浅析自动化控制中人工智能的应用
2023-08-05福州大学蔡荣培
福州大学 蔡荣培
自动化控制的概念包含工业产品的设计、制造、装配、销售、运行服务和回收等,是一项系统化的过程,是一门工程类学科,其经济活动讲求质量、效益和竞争力。现代自动化控制对产品品种、质量、便捷度、性价比、外形以及自动化程度等都提出了多类新的需求,自动化控制需采用智能化先进技术。人工智能一旦应用于自动化控制中,显著提升效率、降低成本。本文在客观地分析当前自动化控制应用人工智能的现状,归纳自动化控制应用人工智能过程中技术和策略,以期为相关工作提供借鉴。
人工智能是包含信息化技术、传感技术、计算机应用及网络技术的综合应用,对科技发展有其重要意义,其价值在不断地突显。人工智能的应用可大幅度提高生产率和产品质量、降低人工成本和劳动强度。自动化控制是工业生产的重要组成,更能体现出人工智能应用的价值,可视作工业生产与人工智能相结合的范例。在当前自动化控制的产业化趋势下,人工智能的深度应用,具有必要性和紧迫性。
人工智能深度地应用于自动化控制过程中,再配合计算机人工智能技术的应用,综合了代理技术应用、智能制造机器应用、材料技术应用、现代管理技术以及系统工程的理论和方法的支持,按照标准化要求使整个自动化控制趋于开放性、智能化。高度智能化自动化控制可以实现无人干预下批量生产,这也正是自动化控制人工智能应用的最主要目标。自动化控制中的人工智能应用,可以使得自动化控制的效率、精度得以显著地提高,使企业的经济效益和竞争力得到革命性的提升。
自动化控制利用人工智能,从根本上整体性提高了产业发展水平。自动化控制是我国工业的新兴产业,是我国经济的重要组成。由于人工智能的广泛应用,自动化控制的生产效率、产品质量等都大幅度提高[1]。
1 自动化控制的一般应用
1.1 自动化控制的概念
自动化控制是指无人参与下,利用设备和装置,使机器设备及生产过程参数化工作状态自动按预定规律运行。
自动化控制能自动地检测、调节机器设备、仪表等,按指定程序或指令自动作业,其目的是增大产量、提升质量、降低劳动的成本和强度、保障生产的安全等。
自动化控制技术的应用可使人们远离复杂、危险的劳动环境中,还可成倍提高生产效率。
1.2 数控技术
数控技术的产生、发展及应用,在自动化控制的发展中是必然的,数控技术是自动化控制中的关键性技术,它包括了计算机技术、微电子技术、自动检测技术、信息处理技术和自动控制技术等。借助现代计算机信息技术,现代自动化控制所要求的高精度、高效率以及柔性自动化等需求都有了实现的途径。人工智能的应用还可以显著提高自动化控制的整体效能,通过不断调整、修正各类相关参数,实现故障的在线诊断和智能化自动处理。
数控系统的不断创新,使其更具精准度和灵敏度,在制造环节可按具体需求自行调节,保障产品达标率。数控系统具备自治性、虚拟性和动态性,能将不同区域的设施组成逻辑网络整体,实施统一管理。数控系统具备应变能力,随外部环境变化自适应调节。
1.3 自动化流水线
当前自动化控制领域中,人工智能是最为关键的,当自动化流水线出现后,大大提升了自动化控制的生产效率、降低了人工成本,从而提升了整体效益。
在人工智能应用于自动化控制的过程中,借助于智能化管理,系统可全面管控生产流水线,可收集、整理自动化控制全过程的相关信息数据,实时动态调整各生产环节,显著提高自动化生产效率和容错率。
将人工智能应用在自动化控制各个环节中,有效减轻人员劳动强度,大幅提高企业的经济效益。当智能化应用在生产线上形成规模时,就实现了自主运行,仅需少量人员做技术支持,就可实现生产线的自动运行。
1.4 生产管理智能化
自动化控制应用在落实人工智能应用时,需将人工智能全面融入产品的设计、生产和管理等环节中。面对管理滞后问题,人工智能应用可构建起关联系统,自动收集、整理相关数据,根据企业实际状况,及时调整生产方案。
与企业管理相关,生产经营的各个环节都具有决定意义,利用计算机网络和人工智能实时收集、共享完整数据,支持智能管控,保证高效管理,极大地避免错误出现,保障自动化控制的高效率。
1.5 机械制造生产智能化
机械制造业造出智能化产品,是应用人工智能的必然,自动化控制过程和过程管理的智能化应用,其结果必定具有智能化表现。机械制造产品的智能化,拓展了应用市场的产品面。若自动化技术结合人工智能,则机械制造产品将具有更强的智能化能力,更能满足自动化控制的市场需求[2]。
全面了解自动化控制产品的智能化市场实际需求,应用人工智能,精能生产,同时从工艺流程、产品性能着手,切实增强产品市场竞争力,让智能化产品表现出应有的经济效益。
2 成熟的自动化控制技术
2.1 智能化集成
自动化控制的目标是实现高效生产和高精制造,从而能够节约成本、提高效益。人工智能适时地为人们展现了全新而广阔的应用机会,为工业企业提供了技术优势[2]。
机器设备体积变小,集成化的方向是自动化控制的发展之路。模块化思想是自动化控制的正确发展方向,而坚持柔性化、微型化道路,使自动化控制的产品更符合市场需求。伴随结构集成化的大趋势,应用数据支持自动化控制的灵活性,使得产品适应市场多样化需求。
在生产工艺方面,先进的数控技术已实现超小型化、超薄化,将新学术成果模糊控制、智能计算等引入到了数控技术的应用与研究,使控制精度、执行效率等有了显著提高。智能化诊断、故障自动化处理等总有突破性提高。
2.2 柔性化
柔性化的可以使自动化控制有能力适应生产条件出现的变化,这与生产设备、相关人员、设计方案等密切相关。系统化的柔性支持不同零件加工的自由度。人员的柔性体现为操作人员在保证完成任务,并在时间和数量上有变通可能。设备柔性表现为设备及时对新零件加工实现自行适应。
自动化控制的人工智能在柔性化方面,逐渐实现和遵循模块化设计,功能适应范围加大,并具可裁剪性,从而支持不同用户的特色需求。
柔性是数控系统本身的特性,一方面数控系统的模块化设计本身具有柔性特质,使功能可组合、扩展;另一方面可裁剪性很强,能够特色定制以满足不同用户需求。
2.3 网络化人机互动
互联网技术日益普及,广泛利用于机械制造业,生产设备与通讯设备实现连接,从而实现自动化控制数据的高度共享。
网络化技术的应用,为自动化控制过程中的设计、生产、销售等各环节带来资源便利,人工智能全方位实现离不开网络化技术的支持。
自动化控制人工智能的应用,人机互动是基本的表现形式,自动化控制的智能化的发展将使设备操作趋于人性化。计算机技术的完整应用实现人机互动的自动化操作,并可为操作人员提供完整数据,推进人机交流能力提升[2]。
3 人工智能技术
3.1 人工智能的基本概念
人工智能就是设计和实现能解析数据的计算机和机器人,让机器有自动学习提高自身的能力,设计者可以创建方法,教机器拥有像人类一样的思维。感知、学习、逻辑推理、创造等行为是可以复制的,并能应用到大多数行业。人工智能的原理就是输送给机器数据信息,让机器自行学习和发挥,最终完整实现既定的目标。
人工智能研究和开发新技术,通过模拟延伸和扩展人的智能,形成自有的理论方法和技术应用。人工智能技术的内容包括自动识别、虚拟现实、人机交互、机器视觉、语言处理、大数据分析、机器学习等,简而言之,人工智能技术就是让机器模拟人类的智能行为,能像人一样理解、学习和思考。
3.2 人工智能技术的核心
3.2.1 计算智能
计算智能即机器具备极强的存储能力、极快的运算能力,可基于海量的数据自行地深度学习并优化底层逻辑,利用历史经验指导当前环境。由于计算力的持续发展、储存能力的不断升级,计算智能已基本实现。
3.2.2 感知智能
感知智能使机器具备听、视、触的感知能力,可使数据结构化,以人类沟通方式与用户实现互动。各类技术的发展,促使许多非结构化数据被挖掘,图像、语音、触点、视频等和感知有关的感知智能在高速发展。无人驾驶就是应用感知智能,通过传感器感知环境、自动处理汽车运行。
3.2.3 认知智能
认知智能使机器像人一样,有理解、推理和归纳能力,并具有知识应用能力。认知智能还处于研究阶段,还有较长的路要走。
3.3 人工智能技术的价值
3.3.1 预测性维护
对于设备、机构的故障,改变原有被动形式的维护,通过事前预测、组合性规划预设。这样做的价值在于降低设备故障率、减少停机时间、提高设备运转率,保障设备运行,避免造成停工,提高了企业的生产效率。这也减少了维修成本、延长了设备生命周期,降低了一般性维护所需资源。
3.3.2 品质分析优化
通过机器自学习技术应用,对品质、生产过程数据进行价值挖掘,可以实现针对生产过程中品质异常的预警、异常成因分析、异常处置、结果验证等的闭环品质保障,采取品质分析、优化模型,总结积累经验,从根本上解决企业的异常定位和处理的难题,以异常精准预警措施减少损失。
3.3.3 外观缺陷检测
得益于深度自学习技术与AOI 设备的结合,对多类缺陷性图片作比较和识别训练,开发实现自学习形成缺陷检测的模型,自动建立持续、精确的缺陷检测机制,有效提升检测的效率和可靠性。
4 人工智能在自动化控制中的应用趋势
4.1 智能工厂
中国自动化具有柔性化、敏捷化、智能化特征的智能工厂项目正在朝着纵深方向发展,市场显性需求逐渐显现。随着新时期的5 年政策方向指引,中国智能制造领域相关产业迎来了发展黄金时期。
智能工厂广泛的应用工业机器人,新能源汽车制造进入全新阶段,也推动装备制造向前发展,远程办公和线上教育也促进了手机、电脑、集成电路、家电的快速发展,而这些又都是机器人、高端机床等上游装备制造业的主要应用领域,较长产业链,快速发展带动全产业链的共同复苏。
4.2 工业物联网
工业物联网的应用将会更多地被采用。一旦将数字作为衡量的标准,智能制造将会更多地以多种方式利用起工业物联网对工业流程进行改善。制造商渐渐会把重点转向工作效率和客户价值而非先考虑成本,工业物联网必将成为热点。工业物联网会是支持现代化进程的基本动力,将会以一种更全面、可持续的方式提供给客户新的体验[2]。
4.3 增材制造
增材制造将是真正工业制造的先进技术,是3D 打印技术的必然转折点。全球性制造商今使用3D 打印的力量以快速发明新的产品,按需制造所最为重要的是在供应链受到重创时实现本地制造。增材制造的过程中,最大的进步之一将是集成了机器自学习,这必为3D 打印形成数据驱动的实现方法,并实现成熟的用例。数字化的另一趋势,将会彻底地改变3D 制造。
4.4 数字技术
数字技术应用将是制造业的新常态,远程化工作和协同工作将是制造业的新变革。作为远程工作模式应用的行业,现在制造业对工作方式作重大转变是势在必行的。在这种新常态下,企业须保证非关键员工可远程工作,并为关键员工保障安全环境。
4.5 过程自动化
制造企业对于过程自动化技术的投资将是必要的,是提高工作效率的必然手段。另外,云会是战略性投资的竞争领域,其数字化转型也是现代化的必然举措。企业要保持其敏捷性以及弹性,制造业的云计算必将超过平均采用率[3]。
5 结语
自动化控制是我国工业中最为基础性的重要组成部分,不仅能衡量工业水平,而且对经济的发展有重要意义。自动化控制智能化应用水平,对我国自动化控制行业发展将起重要作用。
未来,更多的新技术必将应用于自动化控制,人工智能应用将是现代多学科技术与工业创新的结合,是国家自动化控制能力的标志,也是国家工业的基础和支柱。因此,我们必须清楚自动化控制的人工智能发展趋势,使我国自动化控制能力具有世界先进水平[2]。