發(fā)布時間：2023-09-24 15:54:32
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的智能制造技術(shù)的概念樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
機械自動化是新時期全新生產(chǎn)力的代表性技術(shù)之一,主要指企業(yè)利用相關的自動化技術(shù),使企業(yè)處于不間斷生產(chǎn)的營運中。隨著科學技術(shù)的日益發(fā)展,機械自動化技術(shù)得到迅速地發(fā)展,在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用,因此受到社會各界的廣泛關注[1]。在機械制造企業(yè)中,運用機械自動化技術(shù)不僅可以提高企業(yè)的工作效率,而且可以提高企業(yè)各項工作的精準度,提高機械制造業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量,因此,在機械制造企業(yè)中,機械自動化技術(shù)得到廣泛地應用。近幾年來,我國機械制造業(yè)的機械自動化技術(shù)雖然得到迅速地發(fā)展,但與國外發(fā)達國家相比,我國機械制造業(yè)的機械自動化技術(shù)水平還比較低,如何加快機械自動化技術(shù)的進展,提升其內(nèi)在的空間,是機械制造企業(yè)的當務之急。
2.機械自動化技術(shù)在機械制造業(yè)中的應用
2.1柔性的自動化
競爭日益激烈的市場要求各大制造企業(yè)的應變能力要強,必須要能根據(jù)市場的需求進行及時調(diào)整自身產(chǎn)品的種類。市場所產(chǎn)生的每一個變化都有可能是一種新的商機,因此筆者認為現(xiàn)階段的柔性自動化,敏捷制造是其今后的發(fā)展趨勢。其的主線就是生產(chǎn)高度柔性化產(chǎn)品。MFS的應用研究結(jié)果顯示,MFS是一種中批量的多品種的生產(chǎn)模式,其在提高企業(yè)生產(chǎn)率、確保交貨期、提高信息完整可靠以及產(chǎn)品質(zhì)量等方面均有較好的經(jīng)濟效益[2]。隨著實踐的不斷深入,以往無人化的全自動化的概念逐漸被更新,在自動化的系統(tǒng)之中,人的作用受到越來越多的關注,機械自動化日益向小型化以及多樣化的方向轉(zhuǎn)移,因人的作用日益增強,所以對人的素質(zhì)以及技能方面的要求也在不斷提高,企業(yè)在發(fā)展機械自動化技術(shù)的過程中,同時要重視培養(yǎng)員工的機械自動化知識。
2.2集成化
計算機的集成制造是由若干個緊密聯(lián)系的分系統(tǒng)來組成,可分為制造自動化的分系統(tǒng):包括加工中心、計算機數(shù)控、自動裝配等;工程技術(shù)信息的分系統(tǒng):計算機的輔助設計、計算機工藝的輔助設計、數(shù)控程序的編制等;質(zhì)量信息的分系統(tǒng):包括計算機輔助質(zhì)控、三坐標的測量機等;管理信息的分系統(tǒng):包括物料、經(jīng)營、財務、人事管理等方面的管理。
伴隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展,商品制造技術(shù)不再是簡單的對商品進行設計以及制造,它已經(jīng)從最原始的商品概念設計發(fā)展為一系列商品的集成活動,所以在另一個層面上來說制造技術(shù)是一個把信息處理與功能體系結(jié)合起來的多功能技術(shù),也可以稱為智能制造技術(shù),這個是一種融合了自動化技術(shù)、人工智能、制造技術(shù)的先進技術(shù),他不僅具備了某一部分專家的智能功能,還能對自身的運作狀態(tài)進行監(jiān)視,能夠及時地對故障進行預測并且在出現(xiàn)故障后馬上做出應對措施[3]。相較于傳統(tǒng)的制造系統(tǒng),智能制造技術(shù)最先進的一點則是它有著自主組織、適應、學習能力,是以往每一種制造技術(shù)所不能具備的。目前,已經(jīng)取得一定成果的智能技術(shù)有:智能機器人、智能式故障診斷以及維護系統(tǒng)、制造單元控制系統(tǒng)、智能式CAD以及智能式CAPP,這些研究在全球范圍內(nèi)都引起了一定的反響。智能制造系統(tǒng)的運用從最原始的市場分析、產(chǎn)品設計制造以及加工過程控制、產(chǎn)品生產(chǎn)計劃及其材料處理、企業(yè)信息管理、設備維護等技術(shù)自動化方面,延伸到其自主組織能力與制造環(huán)境的集成化層面?？偠灾?智能制造系統(tǒng)能給制造技術(shù)帶來質(zhì)的飛躍,并且其前景廣闊,因此,在制造過程中有必要將其融入自身機械制造環(huán)境中。
2.4虛擬化的應用
虛擬化的技術(shù)通常包括當代制造工藝、計算機的圖形學、人工智能、信息與多媒體技術(shù)等方面,其中主要以計算機的系統(tǒng)建模及仿真技術(shù)為根本,而構(gòu)成的一種綜合多門學科知識的系統(tǒng)技術(shù)[4]。虛擬制造通過運用計算機仿真與信息技術(shù),以全面仿真實際活動中的制造過程、信息以及人事物等,便于發(fā)現(xiàn)問題以及選取相應的預防對策,進而實現(xiàn)產(chǎn)品的一次成功制造,縮短生產(chǎn)周期,降低生產(chǎn)成本,提高市場競爭力的目標。
摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能家居的核心技術(shù)支撐，智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家庭中的應用體現(xiàn)。當前網(wǎng)絡和智能技術(shù)高速發(fā)展融合的背景下，智能家居作為具有巨大市場潛力的新興產(chǎn)業(yè)，無論是IT終端制造廠商、互聯(lián)網(wǎng)運營商、服務商和傳統(tǒng)家電制造商均把它視為新的增長爆發(fā)點。本文通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領域的應用來說明物聯(lián)網(wǎng)的運用對智能家居系統(tǒng)技術(shù)進步、功能擴展、服務、達到滿足人們對安全、舒適、方便和綠色環(huán)保的需求的作用。
關鍵詞 ：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能家居；應用
一、物聯(lián)網(wǎng)概述
物聯(lián)網(wǎng)的英文描述為“The Internet ofthings”，即“物——物相連的互聯(lián)網(wǎng)”[1][2]。物聯(lián)網(wǎng)的基礎核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，它在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)人與物互通的基礎上，實現(xiàn)物與物互通，是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的應用和業(yè)務層面的拓展。其主要特征是全面感知、可靠傳遞和智能處理。全面感知是指利用RFID、二維碼、傳感器等隨時隨地獲取和采集物體信息；可靠傳遞是指通過無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的融合將物體信息準確傳遞；智能處理是指利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘及智能識別等人工智能技術(shù)對海量數(shù)據(jù)信息進行分析處理，完成對物體的智能化控制。
物聯(lián)網(wǎng)的概念在1999 年被提出，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用射頻識別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等構(gòu)造出的一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)。2005 年11 月17 日國際電信聯(lián)盟《ITU 互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，重新提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念[3]，并對其進行了擴展，不僅局限于RFID技術(shù)。2009年1月28日，IBM 首次提出“智慧地球”的概念。隨后，美國將物聯(lián)網(wǎng)列為振興經(jīng)濟的一個重點。此外，歐洲、韓國、日本等國家也把物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)作為振興國家經(jīng)濟的一個核心產(chǎn)業(yè)[4]。2009年8月，溫總理提出了“感知中國”的概念，自此物聯(lián)網(wǎng)被列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，在中國受到了極大的關注[5]。
物聯(lián)網(wǎng)是在網(wǎng)絡技術(shù)、傳感技術(shù)及通信技術(shù)日趨成熟的條件下出現(xiàn)的，它是一種體現(xiàn)物與物之間新型關系，將所有物品通過射頻識別、二維碼、無線數(shù)據(jù)通信等智能感知技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，的具有智能化識別、控制與管理功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其中可能涉及多種信息傳感設備，比如射頻識別裝置、二維碼掃描裝置、紅外感應裝置、各種傳感器等。
物聯(lián)網(wǎng)從產(chǎn)生之初到現(xiàn)在，已經(jīng)被應用到眾多領域，如智能交通、智能消防、工業(yè)檢測、老人護理、食品溯源和情報搜集等。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)也將對智能家居領域產(chǎn)生深遠影響?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家電必將為人們提供未來生活方式的全新解決方案。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到家用電器中，可以使家電具有智能感知及信息網(wǎng)絡功能，能使家庭中的家電設備之間信息交互、家電設備與產(chǎn)品和用戶之間也可以進行信息交互，方便人們的日常家居生活，使生活方式更加合理，生活模式更舒適、健康、環(huán)保。
關于物聯(lián)網(wǎng)的概念，目前沒有統(tǒng)一的標準。但是綜合來看，物聯(lián)網(wǎng)是一種實現(xiàn)物-物相連的智能網(wǎng)絡，它主要依賴于智能感知技術(shù)、無線通信技術(shù)、遙感技術(shù)、智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)[5]等，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上發(fā)展起來的。物聯(lián)網(wǎng)從產(chǎn)生之初到現(xiàn)在已經(jīng)被應用在越來越多的領域，如物流、交通、產(chǎn)品安全監(jiān)測、路燈管理、智能電力[6]、醫(yī)療[7]等。智能家電與智能家庭的發(fā)展，用戶新增的需求，使廣大廠商和研究人員發(fā)現(xiàn)，智能家居也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個重要領域。[8]IT終端制造廠商、互聯(lián)網(wǎng)運營商、服務商和傳統(tǒng)家電制造商正在進行此方面的研究，也逐漸推出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得家電在智能化控制的基礎上，實現(xiàn)了商品與設備的關聯(lián)及設備之間的關聯(lián)，展現(xiàn)出了一種更加智能化的便捷、健康、環(huán)保的家居場景。
二、智能家居系統(tǒng)概述
目前，智能家居系統(tǒng)沒有一個統(tǒng)一的定義或者概念，百度百科的解釋是：“智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將與家居生活有關的設施集成，構(gòu)建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)。能提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境?！?/p>
2012年4月5日中國室內(nèi)裝飾協(xié)會智能化委員會《智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品分類指導手冊》把智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品共分為二十個分類包含了：控制主機（集中控制器）、智能照明系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、家庭背景音樂、家庭影院系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、防盜報警、電鎖門禁、智能遮陽（電動窗簾）、暖通空調(diào)系統(tǒng)、太陽能與節(jié)能設備、自動抄表、智能家居軟件、家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡、廚衛(wèi)電視系統(tǒng)、運動與健康監(jiān)測、花草自動澆灌、寵物照看與動物管制。
由此可知，智能家居是一個系統(tǒng)的概念，融合了網(wǎng)絡信息技術(shù)（有線、無線）、智能家電技術(shù)、自動控制技術(shù)等技術(shù)，將家庭平臺上與信息相關的信息設備、智能家電和家庭安保裝置，通過綜合布線技術(shù)連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能都是通過智能家居系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡控制來實現(xiàn)的，通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務功能、并和住宅以外的外部世界相通連。智能家居系統(tǒng)通過網(wǎng)絡化的綜合管理家中設備，來創(chuàng)造一個優(yōu)質(zhì)、高效、舒適、安全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的居住生活環(huán)境空間。[9]
筆者認為智能家居強調(diào)的是整體的環(huán)境，包括健康環(huán)境、人機互動的環(huán)境、安全的環(huán)境、經(jīng)濟的環(huán)境，以用戶體驗為核心的整體環(huán)境的創(chuàng)造。
健康的環(huán)境包含舒適的溫度、優(yōu)質(zhì)的空氣、適宜的水溫等；人機互動的環(huán)境主要指智能化的體驗、便捷的人機互動的界面和高集成度的人工智能應用；安全的環(huán)境包括家庭安防監(jiān)控和網(wǎng)絡環(huán)境自身的安全；經(jīng)濟的環(huán)境主要體現(xiàn)在系統(tǒng)本身的經(jīng)濟合理（如系統(tǒng)價格）及家庭應用的經(jīng)濟合理（如節(jié)水、節(jié)電、擴展方便）。
三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領域的應用
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包含三個層面，即感知層面、網(wǎng)絡層面和應用層面。物聯(lián)網(wǎng)常見的感知技術(shù)包括RFID 技術(shù)、二維碼技術(shù)、傳感器技術(shù)、攝像頭、gps 等；進行網(wǎng)絡傳輸?shù)募夹g(shù)主要包括3G、Wi-Fi、藍牙、接入網(wǎng)等；計算技術(shù)主要是指進行海量數(shù)據(jù)處理的技術(shù)包括數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)推送。網(wǎng)絡層面包含電信運營（移動、有線、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡等）、物聯(lián)網(wǎng)運營（信息中心、管理中心等）、平臺、軟件、系統(tǒng)設備、系統(tǒng)集成及終端設備。應用層面包含環(huán)境監(jiān)測、智能交通、智能建筑、智能家居、遠程醫(yī)療、城市管理、公共安全、工業(yè)監(jiān)控、綠色農(nóng)業(yè)、資源管理等。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居的應用包含了家居環(huán)境控制、家庭安防、智能家電等多個領域，一個完全的智能家居系統(tǒng)按照前文所述包含了20個子系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐下，用戶可以將家用電器之間組成一個物物相連的網(wǎng)絡，然后在互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，對家庭中的設備、產(chǎn)品進行監(jiān)控；在家電或者產(chǎn)品發(fā)生故障時能夠通過網(wǎng)絡自動進行短信、電話等智能報警；家用電器能夠智能地記錄用戶的生活習慣和生活方式，利用數(shù)據(jù)挖掘、情境感知等技術(shù)為用戶進行合理的信息推送，實現(xiàn)人與家電、環(huán)境、產(chǎn)品的自然交互。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)貫穿智能家居從終端設備的研發(fā)、系統(tǒng)集成及運行到用戶使用的全過程。從技術(shù)角度來看，物聯(lián)網(wǎng)智能家居技術(shù)的核心技術(shù)是通訊或控制協(xié)議，涉及硬件接口和軟件協(xié)議兩部分，可以簡單的劃分為無線與有線技術(shù)。
有線技術(shù)包含了RS485、IEEE802.3(Ethernet)、EIB/KNX、LonWorks、X- 10、PLC-BUS、CresNet，AXLink 等。其中X-10，PLC-BUS 是專門針對智能家居行業(yè)制定的通訊技術(shù)。X-10電力線載波技術(shù)在上世紀70年代產(chǎn)生，在我國2000年前后引入并開始推廣，該技術(shù)可以在電力線上通訊，免于智能家居系統(tǒng)部署的時候另外布線。該技術(shù)對電網(wǎng)運行環(huán)境依賴性較高，由于設備成本、技術(shù)穩(wěn)定性及信息安全等問題市場局面一直難于打開。PLC-BUS 提高了一定的通訊穩(wěn)定性，但是難以保證持續(xù)穩(wěn)定的質(zhì)量，對電網(wǎng)環(huán)境的依賴性仍舊很強，使用成本和信息安全的問題無法根本性解決。盡管電力線載波技術(shù)已經(jīng)有40多年的技術(shù)積淀，但是由于成本和技術(shù)瓶頸，智能家居產(chǎn)品在有線技術(shù)開發(fā)方面不斷地進行新的嘗試，各種技術(shù)的優(yōu)缺點暫時不能滿足客戶的需求，也許這也是今天多種有線技術(shù)并存的原因。
無線技術(shù)包含了RFID 智能識別技術(shù)、藍牙(Bluetooth)、WiFi、Zigbee、ZWave、Enocean等。RFID是一種通過無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆墙佑|式的自動識別計技術(shù)，它通過無線電信號進行數(shù)據(jù)讀寫并識別特定目標，具有無接觸、識別速度快、自動化程度高、抗干擾、識別多個物體等優(yōu)點。RFID 是20 世紀90 年代興起的，發(fā)展至今被認為是自動識別領域中應用最廣泛的、識別效果最好、最重要的一項技術(shù)。[8] WiFi作為低成本、最易與互聯(lián)網(wǎng)連接的智能家居技術(shù)解決方案被廣為應用。ZigBee ZigBee 技術(shù)的特點包括：低功耗、成本低、低速率、時延短、高容量、工作可靠、高安全等。ZigBee的設計可用于支持特定應用軟件的開發(fā)和部署。應用規(guī)范和ZigBee 的堆棧相連，讓制造商更快、更容易地推出特別針對某些應用的無線產(chǎn)品?？捎玫膽靡?guī)范包括家庭自動化、智能能源、通信、醫(yī)療、遠程控制（RF4CE,或稱消費電子射頻）、建筑自動化和零售服務。Z-Wave主要針對家庭和小型商用建筑的監(jiān)控和控制，廣泛適用于照明控制、安全和氣候控制。其它應用包括煙霧探測器、門鎖、安全傳感器、家電和遠程控制。[10]
物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)從技術(shù)和應用的角度來說穩(wěn)定性、可拓展性（靈活性）、安全性及經(jīng)濟性都是重要衡量指標。目前為止，無論是有線技術(shù)還是無線技術(shù)都沒有一個得到廣泛認可的技術(shù)標準。有線技術(shù)基于專用通訊線纜，某種程度上來說其穩(wěn)定性較好，但是可拓展性較差（系統(tǒng)擴展、改良需要重新布線）、成本高也是其難以跨越的門檻。與之相比無線技術(shù)的高速發(fā)展在可拓展性（靈活性）及經(jīng)濟性方面都具有優(yōu)勢。穩(wěn)定性和安全性方面兩者各有千秋，都在不斷發(fā)展完善。
四、國內(nèi)智能家居的現(xiàn)狀和問題
智能家居在中國經(jīng)歷了近6 年的起步階段，發(fā)展速度緩慢，主要是因為沒有投入大量的資金，開發(fā)技術(shù)短期內(nèi)也不成熟。[9]目前整個智能家居行業(yè)發(fā)展主要的成果還是反映在智能化的攝像頭、電視、電冰箱、傳感器、手機、空調(diào)、醫(yī)療設備、穿戴設備等一系列終端產(chǎn)品，及一些分散的智能家庭控制子系統(tǒng)的研究上，比如，三表抄送系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、窗簾控制系統(tǒng)等。以“智能家居”系統(tǒng)作為產(chǎn)品目前仍沒有在市場上大規(guī)模出現(xiàn)，基本停留在概念階段。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，不斷融入智能家居，其內(nèi)容發(fā)展越來越豐富，想象空間越來越大。但由于早期開發(fā)技術(shù)的不成熟，智能家居發(fā)展至今仍沒有普及，在技術(shù)、需求、經(jīng)濟適用性等方面仍有諸多的問題有待解決。
1．技術(shù)層面
如上文所述，由于穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、安全性、可拓展性等原因，當前無論有線技術(shù)還是無線技術(shù)都沒有一個得到廣泛認可的技術(shù)標準，處于百家爭鳴的階段。由于沒有開放的協(xié)議、統(tǒng)一的接口和數(shù)據(jù)庫，使得技術(shù)協(xié)調(diào)和系統(tǒng)整合比較困難。各設備之間、子系統(tǒng)之間難以實現(xiàn)互聯(lián)、互通和互操作，使得各個子系統(tǒng)之間形成“信息孤島”，且兼容性和可拓展性較差，難以實現(xiàn)真正智能化，也給系統(tǒng)集成商、服務運營商和客戶使用帶來困擾。
筆者認為，當前網(wǎng)絡和智能技術(shù)高速發(fā)展融合背景下，智能家居作為具有巨大市場潛力的新興產(chǎn)業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)相關企業(yè)無論IT終端制造廠商、互聯(lián)網(wǎng)運營商，還是服務商和傳統(tǒng)家電制造商均把它視為新的增長爆發(fā)點。在巨大的市場利益驅(qū)動下，各種技術(shù)創(chuàng)新、改良都向著好的方向發(fā)展。但相關標準的建立、接口的統(tǒng)一，需要一個適應淘汰的過程。它無法由哪個組織或部門單獨完成，需要在市場競合過程中由相關企業(yè)、科研院所、相關協(xié)會等組織在用戶的認可下共同努力實現(xiàn)。
2．需求和經(jīng)濟適用層面
目前，智能家居產(chǎn)品在滿足用戶需求和經(jīng)濟適用方面存在的主要問題是，產(chǎn)品較為單一（受技術(shù)等原因限制）且價格高昂。筆者認為任何產(chǎn)品成功最核心的原因，是建立在滿足客戶需求的基礎之上。對于智能家居而言，客戶的需求具有多樣性、時效性、經(jīng)濟合理性等特點。如前文所述，智能家居強調(diào)的是整體的環(huán)境，包括健康環(huán)境、人機互動的環(huán)境、安全的環(huán)境、經(jīng)濟的環(huán)境，以用戶體驗為核心的整體環(huán)境的創(chuàng)造。要滿足上述需求，智能家居產(chǎn)品在技術(shù)滿足的前提下，要能夠做到解決方案多樣化、系統(tǒng)擴展便利化、用戶體驗簡單化、產(chǎn)品成本最低化。解決方案多樣化與系統(tǒng)擴展便利化是指，系統(tǒng)方案靈活多樣，既可以提供整體解決方案，也可以分部、分步提供。從客戶角度來說，最好能夠與不同品牌的系統(tǒng)解決方案兼容?？蛻艚?jīng)過初步體驗后能有更大的選擇空間，同時在增加新系統(tǒng)或改良現(xiàn)有系統(tǒng)時不會給客戶造成過多不便。用戶體驗簡單化是指產(chǎn)品的控制界面或人機交互界面應想用戶所想，盡可能的“傻瓜”與智能，盡最大可能的從用戶角度出發(fā)。產(chǎn)品成本最低化是指在保證質(zhì)量和功能完整性的前提下，盡可能降低生產(chǎn)、開發(fā)成本，在合理的利潤空間下投放市場。否則完美但溢價過高的產(chǎn)品是很難得到用戶認同的。
五、結(jié)論
本文通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居領域應用的簡要分析認為，智能家居強調(diào)的是整體的環(huán)境，包括健康環(huán)境、人機互動的環(huán)境、安全的環(huán)境、經(jīng)濟的環(huán)境，以用戶體驗為核心的整體環(huán)境的創(chuàng)造?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居需要從技術(shù)層面、滿足用戶需求和經(jīng)濟適用改善提高著手。技術(shù)層面的提高目前主要需要完成標準的建立和接口的統(tǒng)一，在市場競合的過程中由相關企業(yè)、科研院所、相關協(xié)會等組織在用戶的認可下共同努力實現(xiàn)。需求和經(jīng)濟適用層面，需要企業(yè)在以用戶體驗為核心的基礎上不斷努力提高。使物聯(lián)網(wǎng)的運用在智能家居系統(tǒng)技術(shù)進步、功能擴展、服務方面，最終達到滿足人們對安全、舒適、方便和綠色環(huán)保的需求。
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一、工業(yè)4.0的概念及現(xiàn)實意義
近年來，為提升制造業(yè)的智能化水平，德國政府推出了“工業(yè)4.0”計劃，美國制造業(yè)產(chǎn)生了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，我國也于2015年5月推出了中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃──《中國制造2025》。除此以外，日本、韓國、法國也不甘落后，分別推出“再興戰(zhàn)略”，“新增動力戰(zhàn)略”和“新工業(yè)技術(shù)法國”方案。工業(yè)4.0概念，正在引發(fā)全球性的關注。
德國2013年4月報告《保障德國制造業(yè)的未來：關于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》，報告認為：在制造業(yè)領域，技術(shù)的突破和發(fā)展將工業(yè)革命分為四個階段。前三次工業(yè)革命分別是機械化、電氣化和自動化、簡單智能化，而目前物聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)服務化宣告著第四次工業(yè)革命——工業(yè)4.0的到來。第四次工業(yè)革命是以深度網(wǎng)絡化為重要特征的。推動工業(yè)4.0的原動力是互聯(lián)網(wǎng)。工業(yè)4.0的實施過程，實際上就是制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的過程。在工業(yè)4.0時代，虛擬世界將與現(xiàn)實世界相融合，物聯(lián)網(wǎng)、服務網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)將取代傳統(tǒng)封閉性的制造系統(tǒng)，智能工廠的定制通過App完成，到那時，我們的消費方式和消費內(nèi)容將徹底被顛覆。
德國工業(yè)4.0，不僅為中國的工業(yè)生產(chǎn)提供了一種全新思路，而且與我國正在實施的工業(yè)化與信息化深度融合戰(zhàn)略，不謀而合。德國工業(yè)4.0，與《中國制造2025》的核心點是智能制造。連接，是工業(yè)4.0不變的主題詞，推進制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型，也是從互聯(lián)開始的。將信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)思維融入到制造業(yè)中，通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)產(chǎn)品制作過程中各個環(huán)節(jié)的信息互聯(lián)和大數(shù)據(jù)的收集與處理，在搭建智能網(wǎng)絡的基礎上實現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成，在生產(chǎn)形態(tài)上，從大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向個性化定制，使整個生產(chǎn)的過程更加柔性化、個性化、定制化。
工業(yè)4.0的核心是單機智能設備的互聯(lián)，不同類型和功能的智能單機設備的互聯(lián)組成智能生產(chǎn)線，不同的智能生產(chǎn)線間的互聯(lián)組成智能車間，智能車間的互聯(lián)組成智能工廠，不同地域、行業(yè)、企業(yè)的智能工廠的互聯(lián)組成一個制造能力無所不在的智能制造系統(tǒng)，這些單機智能設備、智能生產(chǎn)線、智能車間及智能工廠可以自由地、動態(tài)地組合，以滿足不斷變化的制造需求，這是工業(yè)4.0區(qū)別于工業(yè)3.0的重要特征。
工業(yè)4.0是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)體系的本質(zhì)特征。在工業(yè)4.0時代，制造企業(yè)的數(shù)據(jù)將會呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢。所有的生產(chǎn)裝備、感知設備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會滲透到企業(yè)運營、價值鏈乃至產(chǎn)品的整個生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。數(shù)據(jù)又可分為產(chǎn)品數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、價值鏈數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)。通過對采購、倉儲、銷售、配送等供應鏈環(huán)節(jié)上的數(shù)據(jù)采集和分析，將帶來效率的大幅提升和成本的大幅下降，并將極大地減少庫存，改進和優(yōu)化供應鏈。利用銷售數(shù)據(jù)、供應商數(shù)據(jù)的變化，可以動態(tài)調(diào)整優(yōu)化生產(chǎn)、庫存的節(jié)奏和規(guī)模。此外，基于實時感知的能源管理系統(tǒng)，能夠在生產(chǎn)過程中不斷實時優(yōu)化能源效率。
工業(yè)4.0是創(chuàng)新。工業(yè)4.0的實施過程實際上就是制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的過程，制造技術(shù)、產(chǎn)品、模式、業(yè)態(tài)、組織等方面的創(chuàng)新將會層出不窮。
第一是技術(shù)創(chuàng)新。未來工業(yè)4.0的技術(shù)創(chuàng)新在三條軌道上進行，一是新型傳感器、集成電路、人工智能、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)在信息技術(shù)創(chuàng)新體系中不斷演進，并為新技術(shù)在其他行業(yè)的不斷融合滲透奠定技術(shù)基礎。二是傳統(tǒng)工業(yè)在信息化創(chuàng)新環(huán)境中，不斷優(yōu)化創(chuàng)新流程、創(chuàng)新手段和創(chuàng)新模式，在現(xiàn)有的技術(shù)路線上不斷演進。三是傳統(tǒng)工業(yè)與信息技術(shù)的融合發(fā)展，它既包括信息物理空間(CPS)、智能工廠整體解決方案等一系列綜合集成技術(shù)，也包括集成工業(yè)軟硬件的各種嵌入式系統(tǒng)、虛擬制造、工業(yè)應用電子等單項技術(shù)突破。
第二是產(chǎn)品創(chuàng)新。信息通信技術(shù)不斷融入工業(yè)裝備中，推動著工業(yè)產(chǎn)品向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級。一方面，傳統(tǒng)的汽車、船舶、家居的智能化創(chuàng)新步伐加快，如汽車正進入“全面感知+可靠通信+智能駕駛”的新時代，萬物互聯(lián)(IOE)時代正在到來。另一方面，制造裝備從單機智能化向智能生產(chǎn)線、智能車間到智能工廠演進，提供工廠級的系統(tǒng)化、集成化、成套化的生產(chǎn)裝備成為產(chǎn)品創(chuàng)新的重要方向。
第三是模式創(chuàng)新。工業(yè)4.0將發(fā)展出全新的生產(chǎn)模式、商業(yè)模式。在生產(chǎn)模式層面，工業(yè)4.0對傳統(tǒng)工業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，要求從過去的“人腦分析判斷+機器生產(chǎn)制造”的方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皺C器分析判斷+機器生產(chǎn)制造”的方式，基于信息物理系統(tǒng)(CPS)的智能工廠和智能制造模式正在引領制造方式的變革。
第四是業(yè)態(tài)創(chuàng)新。伴隨信息等技術(shù)升級應用，從現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)領域中衍生疊加出的新環(huán)節(jié)新活動，將會發(fā)展成為新的業(yè)態(tài)。進一步來講，在新市場需求的拉動下，將會形成引發(fā)產(chǎn)業(yè)體系重大變革的產(chǎn)業(yè)。就目前來看，工業(yè)云服務、工業(yè)大數(shù)據(jù)應用、物聯(lián)網(wǎng)應用都有可能成為或者催生出一些新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟增長點。制造與服務融合的趨勢，使得全生命周期管理、總集成總承包、互聯(lián)網(wǎng)金融、電子商務等加速重構(gòu)產(chǎn)業(yè)價值鏈的新體系。
第五是組織創(chuàng)新。在工業(yè)4.0時代，很多企業(yè)將會利用信息技術(shù)手段和現(xiàn)代管理理念，進行業(yè)務流程重組和企業(yè)組織再造，現(xiàn)有的組織體系將會被改變，符合智能制造要求的組織模式將會出現(xiàn)?；谛畔⑽锢硐到y(tǒng)(CPS)的智能工廠將會加快普及，進一步推動企業(yè)業(yè)務流程的優(yōu)化和再造。
企業(yè)組織管理創(chuàng)新，也是兩化融合管理體系標準的重要內(nèi)容，兩化融合管理體系的九大原則、四大核心要素、四個管理域中都涉及如何圍繞企業(yè)獲取可續(xù)的競爭優(yōu)勢，不斷優(yōu)化企業(yè)的業(yè)務流程和組織架構(gòu)。
二、溫州企業(yè)對接工業(yè)4.0的現(xiàn)狀分析
改革開放之初，溫州小商品制造以其強大的生命力搶占全國市場，創(chuàng)造了溫州制造業(yè)的輝煌。如今溫州電氣、服飾、鞋業(yè)、汽摩配、泵閥五大支柱產(chǎn)業(yè)在全國同行業(yè)中具有一定的制造實力與規(guī)模。
溫州制造能否走上工業(yè)4.0快車道，重現(xiàn)過去的輝煌，擺在了市政府和各企業(yè)的面前。正值市政府重振溫州實體經(jīng)濟，打造時尚產(chǎn)業(yè)，轉(zhuǎn)型溫州制造發(fā)展之路時刻，迎來了世界新一輪工業(yè)革命，應該說這是一個很好的難得的機遇。據(jù)悉，在溫州制造向溫州智造躍遷的路上，溫州民企中也涌現(xiàn)出了一些擁抱工業(yè)4.0的急先鋒，他們結(jié)合企業(yè)自身特征，選擇適合自己的智能化制造路徑，成效初顯。
樂清康泰電器是一家集科技型、外向型、規(guī)模型于一體的電子企業(yè)，經(jīng)由市科技局、溫臺生產(chǎn)力促進中心牽線，與臺灣管顧鉅群聯(lián)盟和華宇企業(yè)管理公司開展合作，進行生產(chǎn)線的診斷與優(yōu)化，改善電氣設備、車間管理，達到精益生產(chǎn)和智能制造管理，獲得了“施耐德供貨商大獎”。
報喜鳥服飾從2014年開始布局工業(yè)4.0智能化生產(chǎn)，通過近一年的規(guī)劃、實施、試運行，第一條智能化生產(chǎn)線已經(jīng)改造完成，通過工業(yè)4.0智能化生產(chǎn)，克服服裝個性化生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效率降低的瓶頸，率先實現(xiàn)“個性化縫制不降低品質(zhì)，單件流不降低效率”這一服裝定制的最高生產(chǎn)目標。接下來，報喜鳥將以工業(yè)4.0智能化生產(chǎn)為支撐，打破個性定制難以規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸，做深全品類個性化定制領域。計劃到2017年，定制將占公司自有品牌總銷售額的50%。
然而，由于溫州的制造業(yè)大型企業(yè)少，以中小型企業(yè)為主。工業(yè)制造技術(shù)在工業(yè)2.0-3.0的階段上。在走向工業(yè)4.0的路上，仍有許多制約條件。
1.溫州企業(yè)工業(yè)設備大多數(shù)處于中低端技術(shù)水平，需要完成自動化改造，達到工業(yè)3.0階段，才向工業(yè)4.0智能化沖刺。工業(yè)設備技術(shù)條件仍待提高，工業(yè)技術(shù)基礎薄弱制約企業(yè)發(fā)展。
2.工業(yè)4.0需要高級管理人才和高級技能人才。除了大型企業(yè)有一定高級人才聚集之外，中小企業(yè)人才普遍不足。人才招聘困難，聚集困難，流失容易，是中小型企業(yè)的通病，不管是高級管理人才，還是高級技能人才，中小型企業(yè)普遍短缺，這是掣肘企業(yè)發(fā)展的重要因素。
3.工業(yè)技術(shù)設備需要升級換代，技改資金如何融資又是一個難題。中小企業(yè)資本金大多帶有沾親帶故因素聚集的、家族式的居多。雖然資金的聚集比較容易，安全性有一定的保障，但是聚集帶有很大的排外性，一般只限于家族成員入股，不利于擴大化再生產(chǎn)，不利于企業(yè)設備升級換代。
4.從目前看，許多中小型企業(yè)主及企業(yè)高級管理人員對工業(yè)4.0的認識只略有知曉，認為目前還用不上。很多企業(yè)還不知道工業(yè)4.0狀況。企業(yè)界對第四次工業(yè)革命的認識不足仍然存在，輿論宣傳不夠，行業(yè)協(xié)會理論水平不足，無力引導企業(yè)了解，掌握工業(yè)4.0知識。
三、溫州發(fā)展工業(yè)4.0的建議
雖然，制約溫州工業(yè)4.0發(fā)展的主要因素是技術(shù)設備先進性不高，高級別人才不足，中小型企業(yè)融資的局限性及中小型企業(yè)主的認識不足等。針對上述制約因素建議如下：
1.高級人才引進企業(yè)實行兩條腿走路，即直接引入企業(yè)。另一種是引進人才有難度。我們不妨遠程聘用，即高級人才可以不在企業(yè)辦公室上班，卻時時在辦公的電腦上。人員在國內(nèi)國外都如在工廠一樣，通過互聯(lián)網(wǎng)就象上班一樣解決企業(yè)的技術(shù)、管理、設計、方案、問題等等，使受聘人員身在家庭心在工廠。為愿意受聘用但又不愿意來溫州的人才找到解決辦法。
2.政府牽頭建立以高校為依托，溫州龍頭企業(yè)參股的科研中心，負責溫州企業(yè)核心技術(shù)的研究開發(fā)，既可解決中小企業(yè)人才不足，資金緊缺的局面，又能為溫州在知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)領域開創(chuàng)成果。
3.普通高校畢業(yè)生學非所用嚴重。高技能高技工人才短缺，亟需培養(yǎng)。溫州高校應該多招技能技工專業(yè)，對準溫州支柱產(chǎn)業(yè)，為企業(yè)輸送人才。
4.出臺鼓勵企業(yè)股份向高管和職工擴張以及允許向職工集資政策，使企業(yè)走出家族內(nèi)部集資的藩籬。引進企業(yè)高管、職工的股金，以及債券集資，解決企業(yè)融資難問題。
5.成立溫州工業(yè)4.0指導委員會，實施政府發(fā)展計劃，制定計劃進程，指導分析企業(yè)具體方案，解答企業(yè)管理技術(shù)疑難。
6.根據(jù)市十三五規(guī)劃，制定溫州工業(yè)4.0中長期發(fā)展規(guī)劃及近期行動綱領，以及溫州五大支柱產(chǎn)業(yè)的特點，制定優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)和重點扶持的產(chǎn)業(yè)，支柱產(chǎn)業(yè)緊跟世界先進技術(shù)潮流，制定企業(yè)工業(yè)4.0具體實施方案。
〔關鍵詞〕工業(yè)4.0；大數(shù)據(jù)；云計算；深度融合；CPS
中圖分類號：TF089;F426 文獻標識碼：B 文章編號：1004-4345(2016)03-0023-03
1中國鋼鐵行業(yè)概況
中國鋼鐵行業(yè)近兩年來市場低迷，鋼價連續(xù)下跌。這種情況出現(xiàn)的原因主要歸結(jié)為:一是中國鋼鐵產(chǎn)能嚴重過剩，供需矛盾不斷在擴大；二是由鋼鐵需求行業(yè)狀況不佳導致鋼鐵行業(yè)的表現(xiàn)低迷。產(chǎn)業(yè)集中度過低，競爭力不足，資源極大浪費，加之近年環(huán)境污染嚴重，進一步降低了中國鋼鐵產(chǎn)能利用能力。自2013年起，鋼鐵產(chǎn)品市場進入下行通道，去除大環(huán)境經(jīng)濟低迷的因素，主要的就是同行業(yè)質(zhì)化競爭的結(jié)果。國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能過剩，但是依然保持著高端鋼進口量的增加，來彌補國內(nèi)品種結(jié)構(gòu)的不足。由此可見，鋼鐵制造靠量取勝的時代依然成為過去，質(zhì)才是未來鋼鐵發(fā)展的關鍵，即高品質(zhì)、高附加值的鋼鐵產(chǎn)品，才是鋼鐵制造的發(fā)展目標。隨著新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)革命的快速興起，鋼鐵制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、互聯(lián)網(wǎng)+的推進加快工業(yè)化信息化發(fā)展邁入建設智能工廠的歷史新階段，聚焦工業(yè)4.0時代的機遇與挑戰(zhàn)，兩化深度融合是建設制造強國的戰(zhàn)略制高點，智能制造[1]是兩化深度融合的重要著力點。2016年兩會上明確提出今年重點工作之一是聚焦智能制造，爭取實現(xiàn)工廠或工序的智能制造示范；鋼鐵工業(yè)要積極推進智能化工廠建設，工業(yè)4.0并不僅僅整合制造環(huán)節(jié)，還要整合設計、服務，即制造業(yè)的兩端，將整個產(chǎn)業(yè)鏈通過物聯(lián)網(wǎng)進行信息化。從而可以有效地改造升級傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)，整合提升企業(yè)管理能力，實現(xiàn)勞動效率的提高、產(chǎn)品和服務水平和效率的提高、采購成本的降低和效率的提高。在工業(yè)4.0概念提出后，我國勢必將其納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并相繼在各行業(yè)采取了一系列政策措施促進其發(fā)展。
2工業(yè)4.0的概念
2.1工業(yè)4.0的定義
德國提出了工業(yè)4.0的概念，德國第一次工業(yè)革命是蒸汽動力取代了動力，稱之為機械化時代；第二次工業(yè)革命是電機發(fā)明和電能使用，稱之為電氣化時代；第三次工業(yè)革命使用的是RT及數(shù)控技術(shù)，稱之為數(shù)字化時代。第四次工業(yè)革命是把信息技術(shù)和自動化技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)智能化，稱之為智能化時代。工業(yè)4.0概念即是以智能制造為理念的第四次工業(yè)革命，該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡空間虛擬系統(tǒng)信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem)相結(jié)合的手段，將大數(shù)據(jù)和機器聯(lián)系起來進而使制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
2.2工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變方向
大數(shù)據(jù)、云計算、智能制造以及物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)都會應用到工業(yè)4.0當中，但是工業(yè)4.0根本的驅(qū)動力是解決當前行業(yè)中面臨的各種問題，最終的目的是為了提高企業(yè)的整體效率和競爭力。鋼鐵企業(yè)工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變的方向：1）由要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變。2）由低成本競爭優(yōu)勢向質(zhì)量效益競爭優(yōu)勢轉(zhuǎn)變。3）由資源消耗大、污染物排放多的粗放制造向綠色制造轉(zhuǎn)變。4）由生產(chǎn)型制造向服務型制造轉(zhuǎn)變。
3設計與應用
鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理與控制、研發(fā)與服務、采購與銷售，實現(xiàn)智能制造模式的創(chuàng)新，很可能通過工業(yè)大數(shù)據(jù)的云平臺來承載，同時考慮到中國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)工作流程，有必要將不同的產(chǎn)品訂購合同通過集約化生產(chǎn)來降低生產(chǎn)成本，否則產(chǎn)品的經(jīng)濟性就難以滿足用戶需求，但集約化生產(chǎn)將影響供貨時間。為了解決這個矛盾，需要在質(zhì)量設計、計劃、排程、調(diào)度等方面進行縱向的CPS改造，其目的是實現(xiàn)“大規(guī)模定制”。工業(yè)4.0將逐步驅(qū)動行業(yè)核心領域開放，通過智能制造、深度融合、大數(shù)據(jù)、云平臺、物聯(lián)網(wǎng)和安全數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)多個設備、多個工廠、多個系統(tǒng)的協(xié)作，從而實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集群。以集群化的優(yōu)勢去提升競爭力[2]，將會大大提高行業(yè)自動化和智能化水平，促進系統(tǒng)升級。鋼鐵企業(yè)4.0創(chuàng)新模式見圖1。
3.1智能制造
智能制造技術(shù)是在傳感技術(shù)、網(wǎng)絡通訊技術(shù)、自動化技術(shù)、智能機器人技術(shù)等先進技術(shù)的基礎上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執(zhí)行，實現(xiàn)設計、制造和智能化，是信息技術(shù)、智能技術(shù)與裝備制造技術(shù)的深度融合與集成。智能化制造的應用在生產(chǎn)中提高了產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，并做到了減少制造過程物耗、能耗和排放。智能制造技術(shù)是信息化與工業(yè)化深度融合的大趨勢，例如汽車行業(yè)機器人焊接工作、首鋼熱軋產(chǎn)線的噴號機自動噴號工作，以及現(xiàn)今流行的無人倉庫管理模式以及唐鋼的天車無人值守系統(tǒng)都驗證了智能制造給現(xiàn)代工業(yè)帶來的優(yōu)勢。特別對于天車的無人值守，在設計上對傳統(tǒng)的天車系統(tǒng)進行全面改造，添加計劃層、控制層以及輔助系統(tǒng)控制的傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等基礎層，通過自動化系統(tǒng)生成調(diào)度指令，并根據(jù)基礎設備的參數(shù)自動控制天車運行，達到無人化駕駛的目的。同時，智能制造還能夠大幅提升天車運行的準確度和平穩(wěn)性能，減少故障，延長設備壽命，降低天車運行的安全隱患。
3.2云技術(shù)
鋼鐵企業(yè)工業(yè)4.0中的云計算將大量用通訊系統(tǒng)連接的計算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開展工藝過程數(shù)據(jù)的挖掘分析，實現(xiàn)對核心數(shù)學模型參數(shù)的動態(tài)、閉環(huán)優(yōu)化，提高柔性制造和定制化生產(chǎn)的能力，向終端按需提供服務；同時基于互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)和GSM移動通信網(wǎng)絡實現(xiàn)對信息安全、可靠、穩(wěn)定的傳輸，滿足大數(shù)據(jù)共享的要求。企業(yè)可以基于此建立自己的銷售采購平臺，比如寶鋼有自己的采購電子商務平臺，通過設置采購組織與物料、在線交易、服務中心，不僅可以密切關注產(chǎn)品的交易情況，精細化管理，在效率及服務質(zhì)量上得到大幅提升，更進一層為決策或營銷提供精確服務。對于類似于首鋼遷鋼與首鋼順義分公司的數(shù)據(jù)共享與生產(chǎn)管控，云技術(shù)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)向數(shù)據(jù)資本的轉(zhuǎn)化。
3.3深度融合
信息化與現(xiàn)代工業(yè)化的深度結(jié)合，是指信息化帶動工業(yè)化，工業(yè)化促進信息化，一種新型的工業(yè)化道路。兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式。集成化、模塊化的軟件設計理念是目前信息化系統(tǒng)建設的主流方向。企業(yè)生產(chǎn)制造與信息化融合，能夠在很大程度上推進現(xiàn)代化企業(yè)的建設，提高企業(yè)競爭力。鋼鐵工業(yè)處在產(chǎn)能過剩的新常態(tài)，鋼企生產(chǎn)線常常不能滿負荷運轉(zhuǎn)。這時有沒有可能將空余的產(chǎn)能用來支持快速訂貨，或者建立某一平臺，使用戶能像淘寶網(wǎng)購一樣，方便地采購鋼材，這些都是贏得未來發(fā)展機遇需要深入研究的問題。
3.4物聯(lián)網(wǎng)
鋼鐵企業(yè)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，實現(xiàn)信息共享和互聯(lián)互通，從而可以有效地改造升級傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)，整合提升企業(yè)管理能力，推動“兩化”深度融合[3]。鋼鐵行業(yè)中，通過完善自動化信息化之間的信息交互、全產(chǎn)線物流跟蹤和原料庫及產(chǎn)品化的無人化管理，實現(xiàn)產(chǎn)線的智能化物流管理，使產(chǎn)品全過程的在線跟蹤，一目了然?；谑袌鲆?，首鋼遷鋼硅鋼卷銷售流程監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)模式正在調(diào)試階段，正式上線后，將依靠基礎自動化系統(tǒng)或物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)獲取海量信息，利用云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)存儲、計算和分析數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)，整合物流現(xiàn)有資源，使得需求方能夠快速獲得服務匹配，得到便捷物流支持，完成對鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)、物流、能源和環(huán)境的優(yōu)化管控，從而實現(xiàn)智能化生產(chǎn)管控。
3.5安全數(shù)據(jù)交換
為了更好地確保用戶數(shù)據(jù)在傳輸與存儲過程中的信息安全，目前大型企業(yè)采取了為數(shù)據(jù)加密的方式確保數(shù)據(jù)安全。在設計過程中，儲存在云中的任何用戶數(shù)據(jù)對于用戶來講都是安全的，對于需要保密的其他用戶，這些數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來的是無序化信息狀態(tài)，其具體內(nèi)容根本無法獲知。例如首鋼遷鋼目前的文件加密系統(tǒng)，保證了工藝技術(shù)的信息的保密性。
4結(jié)束語
在當前中國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營面臨困境，轉(zhuǎn)型升級面臨瓶頸，以及政府大力推進中國信息技術(shù)自主創(chuàng)新和全面優(yōu)化信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、深入推進鋼鐵行業(yè)“兩化”融合這一大戰(zhàn)略背景下，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在整合提升企業(yè)信息化水平、實現(xiàn)精細化、智能化生產(chǎn)管理的同時，有利于促進鋼鐵企業(yè)降本增效、節(jié)能減排、轉(zhuǎn)型升級，走新型工業(yè)化道路。在這一過程中，要學會用辯證的觀點面對工業(yè)革命，吸取工業(yè)4.0的思想精髓[4]，根據(jù)鋼鐵行業(yè)和企業(yè)的具體情況制定對策，既避免照抄照搬，也不能全盤否定，放眼未來，腳踏實地地以現(xiàn)狀為出發(fā)點，充分發(fā)揮經(jīng)驗的作用，又不被現(xiàn)狀和經(jīng)驗所約束。另外，無論是數(shù)字化建設還是CPS開發(fā)，都會面臨方法和理念的改變，要能意識到變化的發(fā)生，主動地適應變化，積極地促進工業(yè)4.0的發(fā)展。
參考文獻
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近年來計算機軟件開發(fā)技術(shù)快速發(fā)展，其在各行各業(yè)的應用中越來越廣泛，在船舶設計開發(fā)中計算機軟件開始應用，軟件開始具備集成性，使一套計算機軟件就可以集成在一個平臺上進行管理操控，大大的提高了設計人員的工作和設計工作效率。
【關鍵詞】軟件接口 系統(tǒng)集成 船舶軟件 船舶設計
在當今的計算機軟件技術(shù)環(huán)境下，集成設計領域的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM等等軟件，再銜接智能數(shù)據(jù)統(tǒng)計和邏輯運算以及其他數(shù)字化子系統(tǒng)模塊，建立一套基于船舶報價設計、基礎設計、細節(jié)設計、生產(chǎn)過程設計、運行信息等完成的系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠集成各種語言和數(shù)據(jù)庫的軟件，通過系統(tǒng)的不同接口實現(xiàn)對接集成，在船舶的設計應用中實現(xiàn)統(tǒng)一全方位的智能設計。
1 船舶概念設計的定義與特點
船舶概念設計一般是指設計工作者根據(jù)多年的經(jīng)驗以及各種設計規(guī)范進行確定所需功能，再對船型選型、動力裝置、武器系統(tǒng)，空間系統(tǒng)、總體布局等，在集合多種不同的方案后，進行設計初級的系統(tǒng)整體性能測試驗證，最終確定最佳的設計方案進行設計施工。船舶的設計通常具備一下幾個特點。其一，概念設計。在船舶的設計初期，很多的設計信息是不完整的，大多數(shù)是設計者根據(jù)自身多年的經(jīng)驗進行初期設計，不確定信息較多，在性能上也需要抽象性信息設計。其二，設計結(jié)果的多樣性，船舶通過概念設計環(huán)節(jié)，因為不同設計者的原因往往得出不同的結(jié)果，在設計中一個小小的信息參數(shù)變動也會出現(xiàn)不同的設計結(jié)果，每一個子程序的解算方式有很多種，這樣就出現(xiàn)了多種不同的方案。其三，創(chuàng)新性?？萍疾粩嗟膭?chuàng)新和船舶行業(yè)技術(shù)的進步，技術(shù)設計創(chuàng)新是時代的需要，也是勢在必行的改革創(chuàng)新。其四，多學科互聯(lián)性。船舶設計在現(xiàn)代科技的引領下，吸取了不同學科的高端技術(shù)，例如結(jié)構(gòu)力學，超聲波振動，流體力學，外形以及整體性能學等等，設計者會結(jié)合不同學科的技術(shù)選取全局最佳設計方案。
2 船舶軟件接口開發(fā)現(xiàn)狀
雖然近些年來，國內(nèi)的計算機軟件開發(fā)水平得到了一定程度的提高，同時在各個行業(yè)的應用也較多，但是然仍存在較多的問題，在我國國內(nèi)船舶設計軟件上，不同的CAD或者CAM系統(tǒng)之間普遍采用的是IGES數(shù)據(jù)標準格式來進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，但是在轉(zhuǎn)換時仍然會出現(xiàn)部分數(shù)據(jù)信息的丟失，不能夠滿足設計人員初始的設計理念。
在國內(nèi)船舶CAD軟件接口的開放上，很多的專業(yè)技術(shù)人員做了較為復雜的研究性工作，其著重對CATIA軟件幾何接口的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、存放形式和算法進行了探索，通過CATIA提供的信息數(shù)據(jù)進行幾何接口模塊對接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)CAD和CAM兩種軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，這樣使得設計人員能夠在開發(fā)時達到預期的設計效果。
在船舶設計初期設計過程中，獲取的原始數(shù)據(jù)信息量非常龐大，數(shù)據(jù)的正確性也需要反復核對，故此這項也是非常復雜和消耗時間的問題，有技術(shù)人員使用語言程序編寫了 AUTOCAD接口子程序，它可以將有限的原始研究數(shù)據(jù)進行可視化操作，能夠使得分析人員檢測數(shù)據(jù)正確性，在圖形平臺中一般使用DXF標準數(shù)據(jù)接口，直接使圖形不經(jīng)任何轉(zhuǎn)換和復雜操作輕松實現(xiàn)圖形快速生產(chǎn)，這種方法也被廣泛使用到結(jié)構(gòu)復雜的船舶空間設計中。
在船舶工程軟件集成接口研究中，MSC系列的NASTRAN軟件與CAD應用集成軟件已經(jīng)實現(xiàn)了計算機輔助集成接口方式對接，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)交換，在沈陽的造船工廠通過使用集成軟件對接方式實現(xiàn)了船模擬定、船體二次開發(fā)，管路電氣焊接的二次開放等工作，通過集成接口軟件更快更精準的進行了數(shù)據(jù)的提取，使得船廠節(jié)約了造船時間和周期?，F(xiàn)代造成工業(yè)中集成軟件中艦船力學計算和流固耦合分析也廣泛得到應用。
3 船舶數(shù)字化智能設計系統(tǒng)
在目前我國造船行業(yè)中，計算機軟件技術(shù)的接口集成應用得到了廣泛的應用，但是仍然存在部分問題，特別是在軟件的開放和集成上，就目前國內(nèi)技術(shù)能力來看，很多的船舶計算機軟件集成技術(shù)停留在一個單一的階段，雖然有部分軟件實現(xiàn)了接口的對接，但是不能全面的對造船工業(yè)的各個工序進行全面的集成，計算機軟件在船舶技術(shù)的應用中處于一個局部的應用范疇內(nèi)，特別是在設計和建造的信息、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理等方面的集成，處于初級階段，現(xiàn)代的計算機軟件集成應用也是處于船舶制造中的某一個應用工序內(nèi)，而軟件的本身復雜性較高，很多技術(shù)人員要花很長時間去摸索軟件的功能，一個船舶的制造不是一個單位、一個系統(tǒng)、一個專業(yè)參與的，每個單位或者系統(tǒng)都負責不同的工序，計算機軟件如果不能實現(xiàn)各工序的制造信息數(shù)據(jù)共享，就會出現(xiàn)二次開發(fā)的困境，因此要打造船舶數(shù)字化智能設計系統(tǒng)，要在一個計算機軟件內(nèi)實現(xiàn)各單位，各系統(tǒng)，各專業(yè)部分的信息共享，對于在制造船舶時的各個節(jié)點、階段上需要的數(shù)據(jù)能夠及時準確的被相關人員掌握，有利于工作的快速推進。
實現(xiàn)智能化的計算機平臺技術(shù)，就要求計算機軟件能夠?qū)⒋暗脑O計者提供的母型船數(shù)據(jù)庫，設備數(shù)據(jù)庫，電子規(guī)范驗證工具等等系列信息，具備智能的優(yōu)化功能，實現(xiàn)各合作單位不再受制于地里位置、場地的制約，打破傳統(tǒng)的制造技術(shù)，快速精準的確定每一個節(jié)點和階段需要的數(shù)據(jù)和設計者的要求。因此，實現(xiàn)計算機軟件在船舶制造智能化的應用較為重要。
4 結(jié)束語
在國外船舶計算機軟件接口開放應用上已經(jīng)有較為成熟的理論，并且開發(fā)出了系列的軟件系統(tǒng)，我國船舶數(shù)字化智能設計系統(tǒng)KSHIP是現(xiàn)今能夠集成CAD、CAM、CAE等等軟件的商用軟件，結(jié)合船舶的設計制造整個流程和自主開發(fā)的系統(tǒng)模塊，軟件接口，形成了自己的一套完成智能化集成平臺，隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，能夠現(xiàn)實船舶智能化的集成接口平臺將不斷被更新，只有依靠科學，不斷提高精準、快速、集成系統(tǒng)的計算機軟件，才能夠?qū)崿F(xiàn)我國船舶智能化的應用，才能夠大力帶動我國的船舶制造行業(yè)奔向更輝煌的明天。
參考文獻
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作者簡介
胡濤（1983-），男，江西省人。大學本科學歷?，F(xiàn)中國船級社上海規(guī)范研究所工程師。研究方向：船舶軟件工程。
制造云大數(shù)據(jù)
眾所周知，人類社會正面臨著一場新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)變革。那么我們認為互聯(lián)網(wǎng)+人工智能的時代正在到來。怎么解讀人工智能？首先，網(wǎng)絡是一個泛在的互聯(lián)網(wǎng)，包括魍車幕チ網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)+人工智能，其核心技術(shù)是七類技術(shù)深度融合，包括新互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新一代信息技術(shù)、新人工智能技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、新生物技術(shù)以及新應用領域?qū)I(yè)技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)時代特征總結(jié)為泛在互聯(lián)、數(shù)據(jù)驅(qū)動，共享服務，跨界融合，自主智慧和萬眾創(chuàng)新。
當然，制造業(yè)作為國民經(jīng)濟、國計民生和國家安全的重要基石，正面臨全球新技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，特別是新一代信息通信技術(shù)，核心就是要發(fā)展智能制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)和應用。對我國來說面臨的五大挑戰(zhàn)是：第一要從技術(shù)跟隨到創(chuàng)新以及到超越，第二要從傳統(tǒng)制造向數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉(zhuǎn)變，第三從粗放型制造向質(zhì)量效益性轉(zhuǎn)變，第四從資源消耗到綠色制造轉(zhuǎn)型，最后要由生產(chǎn)型制造到生產(chǎn)+服務型制造轉(zhuǎn)變。
其核心問題就是要貫徹創(chuàng)新協(xié)調(diào)綠色開放共享發(fā)展理念，要走中國特色的工業(yè)化道路，以創(chuàng)新發(fā)展為主題，以制造業(yè)提高質(zhì)量增加效益為中心，特別強化兩化融合，而且要推進智能制造主攻方向。
云制造的概念首先是基于泛在網(wǎng)絡，其次是借助新興大制造技術(shù)、信息通信技術(shù)、智能科學技術(shù)及制造應用領域四類技術(shù)深度融合。數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化作為技術(shù)手段，構(gòu)成一個以用戶為中心的統(tǒng)一經(jīng)營的智慧硬軟資源和能力的服務云。這實際上就是人、機、物互聯(lián)服務，或者是現(xiàn)在提出的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。
用戶通過智慧終端和智慧云制造服務平臺能隨時隨地按照需要獲取智慧制造的資源和能力，要對整個全系統(tǒng)全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈里面的人機物信息技術(shù)自主的智慧的感知，互聯(lián)協(xié)同分析認知和決策控制與執(zhí)行，促進制造全系統(tǒng)及全生命周期活動中的人組織、經(jīng)營管理、技術(shù)設備三要素及信息流、物流、資金流、知識流、服務流集成優(yōu)化，形成一種基于法在網(wǎng)絡、用戶為中心、人機物信息融合。
智慧云模式是什么，手段是什么，業(yè)態(tài)是什么，特征是什么，實施內(nèi)容是什么，以及目標是什么都值得探討。
我們把它叫智慧，因為強調(diào)三種深度融合：人物與環(huán)境信息深度融合，數(shù)字化、網(wǎng)絡化智能化的深度融合，工業(yè)化和信息化的深度融合。同時，很重要的基于大數(shù)據(jù)的并行、協(xié)同、實時、互聯(lián)、智能的進行創(chuàng)新。根據(jù)這樣一個理念所構(gòu)成的系統(tǒng)，我們把它叫做智慧云制造系統(tǒng)或者簡單說智慧制造云。概念模型包含幾大部分內(nèi)容，一是制造資源的能力和資源，這里面包括軟的、硬的，包括能力和智能互聯(lián)產(chǎn)品；二是制造云池；三是制造全生命周期的智慧云。其核心支持就是智慧云制造的平臺。
綜上，智慧制造云是一種互聯(lián)網(wǎng)+人工智能時代的模式手段。制造模式是以用戶為中心的互聯(lián)服務協(xié)同個性柔性社會化智能制造產(chǎn)品以及服務用戶的模式，它的手段就是四類技術(shù)深度融合的數(shù)字化網(wǎng)絡化作為技術(shù)手段，構(gòu)成一個智慧化的人機物環(huán)境信息互聯(lián)系統(tǒng)，體現(xiàn)數(shù)字化、物聯(lián)化、虛擬化、協(xié)同化、定制化、柔性化和社會化的產(chǎn)品。
那么智慧制造云、工業(yè)云里面的大數(shù)據(jù)實際上是全系統(tǒng)全生命周期里面的三要素、五個流里不斷產(chǎn)生的四個大數(shù)據(jù)，包含制造全生命周期里面的各種數(shù)據(jù)，有企業(yè)經(jīng)營管理的數(shù)據(jù)，有技術(shù)產(chǎn)品設備的數(shù)據(jù)。有結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，有靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)。
智慧制造云大數(shù)據(jù)的特點，除了四個云以外，和大量、高速、多樣、價值以外，還加上了多元符合模態(tài)、數(shù)據(jù)類型異構(gòu)等。其作用簡單來說能精準高效智能地用到全生命周期的活動，促進云制造的智慧化，目標實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)研制、管理服務效率質(zhì)量成本能耗，實現(xiàn)產(chǎn)品加服務為主導的隨時隨地的按需個性化指導。
目前，大數(shù)據(jù)在感知基礎上，有六類大數(shù)據(jù)關鍵技術(shù)，關鍵技術(shù)在制造云里有新的需求。首先大數(shù)據(jù)的集成與清洗，就是把不同來源、格式、特點性質(zhì)的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)源在邏輯上或物理上有機地接入平臺并進行新審查和教研，得到干凈、一致的數(shù)據(jù)。第二技術(shù)就是大數(shù)據(jù)存儲和管理，采用云存儲和分布式存儲技術(shù)及高吞吐量數(shù)據(jù)庫技術(shù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，實現(xiàn)運輸集中的數(shù)據(jù)經(jīng)濟、高效、高可靠、容錯的管理與服務。第三大數(shù)據(jù)分析挖掘，從這些海量的隨機的數(shù)據(jù)中要找出有價值的東西，比如說現(xiàn)在分布式計算引擎，數(shù)據(jù)分析機器學習等，對我們制造云要以應用目標為導向，導出相應算法軟件。同時需要建立云制造應用系統(tǒng)定量分析的人工智能分析模型，數(shù)據(jù)不是直接用的，是通過模型來的?？梢暬鞣N各樣數(shù)據(jù)可視化而且能應用，比如多維數(shù)據(jù)分析，虛擬現(xiàn)實等，對目前綜合處理顯示多維數(shù)據(jù)以及交互需求是非常重要的。其次是大數(shù)據(jù)的標準和質(zhì)量，對智慧云多類型標準需求不限，而且交易和交互要作為一個導向。最后就是安全，全生命周期里面要安全，像隱私保護、數(shù)據(jù)水印以及區(qū)塊鏈技術(shù)等。
大數(shù)據(jù)的云化
第三個問題就是大數(shù)據(jù)云化。直接把大數(shù)據(jù)遷入模型軟件，第二是直接提供DAAS，第三個就是風險，最后一個就是大數(shù)據(jù)的可視化，基于大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)實現(xiàn)智慧制造云里面的風險和顯示。
云里面大數(shù)據(jù)怎么用也值得探討。第一類是航天產(chǎn)品電纜數(shù)據(jù)化設計，也就是說把電纜有關的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和綜合分析性能數(shù)據(jù)收集過來，放到電纜數(shù)據(jù)工程里面，實現(xiàn)了電纜數(shù)據(jù)化生產(chǎn)的一體化，產(chǎn)生效果后有60%以上研制時間開展產(chǎn)品質(zhì)量提升。第二類是醫(yī)藥，利用現(xiàn)在制造云里面官方電子病例、醫(yī)療等信息系統(tǒng)提取海量臨床數(shù)據(jù)，挖掘藥物效用及治療方法，從而為醫(yī)藥研發(fā)提供參考。第三類是航天制造和生產(chǎn)比如博世、力士樂等智能生產(chǎn)。第四類就是維修，比如C919健康管理，需要實時檢測大數(shù)據(jù)中心。根據(jù)上面的情況，智慧制造云在大數(shù)據(jù)當中是很重要的。
最后提點建議。首先當然是大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為智慧制造云建設和運行的重要資源，如果沒有大數(shù)據(jù)、沒有云、沒有人工智能，那最后肯定是做不到智慧化制造。而研究實踐需要從技術(shù)、應用、產(chǎn)業(yè)三方面來協(xié)調(diào)，進行各個層次的技術(shù)創(chuàng)新和人才培養(yǎng)。
從技術(shù)應用和產(chǎn)業(yè)方面，概括性地提幾點想法：第一，從技術(shù)上要做到重視大數(shù)據(jù)、信息通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)與制造領域等多種技術(shù)的深度融合。要搞大數(shù)據(jù)，必須要做到這幾個技術(shù)的深度融合，這是我們的一個觀點。第二，離不開云，因此要對面向用戶大數(shù)據(jù)的云服務技術(shù)進行研究。第三，要重視基于大數(shù)據(jù)制造全生命周期里面的新模式、流程、手段的研究。最后，要進行符合共享經(jīng)濟商業(yè)模式的技術(shù)研究，當然還有安全和相應標準的制定與評估。
從應用角度來看，要“四個突出”。第一要以突出制造特色和行業(yè)特點來開展；第二要突出問題導向，問題在哪，競爭力缺點就在哪；第三要突出大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧云制造管理運行模式、手段和業(yè)態(tài)的變革；第四要突出三要素與五流的綜合集成化、優(yōu)化和智慧化。
關鍵詞：自動化發(fā)展前景；智能化；集成化；虛擬化
現(xiàn)今，自動化已經(jīng)深深扎根于各個領域。從機械行業(yè)發(fā)展來看，印刷機械、數(shù)控機床、發(fā)電設備、工程機械等重頭產(chǎn)品前景仍看好。除了這些傳統(tǒng)工業(yè)領域，該行業(yè)將進一步向機光電一體化發(fā)展，向光加工、環(huán)保這樣的新興領域拓展。本論文主要講述機械自動化及其應用前景。
1 機械自動化的發(fā)展歷程
在20世紀初，機械自動化的概念就早早被提出，當時主要只是應用于制冷領域，經(jīng)過人們更加廣泛地使用和推廣，漸漸在整個機械制造行業(yè)普及開來。20世紀60年代，市場經(jīng)濟以飛快的速度發(fā)展，為適應市場的變化和滿足市場各方面的需求，可變的自動化的生產(chǎn)加工系統(tǒng)應運而生了，通過計算機技術(shù)的應用，實現(xiàn)了機械制造的可變性，因此提高了機械制造的靈活性和可操作性。這種自動化的軟件系統(tǒng)基本上不改變制造過程，自動的經(jīng)驗和自動的信息處理與判斷分析是通過一定的機械生產(chǎn)設備實現(xiàn)的，不僅如此，還可以通過在管理過程中對這些自動實現(xiàn)進行預期操作。在生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)生產(chǎn)制造的自動化，還極大地方便了生產(chǎn)材料的更換。然而，當時的自動化系統(tǒng)并不能很好地適應現(xiàn)代化企業(yè)的生產(chǎn)需求。當前，自動化技術(shù)大部分都是在操作過程中的自動化，隨著市場競爭越來越激烈，要想在激烈的競爭中站穩(wěn)腳跟，必須要堅持不懈的努力，持續(xù)的創(chuàng)新，抓住機遇，推動自動化技術(shù)的發(fā)展。
2 機械自動化在機械制造中的應用
2.1 智能化應用
為了跟上經(jīng)濟與科學發(fā)展的腳步，機械制造工業(yè)對相應的制造技術(shù)也提出了要求。在這種技術(shù)需求的推動下，機械制造技術(shù)得到了相應的改進和提高，并且使機械制造自動化得以應用到實際生產(chǎn)中。機械制造技術(shù)在原有基礎上不斷改進，對于落后的制造加工理念要堅決摒棄，對于舊的技術(shù)，要不斷開發(fā)出新的技術(shù)進行更新?lián)Q代，簡而言之，就是取其精華，去其糟粕。同時，對于商品的概念，要有深刻的理解，從而使制造加工方案更加合理，更加完善，制造出精益求精的商品。智能化應用到機械制造中，即將機械制造技術(shù)、自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)以及計算機應用技術(shù)等多種技術(shù)進行結(jié)合，通過這些技術(shù)的有機融合，滲透，形成一種全新的，綜合性的制造技術(shù)，從而達到全方位提高機械制造工藝性能的目的。在實際應用中，智能化制造技術(shù)不僅可以實現(xiàn)人工智能，還能夠?qū)＜一蚣夹g(shù)人員的思維活動進行模擬。由于智能化技術(shù)的特殊性，對于自身行為監(jiān)控等專家無法完成的工作，利用智能化技術(shù)就可以輕松實現(xiàn)。智能化系統(tǒng)具有與專家相同的智慧、邏輯思考能力，可以把專家從繁重的腦力勞動中解脫出來，改變了以前的只能模擬和減輕體力勞動的局面，具有劃時代的意義。
2.2 集成化應用
集成化應用在機械制造中是一項全新的技術(shù)。集成化技術(shù)主要用于實現(xiàn)機械產(chǎn)品制造速度的提升。通過信息化技術(shù)的應用，集成化技術(shù)實現(xiàn)了機械制造過程的優(yōu)化，讓機械制造過程向著精簡化和集成化的方向發(fā)展。在機械制造過程中，往往會應用到各個領域的先進技術(shù)，如微電子技術(shù)、通訊技術(shù)等，而這些技術(shù)并不是孤立存在的，而是彼此之間相互作用、緊密結(jié)合的，于是，新的高新技術(shù)也在融合的過程中應運而生，比如目前被廣泛應用的計算機輔助技術(shù)、柔性制造技術(shù)等。想要為了推動這些高新技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)生，必須充分利用現(xiàn)有的技術(shù)和設備，并且進行合理的整合與集成，產(chǎn)生出新的管理應用技術(shù)。通過集成化技術(shù)的應用，不僅可將生產(chǎn)制造企業(yè)內(nèi)部所有的生產(chǎn)工作、經(jīng)營管理活動進行整合，使之形成一個完整、統(tǒng)一的整體，還可從原有的機械制造基礎上實現(xiàn)柔性生產(chǎn)模式的變革，以人為活動主體，保證企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，并實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與服務質(zhì)量的和諧統(tǒng)一。
2.3 虛擬化應用
虛擬制造技術(shù)是由多學科相互配合的綜合技術(shù)系統(tǒng)。包括現(xiàn)代機械制造工藝、計算機圖形學、并行工程、人工智能、多媒體技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)。虛擬制造技術(shù)以仿真技術(shù)和系統(tǒng)建模為基礎，利用信息技術(shù)、仿真計算機技術(shù)對現(xiàn)實機械制造活動過程進行仿真。通過對機械制造過程進行仿真，可以及時發(fā)現(xiàn)機械制造中可能出現(xiàn)的問題，制訂出相應的解決方案。舊的生產(chǎn)方式下，產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品試制，必須通過設計和實際的生產(chǎn)試驗才能達到試制新產(chǎn)品的目的，開發(fā)過程中有很多不確定性，遇到技術(shù)難題就要修改設計方案，重新試制新產(chǎn)品，不僅加大了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，還浪費了資源，提高設計成本。而采用虛擬制造技術(shù)就可以避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，僅僅通過計算機來進行模擬和仿真，縮短機械產(chǎn)品開發(fā)周期的同時還降低了成本，提高機械產(chǎn)品競爭力。
3 自動化技術(shù)在我國的發(fā)展趨勢
網(wǎng)絡虛擬化的制造方式：
網(wǎng)絡虛擬制造技術(shù)依靠計算機技術(shù)、其他交互設備和強大的軟硬件功能，通過計算機工作平臺，相互協(xié)調(diào)構(gòu)建出一個虛擬環(huán)境。在這個虛擬的環(huán)境中，把人類的知識、人類的技術(shù)和人類的感知能力參與其中，從而形成一種全新的人機界面互動形式，對生產(chǎn)活動進行全面的建模和仿真。通過與虛擬世界中的對象進行交互作用，對于產(chǎn)品從設計開發(fā)到生產(chǎn)制造的每一個環(huán)節(jié)進行仿真和模擬。除此之外，還可以對產(chǎn)品性能進行全面模擬試驗，對產(chǎn)品的設計和制造合理性、制造周期進行預測。在產(chǎn)品沒有生產(chǎn)之前，就對設計的可行性、經(jīng)濟性、合理性進行全面的考核，有效避免不合理的設計和資金投入，從而達到資源的最優(yōu)化配置。
參考文獻：
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作者簡介：益聰（1994―），男，陜西西安人，沈陽理工大學本科在讀。
隨著社會的進步和生活水平的提高，社會對產(chǎn)品多樣化，低制造成本及短制造周期等需求日趨迫切，傳統(tǒng)的制造技術(shù)已不能滿足市場對多品種小批量，更具特色符合顧客個人要求樣式和功能的產(chǎn)品的需求。90年代后，由于微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、機械與控制設備的發(fā)展，制造業(yè)自動化進入一個嶄新的時代，技術(shù)日臻成熟。柔性制造技術(shù)已成為各工業(yè)化國家機械制造自動化的研制發(fā)展重點。
1 基本概念
1 1 柔性柔性可以表述為兩個方面。第一方面是系統(tǒng)適應外部環(huán)境變化的能力，可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來衡量;第二方面是系統(tǒng)適應內(nèi)部變化的能力，可用在有干擾(如機器出現(xiàn)故障)情況下，系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來衡量。“柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動化生產(chǎn)線主要實現(xiàn)單一品種的大批量生產(chǎn)。其優(yōu)點是生產(chǎn)率很高，由于設備是固定的，所以設備利用率也很高，單件產(chǎn)品的成本低。但價格相當昂貴，且只能加工一個或幾個相類似的零件，難以應付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當重要的位置。柔性主要包括
1) 機器柔性 當要求生產(chǎn)一系列不同類型的產(chǎn)品時，機器隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的難易程度。
2) 工藝柔性 一是工藝流程不變時自身適應產(chǎn)品或原材料變化的能力;二是制造系統(tǒng)內(nèi)為適應產(chǎn)品或原材料變化而改變相應工藝的難易程度。
3) 產(chǎn)品柔性 一是產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)能夠非常經(jīng)濟和迅速地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力;二是產(chǎn)品更新后，對老產(chǎn)品有用特性的繼承能力和兼容能力。
4) 維護柔性 采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進行的能力。
5) 生產(chǎn)能力柔性 當生產(chǎn)量改變、系統(tǒng)也能經(jīng)濟地運行的能力。對于根據(jù)訂貨而組織生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，這一點尤為重要。
6) 擴展柔性 當生產(chǎn)需要的時候，可以很容易地擴展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個更大系統(tǒng)的能力。
7) 運行柔性 利用不同的機器、材料、工藝流程來生產(chǎn)一系列產(chǎn)品的能力和同樣的產(chǎn)品，換用不同工序加工的能力。
1 2 柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認為凡是側(cè)重于柔性，適應于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前按規(guī)模大小劃分為:
1) 柔性制造系統(tǒng)(FMS)
關于柔性制造系統(tǒng)的定義很多，權(quán)威性的定義有:
美國國家標準局把FMS定義為:“由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設備，傳輸裝置把工件放在其他聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設備，使工件加工準確、迅速和自動化。中央計算機控制機床和傳輸系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)有時可同時加工幾種不同的零件。 國際生產(chǎn)工程研究協(xié)會指出“柔性制造系統(tǒng)是一個自動化的生產(chǎn)制造系統(tǒng)，在最少人的干預下，能夠生產(chǎn)任何范圍的產(chǎn)品族，系統(tǒng)的柔性通常受到系統(tǒng)設計時所考慮的產(chǎn)品族的限制?！?而我國國家軍用標準則定義為“柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的自動化制造系統(tǒng)，它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)?！?簡單地說，F(xiàn)MS是由若干數(shù)控設備、物料運貯裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務和生產(chǎn)品種變化而迅速進行調(diào)整的自動化制造系統(tǒng)。 目前常見的組成通常包括4臺或更多臺全自動數(shù)控機床(加工中心與車削中心等)，由集中的控制系統(tǒng)及物料搬運系統(tǒng)連接起來，可在不停機的情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工及管理。目前反映工廠整體水平的FMS是第一代FMS，日本從1991年開始實施的“智能制造系統(tǒng)”(IMS)國際性開發(fā)項目，屬于第二代FMS;而真正完善的第二代FMS預計本世紀十年代后才會實現(xiàn)。
2) 柔性制造單元(FMC)
FMC的問世并在生產(chǎn)中使用約比FMS晚6～8年，F(xiàn)MC可視為一個規(guī)模最小的FMS，是FMS向廉價化及小型化方向發(fā)展的一種產(chǎn)物，它是由1～2臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及物料運送存貯設備構(gòu)成，其特點是實現(xiàn)單機柔性化及自動化，具有適應加工多品種產(chǎn)品的靈活性。迄今已進入普及應用階段。
3) 柔性制造線(FML)
它是處于單一或少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間的生產(chǎn)線。其加工設備可以是通用的加工中心、CNC機床;亦可采用專用機床或NC專用機床，對物料搬運系統(tǒng)柔性的要求低于FMS，但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)(DCS)為代表，其特點是實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化，其技術(shù)已日臻成熟，迄今已進入實用化階段。
4) 柔性制造工廠(FMF) FMF是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統(tǒng)進行聯(lián)系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發(fā)貨的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)投入實際，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動化，進而實現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產(chǎn)的最高水平，反映出世界上最先進的自動化應用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(IMS)為代表，其特點是實現(xiàn)工廠柔性化及自動化。
2 柔性制造所采用的關鍵技術(shù)
2.1 計算機輔助設計
未來CAD技術(shù)發(fā)展將會引入專家系統(tǒng)，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。當前設計技術(shù)最新的一個突破是光敏立體成形技術(shù)，該項新技術(shù)是直接利用CAD數(shù)據(jù)，通過計算機控制的激光掃描系統(tǒng)，將三維數(shù)字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖形對池內(nèi)的光敏樹脂液面進行光學掃描，被掃描到的液面則變成固化塑料，如此循環(huán)操作，逐層掃描成形，并自動地將分層成形的各片狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數(shù)據(jù)，數(shù)小時內(nèi)便可制出精確的原型。它有助于加快開發(fā)新產(chǎn)品和研制新結(jié)構(gòu)的速度。
2.2 模糊控制技術(shù)
模糊數(shù)學的實際應用是模糊控制器。最近開發(fā)出的高性能模糊控制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息并自動地對控制量作調(diào)整，使系統(tǒng)性能大為改善，其中尤其以基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的自學方法更引起人們極大的關注。
2.3 人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)
迄今，柔性制造技術(shù)中所采用的人工智能大多指基于規(guī)則的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)利用專家知識和推理規(guī)則進行推理，求解各類問題(如解釋、預測、診斷、查找故障、設計、計劃、監(jiān)視、修復、命令及控制等)。由于專家系統(tǒng)能簡便地將各種事實及經(jīng)驗證過的理論與通過經(jīng)驗獲得的知識相結(jié)合，因而專家系統(tǒng)為柔性制造的諸方面工作增強了柔性。展望未來，以知識密集為特征，以知識處理為手段的人工智能(包括專家系統(tǒng))技術(shù)必將在柔性制造業(yè)(尤其智能型)中起著日趨重要的關鍵性的作用。目前用于柔性制造中的各種技術(shù)，預計最有發(fā)展前途的仍是人工智能。預計到21世紀初，人工智能在柔性制造技術(shù)中的應用規(guī)模將在比目前大4倍。智能制造技術(shù)(IMT)旨在將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié)，借助模擬專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。在制造過程，系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界或內(nèi)部激勵時能自動調(diào)節(jié)其參數(shù)，以達到最佳工作狀態(tài)，具備自組織能力。故IMT被稱為未來21世紀的制造技術(shù)。對未來智能化柔性制造技術(shù)具有重要意義的一個正在急速發(fā)展的領域是智能傳感器技術(shù)。該項技術(shù)是伴隨計算機應用技術(shù)和人工智能而產(chǎn)生的，它使傳感器具有內(nèi)在的“決策”功能。
2 4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANN)是模擬智能生物的神經(jīng)網(wǎng)絡對信息進行并處理的一種方法。故人工神經(jīng)網(wǎng)絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域，神經(jīng)網(wǎng)絡不久將并列于專家系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，成為現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中的一個組成部分。
3 柔性制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
3 1 FMC將成為發(fā)展和應用的熱門技術(shù)
這是因為FMC的投資比FMS少得多而經(jīng)濟效益相接近，更適用于財力有限的中小型企業(yè)。目前國外眾多廠家將FMC列為發(fā)展之重。
3 2 發(fā)展效率更高的FML
多品種大批量的生產(chǎn)企業(yè)如汽車及拖拉機等工廠對FML的需求引起了FMS制造廠的極大關注。采用價格低廉的專用數(shù)控機床替代通用的加工中心將是FML的發(fā)展趨勢。
3 3 朝多功能方向發(fā)展
由單純加工型FMS進一步開發(fā)以焊接、裝配、檢驗及鈑材加工乃至鑄、鍛等制造工序兼具的多種功能FMS。
4 結(jié)束語
柔性制造技術(shù)是實現(xiàn)未來工廠的新穎概念模式和新的發(fā)展趨勢，是決定制造企業(yè)未來發(fā)展前途的具有戰(zhàn)略意義的舉措。屆時，智能化機械與人之間將相互融合，柔性地全面協(xié)調(diào)從接受訂貨單至生產(chǎn)、銷售這一企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的全部活動。
近年來，柔性制造作為一種現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的科學“哲理”和工廠自動化的先進模式已為國際上所公認，可以這樣認為:柔性制造技術(shù)是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎上，將以往企業(yè)中相互獨立的工程設計、生產(chǎn)制造及經(jīng)營管理等過程，在計算機及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的完整而有機的系統(tǒng)，以實現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進而贏得競爭全勝的智能制造技術(shù)。它作為當今世界制造自動化技術(shù)發(fā)展的前沿科技，為未來機構(gòu)制造工廠提供了一幅宏偉的藍圖，將成為21世紀機構(gòu)制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式。實現(xiàn)了按端口、MAC地址、應用等來劃分虛擬網(wǎng)絡，有效地控制了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡的廣播流量和提高了企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡的安全性。
4 結(jié) 論
