智能制造是一種全新的智能能力和制造模式，核心在于實(shí)現機器智能和人類(lèi)智能的協(xié)同，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程中自感知、自適應、自診斷、自決策、自修復等功能。其核心在于制造、產(chǎn)品和服務(wù)的全面交叉滲透，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、大數據、云計算等多種技術(shù)與機器人、智能設備等實(shí)現產(chǎn)品、設備、人和服務(wù)的互聯(lián)互通，在這個(gè)過(guò)程中，智能檢測技術(shù)是進(jìn)行設備連通、數據采集與交互的技術(shù)基礎，也是智能制造實(shí)現過(guò)程中的關(guān)鍵途徑。

在智能檢測技術(shù)方面，航天測控公司一直進(jìn)行研究與探索，尤其是在智能儀器方面，取得了一定的技術(shù)成果，積累了豐富的實(shí)施經(jīng)驗。要全面進(jìn)入智能制造領(lǐng)域，還需要深入研究，突破支撐智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)揮智能儀器及檢測技術(shù)在智能制造中的支撐作用。

1 智能檢測是智能制造之基

從系統層級方面，完整的智能制造系統主要包括下圖中的5個(gè)層級，包括設備層、控制層、車(chē)間層、企業(yè)層和協(xié)同層。智能儀器及新的智能檢測技術(shù)主要集中在產(chǎn)品的智能化、裝備的智能化、生產(chǎn)的智能化等方面，處在智能工廠(chǎng)的設備層、控制層和車(chē)間層。

圖1 智能制造系統層級

在智能制造系統中，其控制層級與設備層級涉及到大量測量?jì)x器、數據采集等方面的需求，需要實(shí)時(shí)、有效的智能檢測設備作為輔助，所以智能檢測技術(shù)是智能制造系統中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，可以為上層的車(chē)間管理、企業(yè)管理與協(xié)同層級提供數據基礎。智能儀器等各種智能硬件的使用，是智能生產(chǎn)線(xiàn)、智能車(chē)間、智能工廠(chǎng)互通互聯(lián)的硬件基礎。

智能儀器在通常儀器的功能基礎上，須具有數據采集、儲存、分析、處理、控制、推理、決策、傳輸和管理等多項功能。智能儀器是計算機與測量控制技術(shù)結合的產(chǎn)物，是含有微型計算機或微型處理器的測量?jì)x器，擁有對數據的存儲運算邏輯判斷及自動(dòng)化操作等功能。智能儀器的出現擴展了儀器的應用范圍，也為智能制造奠定了基礎。

2 航天測控的智能檢測技術(shù)基礎

智能檢測的技術(shù)研究方面，測控公司一直在進(jìn)行研究與探索，積累了豐富的實(shí)施經(jīng)驗。作為測試技術(shù)開(kāi)發(fā)及測試裝備研制的專(zhuān)業(yè)化公司，測控公司主要從事基礎測試測量、軟件及信息化、通用測試與診斷三大業(yè)務(wù)方向，并陸續為我國的高速鐵路機車(chē)、國產(chǎn)大飛機等提供了數字化生產(chǎn)線(xiàn)改造和健康管理及預測等智能服務(wù)，是在智能儀器開(kāi)發(fā)、工業(yè)自動(dòng)化控制、數字化生產(chǎn)線(xiàn)改造與建設、數字化車(chē)間管理、數字化靶場(chǎng)建設、故障診斷與健康狀態(tài)管理等方面形成領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢，為拓展智能制造產(chǎn)業(yè)奠定基礎。

2.1 裝備的智能化——智能設備

（1）智能無(wú)線(xiàn)數字多用表：作為生產(chǎn)制造車(chē)間測量、測試的主要工具，基于任務(wù)的便攜式測試設備，具有數據采集、存儲、處理、發(fā)送功能，數據能自動(dòng)與調試任務(wù)對應，替代人工填寫(xiě)作業(yè)模式，提升調試數字化水平。智能無(wú)線(xiàn)數字多用表可輔助構建交互式遠程故障處理平臺，實(shí)現調試故障的實(shí)時(shí)處理與排除，實(shí)現外場(chǎng)調試和現場(chǎng)保障的遠程支持。

圖2 智能無(wú)線(xiàn)多用表應用模式

（2）機車(chē)故障跟蹤記錄儀：在軌道交通裝備的試驗、運行過(guò)程中，需要對其數據進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄與分析，為車(chē)輛狀態(tài)評估與分析提供基礎，本設備可對運行機車(chē)中的電壓等被測信號進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤記錄，及時(shí)發(fā)現故障并記錄故障發(fā)生情況的詳細數據，能夠記錄機車(chē)運行全生命周期的數據，便于后期進(jìn)行詳細分析，排查故障原因。

圖3 機車(chē)故障跟蹤儀

（3）智能平板儀器及PXI嵌入控制器：PXI智能平板儀器憑借其獨具的便攜、智能化等產(chǎn)品優(yōu)勢，可快速、便捷的搭建各種便攜專(zhuān)用測試檢測平臺，并成功應用于美國波音公司民用飛機地面振動(dòng)測試以及飛行顫振試驗中。PXI嵌入控制器產(chǎn)品獲2015年中國自動(dòng)化領(lǐng)域十大用戶(hù)信賴(lài)產(chǎn)品，廣泛應用于智能測試與控制系統。PXI和PXI-E兩項技術(shù)規范獲國家標準。

（4）機器視覺(jué)與感知處理設備：通過(guò)對在制品的圖像進(jìn)行掃描式采集與分析，結合后臺知識庫對特征狀態(tài)進(jìn)行判定，從而對在制品的質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行確認，提高復雜特征檢測的效率，減少人為操作。本系統可以通過(guò)可見(jiàn)光、紅外、激光等方式進(jìn)行狀態(tài)數據的采集與分析，滿(mǎn)足不同應用環(huán)境、工作模式下的智能感知。

圖4 基于圖像的線(xiàn)路檢測系統

（5）智能檢測機械手：集成了精密機械傳動(dòng)系統、視覺(jué)系統以及伺服控制系統等子系統，通過(guò)電路板故障診斷系統生成故障集，獲取PCB圖中待測點(diǎn)的相對坐標，通過(guò)視覺(jué)系統實(shí)現待檢測電路板絕對位置坐標的精確定位，從而實(shí)現對電路板智能化診斷。該機械手可拓展應用于檢測、焊接、切割、搬運、探傷、分類(lèi)、裝配、貼標、噴碼、噴涂等工業(yè)領(lǐng)域。

2.2 生產(chǎn)的智能化——智能生產(chǎn)

（1）工藝智能管理系統：面向大型復雜裝備的生產(chǎn)、調試、檢修等環(huán)節，構建工藝智能管理系統，結合實(shí)際業(yè)務(wù)需求，實(shí)現關(guān)鍵工藝環(huán)節的設計、監控、排程與優(yōu)化，同時(shí)結合底層設備反饋數據進(jìn)行工藝狀態(tài)的實(shí)時(shí)分析，以工藝過(guò)程信息為基礎，構建智能決策系統，確保生產(chǎn)過(guò)程中工藝執行過(guò)程的效率與質(zhì)量。

（2）車(chē)間設備狀態(tài)采集系統：本系統的核心是單機智能設備的互聯(lián)，不同類(lèi)型和功能的智能單機設備的互聯(lián)組成智能生產(chǎn)線(xiàn)，以車(chē)間工藝管理需求為基礎，實(shí)現工藝執行過(guò)程中車(chē)間設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集與事件驅動(dòng)的采集，為車(chē)間工藝過(guò)程執行與調整提供底層數據支撐。

（3）集散控制系統（DCS）：UN2K-DCS集散控制系統是公司自主研制的具有先進(jìn)智能預測控制功能的全集成新一代工業(yè)自動(dòng)化控制系統。充分利用當今網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化智能預測控制技術(shù)以及仿真技術(shù)等最新成果，廣泛應用于化工、電力、機械等行業(yè)，適用于復雜多變的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程，特別對多變量、強耦合、非線(xiàn)性、大時(shí)滯控制對象具有很好的控制效果，幫助用戶(hù)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，助力管理水平提升。

2.3 服務(wù)的智能化--智能服務(wù)

（1）預防性維修與服務(wù)：通過(guò)對設備運行狀態(tài)數據的實(shí)時(shí)采集，采用故障診斷、故障性能預測、健康狀態(tài)評估和壽命預測等技術(shù)，實(shí)現了設備運行狀態(tài)的有效監控和評估。

（2）交互式電子手冊：提供一套通用的交互式電子技術(shù)手冊管理、創(chuàng )編與瀏覽平臺，支持遵循GJB6600/S1000D/MIL87268標準規范對技術(shù)資料進(jìn)行描述，實(shí)現傳統紙質(zhì)資料的電子化，通過(guò)文字、圖形、視頻、三維等技術(shù)手段使裝備訓練、排故、維修等業(yè)務(wù)過(guò)程更為可視化、形象化。

（3）裝備健康管理大數據云平臺：為裝備試驗和保障單位提供一個(gè)能夠對海量數據進(jìn)行分布式存儲、處理和分析的框架，從而可以更快、更準、更穩的從各類(lèi)繁雜無(wú)序的海量數據中洞察裝備健康狀態(tài)。

（4）訓練服務(wù)：以可視化仿真、半實(shí)物仿真、交互式訓練、訓練智能管理等現代技術(shù)手段，構建一體化綜合教學(xué)訓練仿真系統。消除傳統訓練過(guò)程中實(shí)物、場(chǎng)地、經(jīng)費、安全性等因素的限制，便于參訓人員快速適應真實(shí)環(huán)境，提高訓練效率，節省訓練經(jīng)費投入。

（5）智慧靶場(chǎng)：運用智能感知、大數據、關(guān)聯(lián)分析、建模仿真、態(tài)勢感知等技術(shù)手段，感測、分析、整合、優(yōu)化靶場(chǎng)運行過(guò)程中的各項關(guān)鍵信息，對部隊訓練、裝備試驗、軍事研究、技術(shù)保障等需求做出快速響應，可提高靶場(chǎng)的運行和管理效率。

3 智能制造的創(chuàng )新實(shí)踐

在智能制造實(shí)踐方面，航天測控公司成功地將基礎測試測量設備、軟件及信息化、通用測試與診斷設備等引入國家重點(diǎn)行業(yè)，實(shí)現了軌道車(chē)輛數字化生產(chǎn)車(chē)間建設、大型客機實(shí)時(shí)監控與故障診斷系統開(kāi)發(fā)、數字化車(chē)間控制系統改造。

3.1 軌道車(chē)輛數字化生產(chǎn)車(chē)間

針對我國現有的高速軌道車(chē)輛在生產(chǎn)裝配、試驗調試、外場(chǎng)檢修等方面的需求，以工藝智能管理與控制系統為基礎，研制了適用于鐵路機車(chē)行業(yè)的數字化車(chē)間系統。

本系統涵蓋軌道車(chē)輛的生產(chǎn)、調試與檢修三個(gè)典型環(huán)節，分別運行在車(chē)輛供應商、車(chē)輛主機廠(chǎng)與車(chē)輛運營(yíng)維護方，可以有效提高車(chē)輛分系統裝配過(guò)程的效率與質(zhì)量，并將整車(chē)調試檢測任務(wù)進(jìn)行數字化管理，結合智能設備的狀態(tài)采集，提高調試過(guò)程中的數據獲取效率，確保調試質(zhì)量，同時(shí)以生產(chǎn)調試數據為基礎，構建車(chē)輛履歷信息，并應用于車(chē)輛檢修站，實(shí)現檢修過(guò)程的數字化改造，提高檢修效率。

圖5 數控機床聯(lián)網(wǎng)與管理

3.2 大型客機實(shí)時(shí)監控與故障診斷系統

大型客機實(shí)時(shí)監控與健康管理系統是為某大型客機生產(chǎn)單位建設的一套客戶(hù)服務(wù)支持系統，該系統的目標是建立基于狀態(tài)的維修（CBM）能力。本系統具備飛機實(shí)時(shí)監控功能、故障診斷功能、健康預測功能、健康管理功能，將用于監控飛機狀態(tài)，并對飛機各系統進(jìn)行長(cháng)期的趨勢分析，從而對飛機的健康狀態(tài)進(jìn)行預測和管理。

3.3 數字化車(chē)間控制系統改造

以UN2K-DCS系統平臺為基礎，采用分布式控制系統技術(shù)，實(shí)現廠(chǎng)區內多條塑料管生產(chǎn)線(xiàn)的工藝過(guò)程生產(chǎn)控制、狀態(tài)監測，消除了原有生產(chǎn)線(xiàn)的信息孤島問(wèn)題，實(shí)現了廠(chǎng)區生產(chǎn)線(xiàn)的互聯(lián)化和信息化，優(yōu)化了現場(chǎng)操作的控制方式，實(shí)現了中控室集中監控，提升了某聚乙烯管材車(chē)間的自動(dòng)化管理水平；可對關(guān)鍵生產(chǎn)數據實(shí)施監測和歷史查詢(xún)，并結合工藝條件實(shí)現故障預警和相關(guān)數據統計分析，幫助用戶(hù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實(shí)現節能降耗和提質(zhì)增效。

4 智能儀器及測試技術(shù)發(fā)展方向

在智能制造相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，需要提出智能儀器新的功能需求和測試技術(shù)發(fā)展的新方向，尋求智能儀器及測試技術(shù)在智能制造中新的應用前景。同時(shí)開(kāi)展智能儀器、智能檢測技術(shù)、PHM在智能制造中的應用、試驗與測試數據管理等核心技術(shù)的深入研究，擴大工程應用，積累經(jīng)驗，提升技術(shù)支撐能力。

4.1 智能儀器功能設計與標準研究

微型化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò )化將是智能儀器的主要發(fā)展方向。研制具有數據采集、儲存、分析、處理、控制、推理、決策、傳輸和管理等多項功能于一體的智能儀器，使其具備體積小、功耗小、功能強，能夠嵌入在生產(chǎn)設備、智能生產(chǎn)線(xiàn)上，便于靈活配置等特點(diǎn)，實(shí)現測量過(guò)程的智能化。

4.2 針對離散行業(yè)進(jìn)行智能制造解決方案的研究

離散制造行業(yè)對底層生產(chǎn)環(huán)節中的智能化要求較高，其生產(chǎn)線(xiàn)、裝配線(xiàn)往往處于高效運轉、持續工作的狀態(tài)，各種設備所產(chǎn)生、采集與處理的數據量也比較大，這給智能檢測技術(shù)提出了更高的要求，不僅需要實(shí)現設備狀態(tài)的檢測與數據采集，更需要結合完整的工藝流程和業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行數據的融合與分析，為整體的智能制造系統提供完整的解決方案，以工藝管理信息化平臺、智能儀器、自動(dòng)化試驗設備、PHM等技術(shù)為基礎，不斷完善產(chǎn)品體系，為離散行業(yè)的智能制造模式提供思路與產(chǎn)品。

4.3 智能檢測技術(shù)方面

將原有的離線(xiàn)集中式檢測逐步轉變?yōu)榍度氲缴a(chǎn)線(xiàn)內部、分布于智能設備內部、嵌入在生產(chǎn)線(xiàn)檢測終端的實(shí)時(shí)測試方式，測試數據自動(dòng)記錄、存儲、處理和管理。將智能測試技術(shù)與智能生產(chǎn)線(xiàn)的構建相結合，通過(guò)在生產(chǎn)線(xiàn)中引入紅外/激光/可見(jiàn)光等機器視覺(jué)目標定位測試技術(shù)、可變接口的智能測試適配技術(shù)、分布式實(shí)時(shí)測試采集技術(shù)、非接觸方式檢測技術(shù)、自動(dòng)化測試控制技術(shù)等，實(shí)現實(shí)時(shí)測試。開(kāi)展滿(mǎn)足智能制造要求的支撐性測試技術(shù)研究，進(jìn)行分布式協(xié)同測試軟件開(kāi)發(fā)。

4.4 PHM故障預測與健康狀態(tài)管理技術(shù)

該技術(shù)是為了滿(mǎn)足自主保障、自主診斷的要求提出來(lái)的，是基于狀態(tài)的實(shí)時(shí)視情維修發(fā)展起來(lái)的，在智能制造系統中，可以結合本技術(shù)進(jìn)行裝備的狀態(tài)分析與管理，實(shí)時(shí)發(fā)現生產(chǎn)、試驗等環(huán)節的問(wèn)題，并能夠從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的角度去看待智能設備、智能生產(chǎn)運營(yíng)，強調資產(chǎn)設備中的狀態(tài)感知、數據監控與分析、監控設備健康狀況、故障頻發(fā)區域與周期、預測故障發(fā)生，從而大幅度提高運行維修效率，是密集應用大數據的智能制造系統維護和智能工廠(chǎng)建設的重要工具[4]。在實(shí)際應用中，主要體現在生產(chǎn)系統狀態(tài)識別、在線(xiàn)監控、定量分析、健康狀態(tài)分析、設計工藝優(yōu)化等方面。

4.5 試驗與測試數據管理技術(shù)研究

將試驗與測試數據的采集、處理、管理和應用與產(chǎn)品數據管理緊密結合。在產(chǎn)品全生命周期管理中，試驗與測試數據被記錄、傳輸、處理和加工，深入挖掘和分析試驗與測試數據，為改善產(chǎn)品的需求分析和產(chǎn)品設計提供實(shí)際的數據支撐，為個(gè)性化的產(chǎn)品的定制服務(wù)提供基礎條件。

5 結語(yǔ)

智能制造系統的建設是一項復雜的系統工程，智能儀器及測試技術(shù)作為重要基礎支撐，需要集成智能制造其他相關(guān)方的技術(shù)、產(chǎn)品及解決方案，構建完整的產(chǎn)業(yè)體系。測控公司依托現有的技術(shù)基礎和項目經(jīng)驗，將繼續深入研究智能制造關(guān)鍵技術(shù)，一方面進(jìn)行智能工廠(chǎng)、智能生產(chǎn)線(xiàn)、智能制造單元的規劃、建設與改造；另一方面以智能檢測設備、控制系統、PHM、試驗與測試數據管理、定制化中國企業(yè)MES等為突破口，研制智能生產(chǎn)線(xiàn)需要的智能檢測設備和數字化管理系統，參與高速鐵路機車(chē)、民用大飛機、機床等重點(diǎn)制造行業(yè)的智能制造示范工程建設，積累經(jīng)驗，創(chuàng )造業(yè)績(jì)，為智能制造產(chǎn)業(yè)的拓展做出貢獻。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年10月刊