智能制造与工业互联网的发展

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面向智能制造的工业互联网技术创新

作者：郑松

来源：《中国工业评论》2015年第06期

工业互联网在智能制造的生产体系中承担着数据通信和信息融合的重要任务，是智能制造系统中不可或缺的组成部分。科学分析工业互联网的内涵并揭示其在智能制造中的作用，对于正处在转型升级关键期的中国经济来说意义重大。

发达国家的再工业思潮与作为新经济代表的中国的工业化和信息化深度融合发展模式，几乎在同一时期推出，预示着人类工业文明的发展又到了一个新的转折点。2012年11月，美国GE公司发布了《工业互联网：突破智慧与机器的界限》白皮书。2013年4月，德国政府在汉诺威工业博览会上提出了“工业4.0”的国家发展战略。2015年上半年，中国政府提出“中国制造2025”的发展规划。世界上规模最大的几个经济体不约而同地提出各自的发展战略，并且都把工业互联网和智能制造紧密地联系在一起，这绝对不是一种巧合。在此背景下，分析工业互联网的内涵，并揭示它在智能制造中的作用，对于正处在转型升级关键期的中国经济来说是非常有意义的。

工业互联网的内涵

从目前工业界关于工业互联网的研究与实践情况来看，要想给出工业互联网的准确定义，还是一件比较困难的事情。众所周知，全球互联网应用始于上个世纪90年代，距今虽然只有短短的20年左右的时间，却带来了许许多多令人瞩目的变化。从电子邮件、企业与政府的网页，直到娱乐、购物、旅游等生活的方方面面，人们时时刻刻都在互联网的世界里感受着工作和生活的变化。如今，人们已经感觉到互联网能够做的事情还远不止于这些，互联网还可以在智能机器之间的相互连接方面发挥重要的作用，并促成人与机器的高度协同。根据美国思科公司的报告，到2020年世界人口预计是76亿，平均每个人要连接的设备将达到6.58台，而这个数字在2003年只有0.08台（图1）。这充分说明随着工业软件和大数据分析技术的持续演化，工业互联网将赋予工业价值更多新的内涵，从而成为改变人类生活和生产方式的新动力。今天的信息技术能够给工业互联网提供三种能力：一是机器与机器之间是可互通的；二是机器与人之间是可交互的；三是数据、软件与物理世界之间的关系是可重新定义的。工业互联网对于现代工业生产的意义在于它把“互联网的思维”作用到了产品设计、制造、应用和服务的全过程，实现了生产人员、机器和数据的有效连接与融合，从而达到资源配置优化、产品生产总拥有成本最低且品质最佳的目的。

1 目 录 第1章 解读工业互联网——智能制造新前景 ··········································· 1 1.1 工业互联网的概念浅析 ···································································· 1 1.2 工业互联网的核心元素 ···································································· 2 1.2.1 智能机器················································································· 2 1.2.2 先进分析方法 ·········································································· 2 1.2.3 工作中的人 ············································································· 3 1.3 工业互联网的革命特征 ···································································· 3 1.3.1 智能设备················································································· 3 1.3.2 智能系统················································································· 3 1.3.3 智能决策················································································· 4 1.4 工业互联网的现实意义 ···································································· 4

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学习资料 互联网+先进制造创新平台将基于依托单位的强强合作，优势互补，整合国际国内及上下游资源，贯通制造装备产业链，带动高校、科研院所、科技型龙头骨干企业，以点带面，开展网络化智能制造技术与装备的研究和开发，并着力于体制创新，将创新平台建设成为国内领先的、具有原始创新能力的成果转化中心，以及高层次人才培养中心。

互联网+先进制造创新平台的建设，涉及信息工程、机械工程、计算机科学与工程、管理科学与工程等多种学科，建设内容主要包括三个方面，即：理论研究与技术开发、成果产业化中心搭建、人才引进与培养。

共性技术

信息物理系统（CPS）

针对构建智慧工厂和智能车间的需要，研究信息物理系统（CPS）技术，实现机器互联、人机交互、信息融合等功能，解决自适应工况、自主决策等关键问题。

图1 基于CPS与智能机器的制造体系模型

制造过程管理与控制

高级自动排产、优化生产/平衡设备间加工能力、全集成的协同制造、自动. . .

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学习资料 化数据采集、决策支持、图形化设计等技术。

制造过程的智能分析和决策优化

基于模型、利用状态反馈、预测、解耦、推断、自适应、鲁棒、时滞补偿等控制算法开发的智能分析和决策优化技术。

复杂工艺过程的智能控制技术

为满足制造装备多种类、多工序的柔性化加工需求，根据行业加工经验和作业流程规范要求，应用统计分析、模式识别、模糊控制、神经网络、遗传算法等技术，建立智能装备加工过程的关键输入/输出参数的关系数学模型，结合数字仿真手段进行参数优化，开发装备加工工艺的专家系统，实现制造工艺的数字化和智能化。

图2 智能装备控制平台

图3 高加速度下的精密运动控制 . . .

互联网+先进制造创新平台将基于依托单位的强强合作，优势互补，整合国际国内及上下游资源，贯通制造装备产业链，带动高校、科研院所、科技型龙头骨干企业，以点带面，开展网络化智能制造技术与装备的研究和开发，并着力于体制创新，将创新平台建设成为国内领先的、具有原始创新能力的成果转化中心，以及高层次人才培养中心。

互联网+先进制造创新平台的建设，涉及信息工程、机械工程、计算机科学与工程、管理科学与工程等多种学科，建设内容主要包括三个方面，即：理论研究与技术开发、成果产业化中心搭建、人才引进与培养。

共性技术

信息物理系统（CPS）

针对构建智慧工厂和智能车间的需要，研究信息物理系统（CPS）技术，实现机器互联、人机交互、信息融合等功能，解决自适应工况、自主决策等关键问题。

图1 基于CPS与智能机器的制造体系模型

制造过程管理与控制

高级自动排产、优化生产/平衡设备间加工能力、全集成的协同制造、自动化数据采集、决策支持、图形化设计等技术。

制造过程的智能分析和决策优化

基于模型、利用状态反馈、预测、解耦、推断、自适应、鲁棒、时滞补偿等控制算法开发的智能分析和决策优化技术。

复杂工艺过程的智能控制技术

为满足制造装备多种类、多工序的柔性化加工需求，根据行业加工经验和作业流程规范要求，应用统计分析、模式识别、模糊控制、神经网络、遗传算法等技术，建立智能装备加工过程的关键输入/输出参数的关系数学模型，结合数字仿真手段进行参数优化，开发装备加工工艺的专家系统，实现制造工艺的数字化和智能化。

图2智能装备控制平台

图3 高加速度下的精密运动控制 互联网+服务技术

研究故障预警、远程维护、质量诊断、远程过程优化等在线增值服务，拓展产品价值空间，实现从“制造”向“制造+服务”的转型升级。

平台

1、 组建互联网+先进制造产业联盟

组织广东省内和东莞的优势企业，以及国内在互联网+先进制造技术领域具有丰富研究基础和研究成果的科研院所和企业建立产学研创新联盟，研究互联网+先进制造中的关键技术，可以在充分发挥科研院所的科研优势与企业的市场技术优势、实现资源共享、技术交流与共同进步的基础上，解决东莞互联网+先进制造研究方面的关键技术、核心技术和共性技术瓶颈，加速科技成果转化，推动行业配套标准与规范的制定，开辟新的市场机会和利润增长点，提升产业发展机遇，不断完善和提高智能制造水平，促进社会经济的快速发展。