实现了充分耦合。其中，各个时空粒度会为计算技术提供有效的支持，物理对象则会制约通信技术。第二，异构网络互联。在系统中，异构网络的并存成为可能，这让QoS需求得到了充分满足，合理地配置网络资源，增加了CSP网络系统协调性。第三，信息数据量庞大。物理系统和信息技术相互结合时，能够形成庞大的数据信息，从而将有效的科学依据提供给CSP网络系统。第四，分布式控制、计算与感知。运行物理系统嵌入设备时，能够出现多域耦合，产生一种控制单一模式，这能够使系统运行需求得到满足。第五，安全性要求。CSP网络系统在使用过程中需要增加对安全性的重视，确保安全意识贯穿物理设备、信息技术的应用始终。

3.3 制造和协调智能网络

研发工作促进了自动化技术进步，为工业制造的智能化奠定了良好的基础，促进了多个行业领域的自动化技术推广。在我国，智能网络制造领域主要包括激光制造、3D打印、网络制造协同、智能机器人研发、关键部件制造等。而智能网络信息领域主要有光电子集成、光电子器件、新型网络、宽带通信、智慧城市、物联网等。

4 自动化技术发展前景分析

当前，不论是站在理论角度还是基于工业企业实践视角，展开对智能制造实现途径的综合讨论，均会面临相同的问题，即网络与企业的连接问题，如果不加以正视与处理，便无法有效解决后续网络运行过程中存在的问题。未来互联类型企业的发展主要应对的难题是互联网中互联关系的复杂性特点，对此，要求工业制造企业适当放弃以往所使用的IT系统、OT系统，合理、全面整合企业本身所具有的商业能力、用户服务、设计能力，以此为依据，打造出极具复杂化的网络系统，实现对现有工业控制网络、物联网、互联网等技术的全覆盖。而工厂生产期间，需有效融合互联网技术与内部网络，并实现机器设备端到端IP的相互连接，在技术的支撑下，促使所运行的制造系统内部含有的数据信息彼此间交互协同，以此扩大数据涉及范围面[5]。

依托于IP互联，可实时、全过程采集、汇总工业生产时出现的各类数据信息，而工业以太网协议能够合理分配现场IP地址，并展开对数据信息的全面控制，达到IP流量贡献传送的目的。在此基础上，运用扁平化管理形式，可从根本上减少数据传送层级，为工业数据甚至是IT系统的快速流通开辟新路径。此外，还需将这一管理方式合理应用于传统现场与车间级、控制级等复杂分层转变中，实现对各层级的全方位管控，再借助多元无线技术，赋予制造工厂信息采集与传送的基本功能，以保证信息全面性、完整性、可靠性。重视工业场景无线技术的合理运用，有助于工业生产期间电磁信道干扰、低功耗、安全可靠性等问题的有效解决。

依托于5G技术，打造出物联网应用场景，并在技术以及直观场景的帮助下，构建极具可靠性、大连接、低功耗的无线工业领域，而为从真正意义上满足柔性生产的需求，需保证组网的灵活性，并展开网络资源的动态调整。借助相应的软件对网络进行定义，使用SDN新型网络技术，以此打破工厂原有的内部网络刚性组织的局限，并适应智能生产线自组织和敏捷部署的要求[6]。

此外，还需有效融合互联网与OT系统，站在网络层面加以思考，对工业生产各环节展开相应的优化与维护，并通过连接互联网，远程控制OT系统的运行情况。比如，部分工业企业借助i5平台远程监管处于不同地理位置的机床，从根本上满足实施控制与同步实施控制的基本要求，与此同时，还结合企业技术与运营实际，打造出极具独立性的网络平面，达到定制宽带、提升服务质量的效果，为企业创设独立链路资源VPN，并构建出开放性的网络可编程系统，在智能化技术的支撑下，全方位采集工业产品相关参与，基于完善数据，构建出适合工业企业自身发展与应用的新产品服务模式。在此基础上，利用工业互联网数据分析平台，实现工业企业服务更深层次的延伸，为生产各环节作业的预测性维护提供可靠信息保障，并做到对工业产品的全方位监测与管控，以此扩大、延伸工业生产价值链。

5 结语

工业互联网与智能制造的不断进步，推动工业控制与网络技术的良性、长远发展，而为使工业企业深度融合在一起，就需借助大规模应用程序来实现。依托于新技术，搭建工业互联网创新体系平台，打造出工业云平台、工业大数据、自动化技术架构，促进工业互联网技术发展的同时，实现制造行业全面创新与转型。此外，还需积极落实自主知识产权工业控制与网络技术研发等工作，采取产业联盟的方式，实现制造业与研究机构的有效融合，发挥自动化技术优势与价值，推动我国制造业朝着新的发展方向迈进。