鋼鐵行業(yè)檢測實驗室中智能制造的應(yīng)用

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摘要:為實現(xiàn)制造強國戰(zhàn)略目標，提升市場競爭力，企業(yè)積極轉(zhuǎn)型，提高生產(chǎn)過程的智能化。隨著《中國制造2025》全面推進，面向鋼鐵行業(yè)的智能工廠集成創(chuàng)新，覆蓋了產(chǎn)品研發(fā)、工藝、制造、檢測、物流等各環(huán)節(jié)的智能化已經(jīng)逐步延伸，但是涉及到檢測領(lǐng)域尚屬于空白，在此背景下，鋼鐵行業(yè)檢測實驗室推進智能制造已迫在眉睫。

關(guān)鍵詞:智能制造;檢測;視覺識別;激光切割

引言

《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略明確提出:著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進生產(chǎn)過程智能化，培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平［1］。伴隨著我國高新技術(shù)的不斷發(fā)展，智能制造技術(shù)成為影響市場經(jīng)濟環(huán)境的重要因素，智能制造技術(shù)一改傳統(tǒng)人工工作流程，是新時代科技領(lǐng)域的創(chuàng)新結(jié)晶，將其應(yīng)用到自動化工業(yè)生產(chǎn)中能夠有效降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品工作效率。隨著技術(shù)的更新，現(xiàn)在的智能制造技術(shù)越來越有秩序，將智能制造技術(shù)應(yīng)用于自動化工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)實意義非凡，為工業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的保障［2］。

1智能制造的現(xiàn)狀

智能制造最早興起于20世紀90年代，由日本最早提出，并聯(lián)合美國、加拿大等國一起意圖突破柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)存在的局限性，隨后各主要國家都相繼展開智能制造的研究，以德國的“工業(yè)4.0”計劃和美國提出的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”最具有代表性。所謂“工業(yè)4.0”就是第4次工業(yè)革命的簡稱，旨在充分結(jié)合信息物理系統(tǒng)(Cyber－PhysicalSystem，CPS)與信息通信技術(shù)，使人、機器以及產(chǎn)品實時互聯(lián)以實現(xiàn)智能制造［3］?！肮I(yè)互聯(lián)網(wǎng)”是指開放、全球化的網(wǎng)絡(luò)，將人、數(shù)據(jù)和機器連接起來，是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行大規(guī)模工業(yè)制造技術(shù)，其目的是升級那些關(guān)鍵的工業(yè)領(lǐng)域。前面的3次工業(yè)革命分別為18世紀末的“蒸汽革命”、20世紀初的“電氣革命”、20世紀中期及以后的“電子信息革命”［4］。而現(xiàn)在以智能制造為主要核心的制造業(yè)革命就自然而然被稱為第4次工業(yè)革命。智能制造并不是人們憑空設(shè)想的制造模式，而是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷積累特別是新技術(shù)的出現(xiàn)與當(dāng)前制造業(yè)模式存在的弊端日益突出而順應(yīng)產(chǎn)生的。目前世界各國對智能制造的認識與研究還處于初級起步階段，許多構(gòu)思與設(shè)想還只是停留在理論階段。有的學(xué)者提出將智能制造未來的發(fā)展劃分為3個階段:第一個階段是實現(xiàn)企業(yè)和工廠之間的互聯(lián)，在不同的工廠車間和企業(yè)之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)能夠更好地協(xié)調(diào)，達到提高企業(yè)整體效率的目的;第二階段是利用計算機技術(shù)對產(chǎn)品和數(shù)據(jù)進行建模和仿真處理，初步達到“制造智能”，使產(chǎn)品的設(shè)計更優(yōu)化和個性需求能更好地實現(xiàn);第三個階段是在不斷完善增長的智能制造基礎(chǔ)上創(chuàng)新產(chǎn)品和創(chuàng)新制造工藝，使現(xiàn)有的商業(yè)模式和消費模式得到智能化的改變［5］。

2智能制造實現(xiàn)的關(guān)鍵

實現(xiàn)智能制造需具備以下三個關(guān)鍵條件:1)物聯(lián)網(wǎng)IOT(TheInternetofThings)物聯(lián)網(wǎng)指通過各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等各種裝置與技術(shù)，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)IOT是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采集、連接各種數(shù)據(jù)，通過學(xué)習(xí)與總結(jié)，將物數(shù)字化。2)人工智能AI(ArtificialIntelligence)人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計算機科學(xué)的一個分支，它企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機器，該領(lǐng)域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能AI是大腦，根據(jù)數(shù)據(jù)的實時變化做出恰如其分的指令。3)云計算(CloudComputing)云計算(cloudcomputing)是分布式計算的一種，指的是通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，然后，通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。云計算是心臟，為整個智能制造決策提供充分而富有彈性的計算力支持。

3智能制造在實驗室的應(yīng)用

智能實驗室是積極推進《中國制造2025》，推進企業(yè)工業(yè)化、信息化兩化融合，提升品牌、質(zhì)量和勞動效率，強化風(fēng)險防控能力的重要舉措。面向智能制造，全面采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、在線檢測、圖像識別與閉環(huán)控制及智能數(shù)據(jù)挖掘新技術(shù);工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不僅作為解決數(shù)控設(shè)備通訊的網(wǎng)絡(luò)平臺，更實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備和工位智能化聯(lián)網(wǎng)。采用先進的在線檢測、圖像識別技術(shù)實現(xiàn)流程自動化、信息化、智能化。采用網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)管理和挖掘分析，實現(xiàn)靈活柔性智能加工、檢測和數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)任一網(wǎng)絡(luò)用戶都可以通過訪問該系統(tǒng)的網(wǎng)頁獲得該系統(tǒng)的相關(guān)信息。以下是筆者對智能實驗室的一些體會和建議:1)機器視覺識別技術(shù)機器視覺識別技術(shù)，是一門涉及人工智能、計算機科學(xué)、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。機器視覺主要用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。在實驗室中可實現(xiàn)的功能包括送檢樣品的自動識別、彎曲試樣裂紋識別與判斷、拉伸試驗斷后伸長率的視覺測量。2)激光切割技術(shù)的應(yīng)用激光技術(shù)是20世紀與原子能、半導(dǎo)體及計算機齊名的四項重要發(fā)明之一，激光切割被稱之為“最快的刀、最亮的光、最準的尺”，激光切割是將能量聚焦到微小的空間，利用高密度的能量進行非接觸、高精度、高質(zhì)量、高效率的切割方法，隨著加工技術(shù)的飛速發(fā)展，激光切割將會逐步成為鋼鐵產(chǎn)品力學(xué)檢測樣品的主流加工方法，并得到廣泛應(yīng)用，激光切割將會改變傳統(tǒng)的機加工方法，但是有一點必須注意，就是激光切割屬于熱加工，在材料的被加工面會形成熱影響區(qū)，而熱影響區(qū)會對材料的性能產(chǎn)生影響，為檢測出材料的真實性能，必須在去除熱影響區(qū)。GB/T2975－2018《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位置及試樣制備》資料性附錄B中，已明確采用激光切割方法的加工余量，這是筆者在大量試驗的基礎(chǔ)上，聯(lián)合多位業(yè)內(nèi)專家共同向鋼標委提出的建議，并最終被采納。3)樣品物流運輸系統(tǒng)在智能實驗室中，樣品的物流運輸系統(tǒng)是至關(guān)重要的，是實現(xiàn)智能檢測的基礎(chǔ)，按照整體流程設(shè)計，可采用AGV小車完成試料、試樣及廢料的運輸。AGV小車(AutomatedGuidedVehicle，簡稱AGV)，指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，工業(yè)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為其動力來源。一般可通過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁軌道(e-lectromagneticpath－followingsystem)來設(shè)立其行進路線，電磁軌道黏貼于地板上，無人搬運車則依靠電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。4)質(zhì)量管控智能系統(tǒng)通過基于可擴展的智能質(zhì)量分析算法庫和仿真模擬進行質(zhì)量缺陷診斷、溯源、調(diào)控，在不斷的經(jīng)驗積累和算法庫優(yōu)化中逐步改進試樣加工工藝、排程、檢驗技術(shù)等，實現(xiàn)質(zhì)量體系的閉環(huán)控制，最終達到質(zhì)量智能精準管控。5)其他關(guān)鍵智能應(yīng)用除上述功能以外，在智能實驗室中還要設(shè)計安全防護智能監(jiān)控系統(tǒng)、能源管理智能管控、關(guān)鍵設(shè)備質(zhì)量預(yù)警與管控等。

4結(jié)語

綜上所述，伴隨著現(xiàn)階段智能制造持續(xù)進步發(fā)展及材料檢測行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，在鋼鐵行業(yè)檢測實驗室推行智能制造是完全可行的，智能制造的體現(xiàn)就是智能檢測技術(shù)的全面應(yīng)用，智能與檢測二者缺一不可，在檢測實驗室向智能制造的發(fā)展過程中，必須堅持從實際出發(fā)，以實際需求為導(dǎo)向，不可一味只追求智能化，要結(jié)合實驗室的實際需求，科學(xué)合理地應(yīng)用智能檢測技術(shù)，確保智能檢測技術(shù)優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，助力鋼鐵行業(yè)檢測實驗室的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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［4］彭訓(xùn)文．工業(yè)4.0:從自動生產(chǎn)到智能制造［J］．大飛機，2014(7)

［5］呂佑龍，張潔．基于大數(shù)據(jù)的智慧工廠技術(shù)框架［J］．計算級集成制造系統(tǒng)，2016，11(22)

作者：周志超 張廣治 王貴玉 單位：北京首鋼股份有限公司質(zhì)量檢驗部