對(duì)于智能工廠與智能機(jī)器之間的關(guān)系分析

1788年，詹姆斯·瓦特設(shè)計(jì)了離心式調(diào)速器（“飛球”調(diào)速器），即控制引擎速度的反饋調(diào)節(jié)閥，以大量提高蒸汽機(jī)的自我調(diào)控能力。這一創(chuàng)舉確保了蒸汽機(jī)操作的穩(wěn)定性和安全性，也將蒸汽機(jī)的使用帶入了尋常生活中。正是由于機(jī)器的自我調(diào)控能力最終確保了引擎技術(shù)的發(fā)展，才有力地推動(dòng)了第一次工業(yè)革命中生產(chǎn)力的顯著提升。如今，工業(yè)4.0和智能制造“網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)”將繼續(xù)承接歷史革新，通過(guò)工廠機(jī)器和系統(tǒng)中的自動(dòng)糾正反饋新模式，推進(jìn)當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展動(dòng)力。

圖1： Arne9001 | Dreamstime.com – 工人在制造廠的機(jī)床控制板上操作

嵌入式信息處理、干擾傳感、仿真及智能網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)的進(jìn)步把低級(jí)的自我調(diào)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成更靈活且適應(yīng)性更強(qiáng)的智能機(jī)器。這類機(jī)器可以自動(dòng)使用與自身狀態(tài)及環(huán)境相關(guān)的信息來(lái)對(duì)物理進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控，且通常為實(shí)時(shí)監(jiān)控。這樣，全廠的運(yùn)作進(jìn)程都可以得到充分的優(yōu)化。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了物理世界與虛擬世界的融合，前所未有地提供了有關(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)各層次的信息，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)安全性、可靠性、生產(chǎn)力和效率的持續(xù)優(yōu)化。

智能工廠

圖2： Dudau | Dreamstime.com – 自動(dòng)化工廠

未來(lái)，工業(yè)4.0智能工廠將變得越來(lái)越靈活且更具適應(yīng)性，被更多自動(dòng)智能機(jī)器啟用。更高效率和大規(guī)模定制的機(jī)器將遍布各個(gè)工廠及整個(gè)供應(yīng)物流鏈，這將促使對(duì)生產(chǎn)成本、安全性和環(huán)境進(jìn)行重大即時(shí)的改進(jìn)。

標(biāo)準(zhǔn)化的有線及無(wú)線通訊技術(shù)將通過(guò)信息匯集來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)和供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，可使用匯集的信息對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制、預(yù)測(cè)和優(yōu)化做出明智的決策。

智能機(jī)器

工業(yè)4.0智能機(jī)器將繼續(xù)發(fā)揮更大的自主性、靈活性和適應(yīng)性。智能機(jī)器可通過(guò)自我監(jiān)控和預(yù)測(cè)來(lái)檢測(cè)故障甚至是診斷問(wèn)題。對(duì)本地機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)將有助于延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命，而全廠獲取機(jī)器狀態(tài)信息將使整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境受益，并使運(yùn)營(yíng)者得以優(yōu)化維修計(jì)劃，提高正常運(yùn)行時(shí)間。

試想一下，假設(shè)有一臺(tái)機(jī)器因老化導(dǎo)致不可接受的停機(jī)或預(yù)防性維修過(guò)度。這種情況中，可以對(duì)機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)，使其具有預(yù)測(cè)功能。這就包括：改進(jìn)振動(dòng)傳感器來(lái)檢測(cè)機(jī)器軸承的狀態(tài)，及改進(jìn)紅外傳感器來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的過(guò)度加熱狀態(tài)。通過(guò)分析傳感器中的數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化維修計(jì)劃，提高機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)間，且可避免因過(guò)度預(yù)防性維修產(chǎn)生的額外開支。

ADIS16229模擬設(shè)備便是改進(jìn)型機(jī)器和新機(jī)器市場(chǎng)中使用無(wú)線連接的傳感器解決方案。這種雙軸MEMS振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器可實(shí)施振動(dòng)分析功能，且其還包含了一個(gè)ISM波段收音機(jī)。諸如ADIS16229的此類產(chǎn)品展示了無(wú)線傳感器發(fā)展的前景：即無(wú)線傳感器可以安裝在機(jī)器的任何位置來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感、診斷和預(yù)測(cè)功能。

通訊

圖3： Hyside | Dreamstime.com –工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

只要大規(guī)模定制中仍然需要智能工廠的標(biāo)準(zhǔn)化高帶寬數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)設(shè)施，那么，強(qiáng)大的工業(yè)以太網(wǎng)將繼續(xù)被廣泛采用。IPv6將提供高效、安全、高度可配置的尋址，使工廠運(yùn)營(yíng)者得以無(wú)縫訪問(wèn)機(jī)器中用于配制和詢問(wèn)的特定傳感器節(jié)點(diǎn)。在新興的IEEE時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中，控制和測(cè)量周期的精確時(shí)間是協(xié)調(diào)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。隨著科技的不斷發(fā)展，未來(lái)將越來(lái)越多地采用無(wú)線傳感、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。強(qiáng)大的有線連接也將繼續(xù)扮演重要的角色，特別是在電噪聲豐富的環(huán)境中發(fā)生重大作用。Power-over-Ethernet技術(shù)將在分布式傳感器、執(zhí)行器以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中進(jìn)行配電，這也將有效降低電纜成本。

結(jié)論

工業(yè)4.0智能工廠和智能機(jī)器將有力地改進(jìn)整個(gè)供應(yīng)鏈及整個(gè)工廠和機(jī)器的效率。而連接傳感技術(shù)的飛速發(fā)展也將提供有價(jià)值的信息，以減少能源消耗、節(jié)省時(shí)間、減小污染、降低停機(jī)時(shí)間及防止事故發(fā)生。