工业互联网技术在机械制造中的应用研究

2023-09-11刘顺华李俊涛

中国设备工程 2023年15期

刘顺华，李俊涛

（许昌电气职业学院，河南许昌 461000）

工业互联网技术是建设“数字中国”的重点发展方向之一，工业互联网连续5 年被写入我国的政府工作报告，是第四次工业革命的重要基石，在我国的发展明显提速。企业需要将工业互联网技术在机械制造业中，在提升生产效率的同时，还能节约生产成本，促进企业效益提升。

1 工业互联网技术概述

工业互联网指物联网技术在工业领域的应用，通过人、机、物的全面互联，从而推动形成全产业链的全新生产制造和服务体系。在工业互联网技术背景下，会提升打通全产业链的工业生产数据，提升生产效率，实现产业全周期风险把控，促进企业的良好发展。在工业互联网技术中，具有一定的优势特点，具体体现在以下几点内容中：一方面，可以确保工业系统安全稳定运行，能对生产环节的各种数据进行实时采集，具备一定程度的故障自动诊断和修复功能，确保快速响应，为企业创造出可观的经济效益，降低人工成本，能改善现实中的工厂生产环境，也是大多数企业创新的方向。另一方面，工业互联网也是现代工业的一种标志，工业化中融入信息化技术的结果，是万物互联的工业互联网时代的时代标签，是工业发展的主流趋势，工业互联网技术能实现工业领域全面智能化，能利用最优生产路径，实现最佳生产效率。

当前国内工业互联网技术，是单个方面应用为主，制造全过程生态化应用较少。从目前范围来看，欧美国家主导了工业互联网技术的发展，数字产业发展成熟、基础设施配套完善。我国工业互联网起步较晚，虽然在工业母机和工业软件方面，尚需不懈努力追赶，但在工业APP（工业技术知识的数字化）方面能够形成超越。为缩小与国外差距，应坚持攻克工业互联网关键核心技术瓶颈，加快创新我国工业互联网技术的步伐，为中国工业由大变强奠基。

对工业互联网技术来讲，具有十分广泛的应用，是多学科组成的一种学科技术，主要由九方面内容组成，具体分为以下几点内容：第一，装备技术。以工业机器人、数控机床加工、增材制造技术等为代表，包括各类传感器和仪器仪表的集成。第二，感知技术。利用软硬件方法采集包含各类特征的数据，包括以工业视觉为代表的温度、湿度、压力、流量等信息。能够有效检测性能参数，并检测实际状态。第三，控制技术。包括控制算法、执行驱动，工控系统安全等技术。在分析感知技术信息数据下，制定出相关的驱动信号。第四，通讯技术。其中有工业以太网、LORA、PROFINET 等工业网络技术与协议，也包括5G、数字孪生等通用网络技术。第五，数据和信号处理技术。主要对数据和信号进行处理分析，制定动作方案。

2 工业互联网技术具备的优势特征

2.1 具有较强的经济性

对于工业互联网技术来说，经济性的优势体现在以下几点：第一，任何工业设备均可通过云平台进行数字建模。云平台将设备上报的温度、湿度、状态、电流、电压等数据，通过数据分析和智能模块，对数据进行分析，实现设备的生产监控、能耗预测等。第二，支持多个工业协议，支持PLC、CNC、modbus 设备的快速连接，支持保存设备历史数据。第三，模块可以自主开发，降低企业成本，为企业带来可观的经济效益，促进企业的长远发展，使其在市场竞争中占有一席之地。

2.2 工业互联网改变工业

工业互联网技术中，将数字技术融入其中，在一定程度上改变了工业产品本身，通过数字化实现产品的智能化，从而使工业产品发挥出了更强的功能和性能，表现出了更多的适应性和智能。工业互联网技术使得产品本身的形态和功能都得到了根本的改变。图形化交互技术、CAM、建模与仿真等技术使得工业产品的设计和研制理论得到了改变，在产品开发的早期就能对产品试验验证。

工业互联网改变了工业运行模式。工业互联网将早期的产品试产模式转换成模型、建模与仿真计算的模式，从而更高效、更快捷地获得合格的产品。工业互联网突破工业产品的有形边界。工业互联网技术通过产品与人、物、环之间的数据获取、分析、交互、执行等，实现工业生产要素之间的互联互通，构成了一个更加复杂的体系，突破工业产品原有的边界，创新出更多功能。

2.3 具备安全稳定的综合性特征

在工业互联网技术中，利用工业区块链服务提升企业运行效率。以用户体验为先的一站式行业解决方案，支持多客户端高性能、低延时的复杂操作可靠性等特点，数据具有真实性、可溯源性，不易篡改。

相对而言，系统的工业互联网技术，可以确保车间及生产线等事项连接起来，确保工作人员对设备运行进行状态有效地掌控，还可有效地监控产品品质。在当前社会发展下，综合性是工业生产发展的必然趋势，能够降低企业生产成本，协同部门之间的发展，激发企业生产的灵活性。

在工业互联网技术下，工作人员能够依据APP 消息推送、短信推送的参数，对数据进行自动分析展示设备故障趋势，按时间维度进行设备数、故障率、报警信息等数据分析，通过分析图形进行展示。在工业互联网技术中，综合性明显具体体现在设备分析，或者是产品管理上，保证设备在线率、每日设备活跃率情况的统计展示，用户可以随时查询、重置产品，查看产品的详情，提升了设备使用的合理性、科学性，保证产品制造的个性化定制特点，提高了生产中的成本管控。在实际生产过程中，工业互联网技术的运用，提高了技术人员的有效掌握工业互联网技术的实际应用水平，同时也降低了机械设备的故障率。

3 工业互联网技术在机械制造中的应用

3.1 产品的一体化设计

对于产品制造而言，工业互联网技术采用工业技术软件化理念以及工业APP，将产品设计的流程、方法、数据、工具软件以及各种应用进行获整合，通过产品总体、各部件及系统设计，最终实现产品设计全流程的贯通，从而实现产品的一体化设计。

工业互联网技术能够为产品设计过程建立统一的任务单元模型。将任务管理与流程管理融合为一体，建立统一的产品过程数据管理体系，能够实现各个设计阶段和产品迭代的数据可溯源性。建立项目流程一体化、各分工明确、协作有序的产品研发项目的管理系统，将产品生产过程中所设计的管理人员、生产人员，以及各部门、工具、设备、数据等关键对象有效地集成并系统地管理起来。

3.2 智能化生产应用

通过工业互联网技术，用户可以查询产品的配额，也可随时调整产品的配额,在一定程度上提升了生产的可控性，降低生产过程中的烦琐性，降低了库存压力。工业互联网平台帮助用户对生产过程提供了丰富的应用模块，通过相应终端，对生产过程实行可视化、精细化的控制和管理。

用户可以随时对设备运行状态、设备维护信息及设备配件库存等信息进行管理。生产设备的配套的服务商也可通过平台了解设备的运行状态。通过远程操作、故障识别、远程维护，降低宕机成本，提高解决问题的效率。智能化生产优势特征，也可根据设备运行状态，自动分析库存需求，做出及时提醒，也可多库存协调出库，降低物流成本。

3.3 数字技术的利用

在工业互联网技术中，数字技术具有有效的应用。2012 年GE 公司首次提出了“数字工业”的概念，继而推动了工业世界与数字世界的融合，带动了机器与软件无缝协作的重大变革，数字孪生是当前数字技术的重大核心之一。通过物理机械与数字技术的融合，利用数据和分析来模拟实体设备的数字孪生，具有可靠性特征，使企业降低了成本，真正促进企业生产发展。