工業互聯網技術在機械制造中的應用研究

劉順華，李俊濤

（許昌電氣職業學院，河南 許昌 461000）

工業互聯網技術是建設“數字中國”的重點發展方向之一，工業互聯網連續5 年被寫入我國的政府工作報告，是第四次工業革命的重要基石，在我國的發展明顯提速。企業需要將工業互聯網技術在機械制造業中，在提升生產效率的同時，還能節約生產成本，促進企業效益提升。

1 工業互聯網技術概述

工業互聯網指物聯網技術在工業領域的應用，通過人、機、物的全面互聯，從而推動形成全產業鏈的全新生產制造和服務體系。在工業互聯網技術背景下，會提升打通全產業鏈的工業生產數據，提升生產效率，實現產業全周期風險把控，促進企業的良好發展。在工業互聯網技術中，具有一定的優勢特點，具體體現在以下幾點內容中：一方面，可以確保工業系統安全穩定運行，能對生產環節的各種數據進行實時采集，具備一定程度的故障自動診斷和修復功能，確保快速響應，為企業創造出可觀的經濟效益，降低人工成本，能改善現實中的工廠生產環境，也是大多數企業創新的方向。另一方面，工業互聯網也是現代工業的一種標志，工業化中融入信息化技術的結果，是萬物互聯的工業互聯網時代的時代標簽，是工業發展的主流趨勢，工業互聯網技術能實現工業領域全面智能化，能利用最優生產路徑，實現最佳生產效率。

當前國內工業互聯網技術，是單個方面應用為主，制造全過程生態化應用較少。從目前范圍來看，歐美國家主導了工業互聯網技術的發展，數字產業發展成熟、基礎設施配套完善。我國工業互聯網起步較晚，雖然在工業母機和工業軟件方面，尚需不懈努力追趕，但在工業APP（工業技術知識的數字化）方面能夠形成超越。為縮小與國外差距，應堅持攻克工業互聯網關鍵核心技術瓶頸，加快創新我國工業互聯網技術的步伐，為中國工業由大變強奠基。

對工業互聯網技術來講，具有十分廣泛的應用，是多學科組成的一種學科技術，主要由九方面內容組成，具體分為以下幾點內容：第一，裝備技術。以工業機器人、數控機床加工、增材制造技術等為代表，包括各類傳感器和儀器儀表的集成。第二，感知技術。利用軟硬件方法采集包含各類特征的數據，包括以工業視覺為代表的溫度、濕度、壓力、流量等信息。能夠有效檢測性能參數，并檢測實際狀態。第三，控制技術。包括控制算法、執行驅動，工控系統安全等技術。在分析感知技術信息數據下，制定出相關的驅動信號。第四，通訊技術。其中有工業以太網、LORA、PROFINET 等工業網絡技術與協議，也包括5G、數字孿生等通用網絡技術。第五，數據和信號處理技術。主要對數據和信號進行處理分析，制定動作方案。

2 工業互聯網技術具備的優勢特征

2.1 具有較強的經濟性

對于工業互聯網技術來說，經濟性的優勢體現在以下幾點：第一，任何工業設備均可通過云平臺進行數字建模。云平臺將設備上報的溫度、濕度、狀態、電流、電壓等數據，通過數據分析和智能模塊，對數據進行分析，實現設備的生產監控、能耗預測等。第二，支持多個工業協議，支持PLC、CNC、modbus 設備的快速連接，支持保存設備歷史數據。第三，模塊可以自主開發，降低企業成本，為企業帶來可觀的經濟效益，促進企業的長遠發展，使其在市場競爭中占有一席之地。

2.2 工業互聯網改變工業

工業互聯網技術中，將數字技術融入其中，在一定程度上改變了工業產品本身，通過數字化實現產品的智能化，從而使工業產品發揮出了更強的功能和性能，表現出了更多的適應性和智能。工業互聯網技術使得產品本身的形態和功能都得到了根本的改變。圖形化交互技術、CAM、建模與仿真等技術使得工業產品的設計和研制理論得到了改變，在產品開發的早期就能對產品試驗驗證。

工業互聯網改變了工業運行模式。工業互聯網將早期的產品試產模式轉換成模型、建模與仿真計算的模式，從而更高效、更快捷地獲得合格的產品。工業互聯網突破工業產品的有形邊界。工業互聯網技術通過產品與人、物、環之間的數據獲取、分析、交互、執行等，實現工業生產要素之間的互聯互通，構成了一個更加復雜的體系，突破工業產品原有的邊界，創新出更多功能。

2.3 具備安全穩定的綜合性特征

在工業互聯網技術中，利用工業區塊鏈服務提升企業運行效率。以用戶體驗為先的一站式行業解決方案，支持多客戶端高性能、低延時的復雜操作可靠性等特點，數據具有真實性、可溯源性，不易篡改。

相對而言，系統的工業互聯網技術，可以確保車間及生產線等事項連接起來，確保工作人員對設備運行進行狀態有效地掌控，還可有效地監控產品品質。在當前社會發展下，綜合性是工業生產發展的必然趨勢，能夠降低企業生產成本，協同部門之間的發展，激發企業生產的靈活性。

在工業互聯網技術下，工作人員能夠依據APP 消息推送、短信推送的參數，對數據進行自動分析展示設備故障趨勢，按時間維度進行設備數、故障率、報警信息等數據分析，通過分析圖形進行展示。在工業互聯網技術中，綜合性明顯具體體現在設備分析，或者是產品管理上，保證設備在線率、每日設備活躍率情況的統計展示，用戶可以隨時查詢、重置產品，查看產品的詳情，提升了設備使用的合理性、科學性，保證產品制造的個性化定制特點，提高了生產中的成本管控。在實際生產過程中，工業互聯網技術的運用，提高了技術人員的有效掌握工業互聯網技術的實際應用水平，同時也降低了機械設備的故障率。

3 工業互聯網技術在機械制造中的應用

3.1 產品的一體化設計

對于產品制造而言，工業互聯網技術采用工業技術軟件化理念以及工業APP，將產品設計的流程、方法、數據、工具軟件以及各種應用進行獲整合，通過產品總體、各部件及系統設計，最終實現產品設計全流程的貫通，從而實現產品的一體化設計。

工業互聯網技術能夠為產品設計過程建立統一的任務單元模型。將任務管理與流程管理融合為一體，建立統一的產品過程數據管理體系，能夠實現各個設計階段和產品迭代的數據可溯源性。建立項目流程一體化、各分工明確、協作有序的產品研發項目的管理系統，將產品生產過程中所設計的管理人員、生產人員，以及各部門、工具、設備、數據等關鍵對象有效地集成并系統地管理起來。

3.2 智能化生產應用

通過工業互聯網技術，用戶可以查詢產品的配額，也可隨時調整產品的配額,在一定程度上提升了生產的可控性，降低生產過程中的煩瑣性，降低了庫存壓力。工業互聯網平臺幫助用戶對生產過程提供了豐富的應用模塊，通過相應終端，對生產過程實行可視化、精細化的控制和管理。

用戶可以隨時對設備運行狀態、設備維護信息及設備配件庫存等信息進行管理。生產設備的配套的服務商也可通過平臺了解設備的運行狀態。通過遠程操作、故障識別、遠程維護，降低宕機成本，提高解決問題的效率。智能化生產優勢特征，也可根據設備運行狀態，自動分析庫存需求，做出及時提醒，也可多庫存協調出庫，降低物流成本。

3.3 數字技術的利用

在工業互聯網技術中，數字技術具有有效的應用。2012 年GE 公司首次提出了“數字工業”的概念，繼而推動了工業世界與數字世界的融合，帶動了機器與軟件無縫協作的重大變革，數字孿生是當前數字技術的重大核心之一。通過物理機械與數字技術的融合，利用數據和分析來模擬實體設備的數字孿生，具有可靠性特征，使企業降低了成本，真正促進企業生產發展。

4 未來發展趨勢

4.1 自動化企業向工業互聯網方向發展

對于大多數的自動化企業將向以信息技術為核心的工業互聯網方向發展。工業互聯網平臺為生產提供了周期短、數字化、柔性智能制造等服務，促使自動化企業運行模式方面做出改變。

4.2 工業APP 促進機械自動化技術設計升級

機械自動化技術工業APP 系統提高了機械自動化技術效率，降低了機械自動化技術設計周期，以前需要6個小時完成的一套設計工作，利用開發的機械自動化技術設計APP，可以實現3 個小時完成該工作，相當于機械自動化設計效率提高了50%，達到明顯縮短機械自動化技術設計的應用效果。

4.3 智能工廠

小批量、個性化定制將是未來產品的趨勢之一，工業互聯網將促進產品數字化設計升級。工業互聯網技術可以根據客戶的意愿，做到真正的個性化定制生產，為客戶提供更優質的服務，也可幫助或指導設計部門進行產品改進設計。

5 結語

總而言之，在當前形勢背景下，企業多采用自動化和信息化制造，多以單個環節的數字化轉型，存在工業互聯網推廣難的現狀。工業母機和工業軟件與國外先進水平尚有較大差距。基于現狀，企業應對自身的生產技術水平促進創新，盡早完成頂層規劃，將工業互聯網技術與企業的生產技術相融合，促進企業的發展。