機械設備智能化在物聯制造車間生產中的應用研究

郭宏偉

（霍州煤電集團鑫鉅煤機裝備制造有限責任公司， 山西 霍州 031412）

1 研究背景及意義

我國是世界上最大的發展中國家，在之前的生產中，90%以上的公司、工廠都采用的是“工人+設備”的流水線生產模式，這樣的生產方式只能用于一些普通產品的加工與生產，較為精密和性能良好的產品難以通過這樣的流水線生產模式加工出來。之前傳統的機械加工生產模式存在效率低、加工過程中技術人員與操作人員溝通不便等問題。近幾年來，我國智能化發展十分迅速，使我國的國民生活發生了翻天覆地的變化，同時也引發了新一輪的工業革命，我國機械加工設備也跟隨時代的潮流，逐步采用智能化的發展，使得我國的機械加工設備發展得十分迅速。

研究智能化機械設備的發展，對我國的機械生產、國民生活都具有十分重要的意義。智能化機械加工設備可以大大提高機械加工的效率和精度，為我國一些高端精密儀器的制作奠定了基礎，同時也為我國的國民生產總值做出了一定的貢獻。

2 物聯制造車間智能化研究分析

2.1 物聯制造車間的特點

在現階段的經濟全球化發展模式之下，物聯制造是一種新型的制造模式，與原有的傳統制造模式不同，物聯制造通過對識別技術、電子信息技術、智能化技術、網絡通訊技術等多種的應用，從而達到了高端精密制造物體的功能。圖1 為物聯制造車間的基本管理模式。

物聯制造車間的基本管理模式是物聯制造車間中最基礎、最核心的內容，其基本的制造車間主要由執行區、傳輸運營區、綜合管理服務區、綜合應用區等幾部分構成。物聯制造車間的結構如圖2 所示。

圖1 物聯制造車間的基本管理模式

圖2 物聯制造車間結構圖

顧名思義，物聯制造車間就是在物聯網通訊的基礎上實現制造的功能，其實在實際的機械加工生產過程中，物聯制造車間除了利用物聯網通訊技術之外，還依靠機械加工設備之間的緊密聯系與配合。首先，設備要能夠按照生產的規范性翻譯出加工過程所需要的全部信息；其次，相互配合的設備要對翻譯出來的全部信息在短期的緩沖時間后執行，物聯制造車間中不同的智能化設備之間的相互配合與執行是整個物聯制造車間最為重要的部分，也是物聯制造車間與傳統的加工車間不同的地方。

2.2 加工設備的智能化分析說明

上文簡單介紹了物聯制造車間的特點及基本概況，對物聯制造車間的加工設備進行智能化研究具有十分重要的意義。在某種程度上，物聯制造車間是智能化發展的一個產物，因此，物聯制造車間的發展對于智能化技術有著更加精準的技術要求。

物聯制造車間加工設備結構較為復雜，在加工過程中有著精度高、便于操作的優點。在優化的過程中，首先要對物聯制造車間的系統進行研究與分析。現階段，物聯制造車間中最基礎的設備就是數控機床的加工設備，很多工科專業的高校學生初步學習期間就采用的是數控機床這個最基礎的智能化設備讓學生進行操作練習。因此，本文以數控機床為例，簡要說明物聯制造車間加工設備的智能化研究。

數控機床在加工過程之前，程序員會先對要加工的物品進行數碼編程，再輸入到系統中，在加工該物品時，只需要打開設定好的程序加以執行即可，整個操作過程是比較簡單的。但是，對于某些要求精密、結構復雜的工件而言，數控機床的系統編程是十分復雜的。因此，物聯制造車間應當合理利用物聯網的信息共享特性，對數控機床編程進行簡化，從而達到簡單、高效的目的[1-4]。

2.3 數控系統的應用分析

數控系統是數控機床的核心所在，也是物聯制造車間的核心所在。目前，在物聯制造車間的數控機床中，數控系統已經被植根于每一臺智能化設備中，得到了極為廣泛的應用，圖3 是數控系統在物聯制造車間的應用。

圖3 數控系統在物聯制造車間的應用

數控系統具有很強的可操作性和便利性，但是由于其自身的異構性和封閉性，導致數控系統在設備的應用過程中不能達到互通，物聯制造車間中不同數控系統中的數據不能直接在內部進行交換共享。因此，在現階段物聯制造車間的數控機床中，針對每一臺不同的數控機床都配備了不同的數控系統，目的就是為了在物聯制造車間可以高效地進行操作。

3 物聯制造車間機械加工設備的優化

3.1 智能化算法的優化

上文中介紹到的物聯制造車間中數控機床的數控系統在操作運行中存在其系統自身的異構性和封閉性，導致數控系統在設備的應用過程中不能達到互通，物聯制造車間中不同數控系統中的數據不能直接在內部進行交換共享。在這種情況下，給物聯制造車間中不同數控機床裝配的不同數控系統是比較繁瑣的，因此，想通過研究數控系統算法的優化可以改善這一情況。

物聯車間的所有智能化設備機器在運行和生產過程中，都會產生大量的數據信息，目前，物聯制造車間的數控系統執行的算法是系統內部推薦的基于內容的算法，這個算法會根據不同機床設備的不同執行不同內容的算法，雖然可以迅速執行，但是不利于數控系統進行信息溝通交流[5-8]。

在物聯制造車間擁有多臺不同數控機床設備的情況下，提倡數控系統采用協同過濾算法。協同過濾算法可以在系統中對設備運行產生的大量數據和信息進行過濾篩選，程序員通過設定，該算法可以將不同機床之間的不同數控系統進行統一，保留系統內具有共性的部分內容作為系統的主體，再根據不同機床設備所需的不同系統進行編程處理，不同的內容執行不同的命令，從而達到數控系統的統一。并且，協同過濾算法在模擬運行過程中，可以根據自身的信息儲備量，預測機器設備運行的走向和運行中的注意事項。

協同過濾算法在物聯制造車間數控系統的使用，可以將設備、系統、資源的利用率發到最大化。如圖4 是數控系統的算法優化結構圖。

圖4 數控系統的算法優化結構圖

3.2 虛擬仿真平臺的構建

物聯制造車間或是其他車間加工一個新型產品之前，具有很多的不確定因素，如果冒然進行數控系統編程直接生產，可能會導致產品存在使用性能差、加工有誤差等問題，這樣會造成資源和系統的浪費。因此，可以通過構建虛擬仿真平臺的方式，在實際生產加工之前進行模擬，發現產品加工程序中存在的問題和產品加工中的一些缺陷，根據模擬運行的現象和結果，對加工中的問題優化改簽，設計出更為合理且高效的系統編程。

虛擬仿真平臺的構建，可以大大提高物聯制造車間加工設備的精度和準確度，并且在最大程度上保證了資源節約，在物聯制造車間的應用中可以起到舉足輕重的作用。除了模擬之外，物聯制造車間可以用虛擬仿真平臺的仿真功能研究一些新型產品的加工，既高效又環保[9-12]。