智能制造系统及其关键技术

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Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程

• 247【关键词】纺织装备 智能制造 智能化1 前言在“中国制造2025”中，智能制造是非常重要的一部分，纺织业要想转变发展模式，升级行业技术，形成全新的经济发展模式，智能制造是其重要的转变方法。并且最近我国将智能制造作为重要工程推动和指导。但是整体上，国内外对智能制造的实践还处于探索中，可供参考的理论和方案有限。纺织智能制造装备是纺织行业实现智能制造的前提条件。文章对国内纺织智能制造的发展展开阐述，探讨纺织智能制造中的主要技术和以后发展市场，可以为纺织智能制造装备的研发和使用带去参考。2 智能制造涉及的关键技术结合工业技术发展历史和智能制造中的核心技术进行分析，可以发现在引领新一轮工业革命中，最重要的部分便是智能制造。经济的繁荣，技术的升级下，网络制造、云制造和数字制造都属于智能制造的具体表现方式，是智能化技术、信息化和数字化有机结合在一起的新型研发产品。从整体上而言，以智能为基础的产品、装备、产线、研发、管理与决策、服务、物流和供应链、车间与工厂构成了智能制造的主要技术。智能制造装备是推动智能制造产业发展的基础设备，是人类和智能机器共同研发的人机一体化智能系统，这种装备在生产制造流程中具备分析、推理、决策和构思等的功能，在工作人员的控制下，可以承担部分脑力劳动，提高生产制造的科学性。智能制造中的关键技术分为五种，分别是自动化智能技术；信息与互联网技术；大数据与建模技术；信息传感与检测；工艺装备集成和自动连接技术。3 纺织智能制造装备关键技术实现智能制造的过程中，必须要具备智能化的装备，这是智能制造目标实现的基础。对于纺织智能制造装备而言，其中需要具备的关键技术主要是防止装备大数据和建模、工序纺织智能制造的若干关键技术文/卢彬锋为给纺织智能制造装备的设计开发提供理论参考和技术支持，促进纺织智能制造技术的发展和行业的技术进步，对智能制造的内涵及其关键技术进行分析和梳理，对纺织智能制造的现状及存在的问题进行分析，重点探讨纺织智能制造装备涉及的关键技术、发展方向、理论基础。摘 要装备自动连接、纺织智能装置与机器人、网络化和信息化、智能控制等。3.1 纺织装备的智能控制3.1.1 纺织装备智能控制的特点与主要类型从整体上而言，防止装备智能控制的特点和类型包括六方面：（1）均匀性控制，即通过定量控制的方法，保证纤维束的均匀；（2）张力控制，即通过在线检测的方式，保证纤维和纱线的张力性；（3）工艺动作和循环过程的控制，比如保证自动纺织机五种基本运动的科学性；（4）速度与位置的控制，保证纱线能够以合理的速度卷绕成相应的形状；（5）各个动机协调运动的控制，保证每个动机能够相互配合；（6）过程量的控制，即对浆纱工艺装置的流量和温度等进行控制，为纺织活动提供合理的压力、温度和流量环境。3.1.2 纺织装备的智能控制器对于纺织智能控制而言，主要包括两种控制系统，分别是基于某一纺织工艺研发的专用智能控制器和大部分情况下的通用智能控制系统。这两种技术控制系统的概念和特点分别如下所示：第一种是基于某一纺织工艺研发的专用智能控制器，也就是结合工艺设备的结构，引入先进控制器与芯片技术设计的控制系统硬件软件。最近几年中，很多企业在这种软件研发上采取了一系列行动，当下比较成功和典型可以参考复杂可编程逻辑器件(CPLD)、控制器局域网络(CAN)总线的高档织机控制系统。这些系统可以对仿制过程进行相对较精确的控制，有着理想的实时性，并且控制效率高，软件易于维护，软件的知识产权也能够得到法律保护，而不形成侵权问题，不足的是这种控制器需要结合具体的工艺设备进行专门研发，系统在很多情况下不通用，无法互换。第二种是大部分情况下的通用智能控制系统，这种系统结合PLC、工控机这类控制工具研发而来，比上述控制器，这种控制器有着较高的通用性，并且编程灵活，开发时间短。不足的是其硬件成本远高于上述的专用控制系统，并且其软件维护成本也非常高，即不具备较高的可保护性。这需要纺织企业结合纺织活动的复杂情况、成本和整体批量等情况，选择具体的控制器。3.2 纺织生产的网络化与信息化纺织生产工艺一般存在装备类型多样化、工序多和工艺线路长等的特点，要想推动纺织生产达到网络化和信息化的标准，形成智能化纺织生产，就需要实现每项设备在网络平台中，实现各方面数据信息的衔接，以联网的方式对设备运行进行监控。基于此，需要确定纺织设备通信结构的具体协议、标准，研发科学的接口模块，这是一项应该被高度重视起来的工作。当下我国纺织机械协会推动下，形成了“棉纺设备网络管理通信接口和规范”，其它防止装备的通信结构规则也处于完善中，要想促使这些规范制度能够被每个纺织企业所遵循，还需要给出可行的监控机制，督促这些规则制度的落实。3.3 纺织生产智能装置与机器人纺织制造中，有很多工作需要员工的参与，包括并条机换筒、送筒，细纱机自动落纱上纱，自动织造车间落布等，要想将这些过程处理成自动化过程，需要通过两种方案进行处理，将活动设计成自动化。按照工艺标准和结构内容设计出针对性的自动装置。这种装置能够灵活控制，动作效率高，可以替代反复性和高精度人工劳动，不足是需要结合具体情况，设计出不同的装置结构。3.4 纺织生产各工序装备的自动连接根据上文分析，纺织加工中，所有工序之间的机械化的无缝衔接，是建设纺织加工智能工厂的重要内容，当下工序之间自动衔接的方法有两种：（1）结合车间的结构和每道工序设备研发专门的输送装置系统，实现上下道工序设备的自动输送；（2）建设自动引导小车作为输送系统。第一种方法的可靠性高，传送效率低，但是不具备理想的互换性，第二种方法互换性高，但是自动引导小车和工序设备之间，还需要企业提供转接装置。4 结语纺织智能制造装备的生产质量、效率与可靠性是其是否具有竞争力的根本，加强产学研合作，在理论研究基础上，潜心开展纺织智能制造装备的试验和实证研究，积累充足的大数据(工艺装备数据)，是保障装备可靠性、提升加工质量的有效手段，甚至可能形成企业独特的技术诀窍和产品的核心竞争力。参考文献[1]周济.智能制造是中国制造2025的主攻方向[J].中国机械工程,2015,26(17):2273-2284.作者简介卢彬锋（1983-），男，福建省龙岩市新罗区人。大学专科学历。职称：助理工程。研究方向为信息工程。作者单位龙岩易为电子技术有限公司 福建省龙岩市 364000

智能制造技术的国内外现状 智能制造技术无疑是世界制造业未来发展的重要方向之一， 所谓智能制造技

术，是指在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术 的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制 造过程和制造装备智能化， 是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融 合与集成。 作为智能制造的重要工具之一，自动化技术的发展程度无疑决定着智 能制造发展的成败。 全球智能制造发展趋势： 1．以 3D 打印为代表的“数字化”制造技术崭露头角。 2．智能制造技术创新及应用贯穿制造业全过程。 3．世界范围内智能制造国家战略空前高涨。

国外智能制造技术发展现状 世界主要工业化发达国家提早布局。 自 20 世纪 80 年代末智能制造提出以来， 世界各国都对智能制造系统进行了各种研究，首先是对智能制造技术的研究，然 后为了满足经济全球化和社会产品需求的变化，智能制造技术集成应用的环境 ——智能制造系统被提出。日本于 1989 年提出智能制造系统，且于 1994 年启动 了先进制造国际合作研究项目，其中包括公司集成和全球制造、制造知识体系、 分布智能系统控制、快速产品实现的分布智能系统技术等。美国于 1992 年执行 新技术政策， 大力支持包括信息技术和新的制造工艺，智能制造技术在内的关键 重大技术。欧盟于 1994 年启动新的研发项目，选择了 39 项核心技术，其中信息 技术、分子生物学和先进制造技术中均突出了智能制造技术的地位。近来，各国 除了对智能制造基础技术进行研究外，更多的是进行国际间的合作研究。 世界主要工业化发达国家将智能制造作为重振制造业战略的重要抓手。 融危 机以来，在寻求危机解决方案的过程中，美、德、日等国政府和相关专业人士纷 纷提出通过发展智能制造来重振制造业。2001 年 6 月，美国正式启动包括工业 机器人在内的“先进制造伙伴计划”；2012 年 2 月，又出台“先进制造业国家战略 计划”，提出通过加强研究和试验税收减免、扩大和优化政府投资、建设“智能” 制造技术平台以加快智能制造的技术创新；2012 年设立美国制造业创新网络， 并先后设立增才制造创新研究院和数字化制造与设计创新研究院。德国通过政 府、 弗劳恩霍夫研究所和各州政府合作投资于数控机床、制造和工程自动化行业 应用制造研究。 日本提出通过加快发展协同式机器人、无人化工厂提升制造业的 国际竞争力。德国于 2013 年正式实施以智能制造为主体的“工业 4.0”战略，巩固 其制造业领先地位。 工业化发达国家发展智能制造的系列举措 国内智能制造技术的发展现状与存在的问题 1.发展现状 一是取得了一批基础研究成果和智能制造技术。 我国对智能制造的研究开始 于 20 世纪 80 年代末。 在最初的研究中在智能制造技术方面取得了一些成果， 而 进入 21 世纪以来的十年当中智能制造在我国迅速发展，在许多重点项目方面取 得成果， 智能制造相关产业也初具规模。我国已取得了一批相关的基础研究成果

ｓｐｅ　Ｒｅｐ０ｎｓ综述　

智能数控系统发展现状及其关键技术　

杨占玺①韩秋实①②　

（①机械科学研究院，北京１０００４４；②北京信息科技大学机电工程学院，北京１００１９２）　

摘　要：在总结国内外有关开放化、集成化、智能化数控系统的结构框架体系及相关研究内容的基础上，提出　

了基于工业ＰＣ机＋运动控制卡形式的智能数控系统结构，分析了该结构的优点。最后讨论了智能　

数控系统的相关关键技术。　关键词：智能数控系统开放式数控系统运动控制卡　多传感器信息融合　

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ＣＮＣ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＹＡＮＧ　Ｚｈａｎｘｉ①，ＨＡＮ　Ｑｉｕｓｈｉ￣　

（（￣）Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４。ＣＨＮ；　（￣）Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｂｅｒｉｎｇ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　

＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１９２，ＣＨＮ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｒｅｖｉｅｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ￣ａｍｅｗｏｒｋ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎ—　ｉｎｇ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ＣＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ￣ａｍｅｗｏｒｋ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ＣＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｎ・　

ｄｕｓｔｒｉａｌ　ＰＣ　ａｎｄ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃａｒｄ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ＣＮＣ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ａｎａ—　

智能制造与智能装备的关键技术与发展趋势

智能制造装备是指具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。在听了暑期学校谭建荣教授的智能制造与智能装备的关键技术与发展趋势，我对智能制造和智能装备有了进一步的认识，主要分为以下几个方面：

一、新一代信息技术引领新一代智能制造

在新一代信息技术的引领下，出现了人机互连、混合现实、大数据、人工智能等新兴的技术领域，新兴的信息产业，这些产业带动了制造业的发展，在大数据模式设备虚拟现实等技术的驱动下，对我们制造企业生了深刻的影响，推动实体经济转型升级，有四个技术特别值得关注，包括交通技术、感知技术、学习技术和决策技术。使得我们整个制造业向数字化、智能化、移动化、绿色化方向发展。我们机械产品装备制造业机械产品也是正从机械化向电气化、向信息化和智能化方向发展。

二、智能制造的核心问题和关键环节

智能制造是用智能的技术和制造的技术相融合，用智能的技术来解决制造的问题。展开讲智能制造，就是对产品前生命周期中设计加工装备等环节的制造活动进行知识表达与学习，信息感知分析，智能决策与执行，实现制造过程，制造系统与制造装备的知识推理，动态传感和自主决策。智能制造就是把人工智能技术和设计制造技术有机结合起来，把人工智能技术应用到我们产品设计资料当中来。因此智能制造，可以有4个关键环节，智能设计、智能加工、智能装配和智能服务。

三、智能装备的关键技术

那么智能装备有两个含义，第一个含义就是智能技术产品化最明显，我们国内做的好的也有，比如说安徽的科大讯飞语音设备技术。第二个方面就把传统产品进行智能化，特别传统的产品，包括装备及产品化，那么智能化的产品和装备有四个部分，结合质感地址，则应自学习和自决策，这个这四个典型特征也是以知识工程为核心。我们现在可以重点搞五个领域的智能产品装备，第一是智能机床装备、第二是智能工程机械、第三是智能动力装备、第四是智能机器人，包括工业机器人服务机器人，第五是智能终端产品，包括手机、智能的电子产品、车载的导航等。