【摘 ?要】物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將現(xiàn)實(shí)世界的物體和虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界聯(lián)系起來，傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)也隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展越來越智能化。物聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)下的重點(diǎn)關(guān)注的信息技術(shù)之一，也就是在利用嵌入機(jī)械的傳感器將車間生產(chǎn)的環(huán)境信息數(shù)據(jù)一一對應(yīng)地傳送到虛擬地互聯(lián)網(wǎng)上，這樣可以確保整個車間流水線的工作智能化。以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)開發(fā)出的機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)智能控制，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)系統(tǒng)與智能制造系統(tǒng)對點(diǎn)聯(lián)通、融合是當(dāng)下備受關(guān)注的研究課題。本文首先介紹了智能機(jī)械的定義與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況，然后對基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)械智能系統(tǒng)的現(xiàn)狀做了簡要分析。提出基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)械智能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和智能制造的主要特征，最后分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能制造的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);機(jī)械制造;能源管理;智能制造

一 緒論

1.1研究背景

從最古老的機(jī)械來看，傳統(tǒng)機(jī)械都是以力學(xué)基礎(chǔ)來設(shè)計的，需要靠人工來實(shí)現(xiàn)運(yùn)作，也就需要人類大腦間接控制機(jī)械工作。那么一旦使用環(huán)境發(fā)生變化或者機(jī)械使用者本身出現(xiàn)問題，機(jī)械工作就無法控制，這樣機(jī)械就有可能遭到損壞，還有可能嚴(yán)重威脅人民生命財產(chǎn)。進(jìn)入工業(yè)化社會后，機(jī)械工程總量越來越多，但是機(jī)械分布不集中而且信息傳送手段慢，那么工廠生產(chǎn)過程中的信息難以收集。這樣造成工廠機(jī)械運(yùn)行成本高，機(jī)械設(shè)備監(jiān)管困難。隨著信息化時代的到來，如果工廠工業(yè)和信息化沒有融合起來，那么機(jī)械綜合利用水平低，這樣就會使工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率難以大幅度提高，阻礙現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。因此，開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)械智能控制系統(tǒng)是時代的需求，這種新時代的智能機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)時可以提高產(chǎn)量也可以提高生產(chǎn)靈活度。通過物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)械制造的融合，讓工業(yè)經(jīng)濟(jì)流程中的客戶、工廠和供應(yīng)商之間聯(lián)系更加緊密，這樣產(chǎn)品的生產(chǎn)就可以形成較好的循環(huán)。

雖然智能機(jī)械是當(dāng)下工廠生產(chǎn)的需求，但是由于工程機(jī)械需求量小和使用周期長，工業(yè)機(jī)械自動化轉(zhuǎn)變還是較慢。近年來智能機(jī)械在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展下有了較快的進(jìn)展，但是裝配工藝仍然不夠成熟。由于大部分工作車床體積大，仍然還是老式的固定安裝，車床之間還是需要人工利用起重機(jī)或者叉車進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運(yùn)，那么工廠車間傳送還沒有達(dá)到完全自動化。目前國內(nèi)工廠車間生產(chǎn)線大部分依靠人工操作，工件運(yùn)輸和安裝也需要人工完成，由此可見目前國內(nèi)外還沒有自動化程度足夠高的裝配生產(chǎn)線。網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至今，各種信息之間的互聯(lián)互通讓工程機(jī)械物聯(lián)網(wǎng)概念逐漸完善。與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的技術(shù)可以滿足市場的需求，讓傳統(tǒng)機(jī)械制造向智能制造轉(zhuǎn)變。為智能機(jī)械而建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)可以顯示完整的機(jī)械現(xiàn)狀、潛在故障和使用壽命等信息，然后使用者就可以全程監(jiān)控遠(yuǎn)程操作。這樣工廠產(chǎn)品質(zhì)量可以得到保證，同時也可以為設(shè)計者提供詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

對收集存儲的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析分析，可以對機(jī)械工作效率和員工操作習(xí)慣進(jìn)行全方位比較，然后幫助企業(yè)管理者了解產(chǎn)品的市場發(fā)展趨勢并及時做出大方向的調(diào)整，這樣極大的讓產(chǎn)品滿足市場的需求。在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的大環(huán)境下，積極開發(fā)機(jī)械智能控制系統(tǒng)，不但能夠提高工廠自動化與智能化程度，而且能夠提高工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，帶動各行各業(yè)的快速發(fā)展。

1.2研究意義

隨著自動化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和集成控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)也迎來了信息化的發(fā)展前景。高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)讓實(shí)體世界的物品之間建立了聯(lián)系，人與物品之間的聯(lián)系不再局限于人工操作機(jī)械這個途徑，車間機(jī)械生產(chǎn)管理和監(jiān)控可以通過物聯(lián)網(wǎng)這個新途徑實(shí)現(xiàn)了。物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計思路就是在機(jī)械系統(tǒng)中裝配感應(yīng)設(shè)備，把實(shí)體世界中機(jī)械生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)狀態(tài)、工作環(huán)境、維護(hù)計劃等數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)信息世界。在企業(yè)工廠車間的生產(chǎn)流水線上給所有機(jī)械設(shè)備都配備相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，這樣就不需要大量基礎(chǔ)工人近距離操控機(jī)械，只需要少量操作者遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理機(jī)械生產(chǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時傳送接受數(shù)據(jù)可以保證操作者可以全程大范圍的管理機(jī)械，這樣可以明顯減少員工投入而提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)車間的原料采購、生產(chǎn)、流通的各個環(huán)節(jié)的實(shí)施都可以轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上，可以為企業(yè)管理者對市場方向做出判斷時提供可靠的依據(jù)。未來工程機(jī)械智能制造的發(fā)展方向就是實(shí)現(xiàn)工廠的智能管理，最終提高工廠生產(chǎn)效率。針對大型工程機(jī)械裝配車間中的數(shù)據(jù)采集困難和信息反饋滯后的問題，就需要改變傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備制造廠的理念，用物聯(lián)網(wǎng)思維重新設(shè)計機(jī)械設(shè)備的零件和功能。將機(jī)械智能裝配系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)銜接融合的意義，首先提高了工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品的產(chǎn)品附加值。由此可見，機(jī)械智能與物聯(lián)銜接對于中國工程機(jī)械行業(yè)乃至整個裝備制造工業(yè)而言，都是企業(yè)發(fā)展擴(kuò)大增強(qiáng)的一條必經(jīng)之路。

二 機(jī)械智能和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)概述

2.1物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展概況

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是人與人之間的信息傳遞，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的是實(shí)體物體之間的聯(lián)系。主要是一些工業(yè)產(chǎn)品或農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，利用射頻識別和各類傳感器將終端物體的信息采集，然后通過互聯(lián)網(wǎng)通信鏈路將物體的信息傳輸至數(shù)據(jù)庫。互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)電信網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中傳遞數(shù)據(jù)的工具，讓嵌入傳感器的機(jī)械設(shè)備將多種實(shí)體物體聯(lián)系到一個大的網(wǎng)絡(luò)平臺上。這樣就實(shí)現(xiàn)了物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，使人對物識別更加方便，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理圖如圖1所示

由圖1可知，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由應(yīng)用層、感知層和網(wǎng)絡(luò)層等模塊組成，這些模塊的功能跟人體一樣可以實(shí)現(xiàn)智能控制。感知層模塊功能和人體的眼睛、鼻子和皮膚一樣可以初步感覺到物品的顏色性狀等信息。網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于人體的神經(jīng)系統(tǒng)，可以傳遞轉(zhuǎn)化信息數(shù)據(jù)。應(yīng)用層對應(yīng)機(jī)械性能設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)相當(dāng)于人體的大腦，可以在接收到信息后對信息分類處理。利用人體功能來比喻物聯(lián)網(wǎng)各模塊的功能，對傳感器和嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的位置與功能有了更加深入的了解。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心技術(shù)包括傳感器技術(shù)、射頻識別（RFID）技術(shù)和通信技術(shù)等：

1）傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供信息獲取功能，需要傳感器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號計算機(jī)才能處理。目前在工程車間生產(chǎn)過程中，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感器類型包括溫度傳感器、力學(xué)傳感器、位置傳感器和速度傳感器等，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供目標(biāo)追蹤所需的信息。

2）射頻識別（RFID）技術(shù)

射頻識別（RFID）技術(shù)也被稱為無線射頻技術(shù)，融合了無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)為一體的綜合技術(shù)。這種技術(shù)利用無線電信號進(jìn)行特定目標(biāo)識別，可以讓探測者遠(yuǎn)程鎖定目標(biāo)。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，使用射頻識別技術(shù)可以提高目標(biāo)物體的追蹤和識別能力，方便、快捷的獲取目標(biāo)信息，提高物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品終端關(guān)聯(lián)水平。

3）嵌入式技術(shù)

嵌入式技術(shù)是綜合了計算機(jī)軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)為一體的復(fù)雜技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的嵌入式技術(shù)基于計算機(jī)基礎(chǔ)，對實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的自動化控制等功能具有非常重要的意義。

4）通信技術(shù)

目前，主流的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)包括Wi-Fi技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和Zig-bee技術(shù)等，這些通信技術(shù)保障了物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，需要根據(jù)不同工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程特點(diǎn)來選取適宜的通信技術(shù)。

二十世紀(jì)九十年代初，施樂公司推出的網(wǎng)絡(luò)可樂販?zhǔn)蹤C(jī)是物聯(lián)網(wǎng)的初步雛形。1999年美國麻省理工學(xué)院建立了“自動識別中心（Auto-ID）”，提出“萬物皆可通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”，闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義。物聯(lián)網(wǎng)最初是以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的物流網(wǎng)絡(luò)，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和工廠機(jī)械應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)涵蓋的范圍越來越廣。在2009年8月，溫家寶總理以“感知中國”為主題的的講話將研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)視為打贏國際競爭的新技術(shù)，這個講話的精神引領(lǐng)我國物聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用進(jìn)入一個全新的世界。為了認(rèn)真貫徹落實(shí)總理講話精神，物聯(lián)網(wǎng)作為國家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，得到了政府的大力支持。物聯(lián)網(wǎng)在我國引起了各界極大的關(guān)注，其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括運(yùn)輸和物流、工業(yè)制造、健康醫(yī)療、智能環(huán)境（家庭、辦公、工廠）等，具有十分廣闊的市場前景。

2.2機(jī)械智能發(fā)展概況

傳統(tǒng)機(jī)械都是以力學(xué)基礎(chǔ)來設(shè)計的，需要靠人工操作機(jī)械運(yùn)行功能。而基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的機(jī)械相對來說增加了自動識別和自動操作的能力。智能機(jī)械可以脫離人工操控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和自動化控制，智能機(jī)械的出現(xiàn)是機(jī)械發(fā)展史上的一座里程碑。我國在幾千年前就有杠桿水車等機(jī)械工具，最早可以追溯到舊石器時代，機(jī)械工具就開始圍繞著人們的生產(chǎn)生活中。機(jī)械的結(jié)構(gòu)也隨著時代的發(fā)展越來越復(fù)雜，機(jī)械結(jié)構(gòu)變化的同時，機(jī)械動力也從一開始人工直接操控逐漸轉(zhuǎn)變成借助外力間接操控。但是機(jī)械結(jié)構(gòu)還是很龐大，機(jī)械效率還是很低。而減少人工人力投入可以提高機(jī)械效率，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動控制還是要依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)械實(shí)現(xiàn)智能化才能讓機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)安全有效。智能機(jī)械真正形成還要依賴于計算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)最初的功能只是信息存儲和處理以及語音圖形識別。運(yùn)用計算機(jī)控制機(jī)械嵌入式設(shè)備可以使機(jī)械實(shí)現(xiàn)完全自動化運(yùn)行。近代計算機(jī)發(fā)展下誕生的物聯(lián)網(wǎng)使得傳統(tǒng)機(jī)械運(yùn)作轉(zhuǎn)向智能化操作。上個世紀(jì)80年代，我國一些有大型生產(chǎn)車間的企業(yè)為了提高機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率，引進(jìn)了一些技術(shù)先進(jìn)的控制系統(tǒng)。促進(jìn)車間生產(chǎn)過程和生產(chǎn)管理自動化，機(jī)械設(shè)備與生產(chǎn)過程聯(lián)系更加緊密。生產(chǎn)過程中的設(shè)備工作信息可以通過計算機(jī)傳送更加全面，同時還可以進(jìn)行相關(guān)處理。

機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能操作就是需要可以實(shí)現(xiàn)感知和能動作用的零件，那么在機(jī)械生產(chǎn)時就裝配在設(shè)備中的傳感器和致動器就可以實(shí)現(xiàn)這兩個功能，最后再根據(jù)企業(yè)車間生產(chǎn)需求開發(fā)出控制平臺連接機(jī)械的控制器來信息處理和“思考”。傳統(tǒng)機(jī)械安裝了這些智能結(jié)構(gòu)后，就能和人類一樣感知外界環(huán)境的變化和機(jī)械自身的實(shí)際狀態(tài)。智能機(jī)械通過傳感器感知外界信息，再利用控制裝置做出判斷，再對致動器發(fā)出動作指令，最后機(jī)械就可以自動化執(zhí)行和完成操作。這些智能結(jié)構(gòu)還可以幫助機(jī)械在動態(tài)或在線狀態(tài)下的自檢測和自診斷，還可以隨時監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動修復(fù)和自適應(yīng)等多種功能。能實(shí)現(xiàn)全自動生產(chǎn)的機(jī)械依賴于以下三個重要零件：

（1）傳感器對機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)要高度敏感，快速將機(jī)械應(yīng)變或位移直接轉(zhuǎn)換成電信號輸出?？傮w來說傳感器擔(dān)任著幫助機(jī)械感知外界環(huán)境變化，然后收集外界信息的任務(wù)。

（2）致動器的功能是執(zhí)行控制器發(fā)出的指令，然后根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備工作需求對外界或內(nèi)部狀態(tài)與特性變化做出合理的反應(yīng)。控制器對傳感器傳來的信息處理后變?yōu)橹噶畎l(fā)給致動器，然后致動器在指令下使機(jī)械按照需求工作。也就是機(jī)械的工作零件的形狀、剛度、位置、固有頻率、阻尼等機(jī)械特性會做出改變，這種改變就是適應(yīng)設(shè)備工作環(huán)境的變化。

（3）控制器作為工程機(jī)械的大腦，在機(jī)械生產(chǎn)的時候就要嵌入設(shè)備的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，跟人類大腦一樣就是控制實(shí)體機(jī)械設(shè)備的所有動作。那么控制器在感受和制動之間要實(shí)時連接，整個機(jī)械工作過程中都要處理各種信息。

由此可以看出，智能機(jī)械有許多傳統(tǒng)機(jī)械不具有的某些特性。這些優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械的特性使智能機(jī)械成為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息研究領(lǐng)域的一個重要的組成部分，是當(dāng)下各界人員關(guān)注的焦點(diǎn)。智能機(jī)械是作為機(jī)械發(fā)展的前沿領(lǐng)域，使機(jī)械發(fā)展跨越了一座里程碑。

三 機(jī)械智能和物聯(lián)銜接發(fā)展探析

3.1 工業(yè)4.0的影響

實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)“互聯(lián)互通"是物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的核心。脫離人和動物提供動力的機(jī)械設(shè)備帶來了第一次工業(yè)革命，機(jī)械設(shè)備的動力和速度都比人類高很多，使企業(yè)生產(chǎn)效率得到了明顯的提高。雖然第一次工業(yè)革命后燃料等能源提供動力，但是機(jī)械設(shè)備還是需要人工操作控制。電子和信息通信技術(shù)嵌入到機(jī)械設(shè)備中，讓車間機(jī)械的制造過程實(shí)現(xiàn)的自動化操作，這個就是第三次工業(yè)革命的標(biāo)志。那么物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)嵌入到機(jī)械工作實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操控和少部分人實(shí)現(xiàn)大范圍操控的全自動生產(chǎn)線，就是第四次工業(yè)革命的特征，也就是常說的工業(yè)4.0時代到來了。從原材料開始直到產(chǎn)品最終交付客戶的整個過程實(shí)現(xiàn)智能化，以滿足客戶靈活多變的要求。機(jī)械智能與物聯(lián)網(wǎng)銜接是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心與關(guān)鍵。

智能制造類比人體的話，信息系統(tǒng)相當(dāng)于大腦，機(jī)械設(shè)備相當(dāng)于各部分器官。而物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相當(dāng)于聯(lián)通各器官之間的血管，可以實(shí)現(xiàn)物料在生產(chǎn)工序間有序流轉(zhuǎn)，使智能制造系統(tǒng)效運(yùn)行的載體。

我國經(jīng)濟(jì)市場將在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展下產(chǎn)生巨大的變化，因此，研究者在經(jīng)濟(jì)學(xué)智庫上設(shè)計了相關(guān)調(diào)查問卷。問卷結(jié)果統(tǒng)計顯示對物聯(lián)網(wǎng)持期待態(tài)度的人員占總?cè)藬?shù)的38%，同時，對于利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以增加企業(yè)競爭力的看法還是有非常多的票數(shù)。將物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)械智能銜接發(fā)展對我國經(jīng)濟(jì)有明顯利好，為了推動智能制造車間的發(fā)展，我國相繼發(fā)布了促進(jìn)智能機(jī)械和生產(chǎn)的相關(guān)方針和政策。與此同時，企業(yè)針對物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)械智能銜接上的投資和研發(fā)力度也是有增無減，在原本趨于成熟的機(jī)械智能上加上物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢如虎添翼。由此可見，智能制造在我國有著極為廣闊的發(fā)展空間，可以為我國經(jīng)濟(jì)市場提供更加全面的發(fā)展未來。

3.2機(jī)械智能與物聯(lián)銜接障礙

智能制造簡化了企業(yè)車間工業(yè)生產(chǎn)過程中的員工操作，提高企業(yè)生產(chǎn)效率和工業(yè)成品的質(zhì)量。隨著信息化世界的發(fā)展，各大企業(yè)對建設(shè)數(shù)字化工廠、數(shù)字化車間更為急迫。由于多數(shù)企業(yè)對智能制造的理解不夠準(zhǔn)確，只了解智能制造最終可以達(dá)到的效果，對于智能制造所需要的設(shè)備工作環(huán)境不太了解。對于企業(yè)的生產(chǎn)工藝能否通過智能制造來實(shí)現(xiàn)也不是很清楚，很多企業(yè)想要實(shí)現(xiàn)工廠智能制造就需要對傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改良。首先如果一些產(chǎn)品利用智能機(jī)械生產(chǎn)需要進(jìn)行大量改進(jìn)和投入，而對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率提高緩慢，這種企業(yè)是不適合完全進(jìn)入自動化生產(chǎn)的。所以對于一些小規(guī)模的制造企業(yè)還不適合引進(jìn)智能制造的生產(chǎn)理念，而一些可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)還是比較適合進(jìn)行生產(chǎn)車間的智能改造。

實(shí)施全自動化車間生產(chǎn)很可能需要通過改變企業(yè)原有的生產(chǎn)工藝或者生產(chǎn)流程來適應(yīng)智能制造項(xiàng)目，而改變生產(chǎn)工藝有可能直接影響到成品品質(zhì)與產(chǎn)量。要想實(shí)現(xiàn)智能制造就要考慮到生產(chǎn)工藝改變帶來的影響，來規(guī)避企業(yè)投資風(fēng)險。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能制造項(xiàng)目需要大量的資金投入，這樣就無法保障企業(yè)持續(xù)投入的資金，這樣有可能連企業(yè)車間生產(chǎn)線都無法順利實(shí)施。企業(yè)生產(chǎn)自動化后就得進(jìn)入批量生產(chǎn)模式，在企業(yè)產(chǎn)品市場需求波動較大的情況下就容易造成產(chǎn)品積壓。

3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)械智能設(shè)備研究

3.3.1 系統(tǒng)感知技術(shù)

在智能制造過程中，系統(tǒng)的感知和分析數(shù)據(jù)的能力是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵。根據(jù)控制器處理數(shù)據(jù)形成指令，調(diào)整機(jī)械設(shè)備的操作設(shè)置。將這個整個過程信息保存，就可以和人一樣進(jìn)行遷移運(yùn)用，類似人的學(xué)習(xí)和應(yīng)用的能力。合適的生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)方法是物聯(lián)與機(jī)械智能銜接的關(guān)鍵。機(jī)械工作環(huán)境會變化，機(jī)械配置的傳感器就要及時感知變化來調(diào)整機(jī)械工作行為來適應(yīng)環(huán)境變化，要過濾掉外界無用的干擾因素。提升傳感器的系統(tǒng)感知技術(shù)后，可以將機(jī)械執(zhí)行復(fù)雜裝配指令時細(xì)節(jié)更加清晰，也可以提升機(jī)械的反應(yīng)能力。對于錯誤指令也可以及時反應(yīng)并糾正操作，對于生產(chǎn)車間的動態(tài)過程都可以積極響應(yīng)并控制。整個生產(chǎn)裝配部門需要多種功能的傳感器，比如位置鎖定，施力距離和壓力感應(yīng)功能的傳感器。配備齊全的傳感器可以讓機(jī)械對車間生產(chǎn)流水線進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析，再利用控制器優(yōu)化和控制，讓車間生產(chǎn)過程更加精準(zhǔn)和實(shí)時監(jiān)控作用，保證智能機(jī)械可以主動收集生產(chǎn)過程信息。傳統(tǒng)傳感器對環(huán)境變化的反應(yīng)和控制能力都較差，車間生產(chǎn)容錯性差，機(jī)械和傳感器配對契合性太高，在工程生產(chǎn)過程中無法到達(dá)全自動智能制造的要求。所以傳感器設(shè)計需要更加智能和可靠，同時增加安全性和節(jié)能性的需求。根據(jù)多功能的傳感器設(shè)計軟件硬件平臺，就可以對企業(yè)車間生產(chǎn)過程感應(yīng)并傳送數(shù)據(jù)，提升控制器的數(shù)據(jù)處理能力，提高傳感器采樣精度同時降低機(jī)械故障率。

3.3.2物聯(lián)網(wǎng)核心軟硬件產(chǎn)品研制及組網(wǎng)研究

規(guī)模較大的企業(yè)在進(jìn)行智能車間改造時，除了智能機(jī)械的設(shè)計還需要設(shè)計智能控制中心，就是將無限傳感器傳輸線路聚集在一起的大型網(wǎng)絡(luò)平臺。設(shè)計這類網(wǎng)絡(luò)平臺 就可以將機(jī)械各個位置的傳感器節(jié)點(diǎn)和機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定并且實(shí)時關(guān)聯(lián)起來，這樣點(diǎn)對點(diǎn)的信息傳輸和顯示就可以對車間生產(chǎn)進(jìn)行全面的感知和監(jiān)控。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他產(chǎn)品一樣與具體的應(yīng)用擁有著緊密聯(lián)系，因此在進(jìn)行路由設(shè)計時考慮外界因素對其的影響是必要的。大規(guī)模車間生產(chǎn)的環(huán)境比較復(fù)雜，那么傳感器信號傳輸就容易收到金屬機(jī)械設(shè)備零件的干擾。因此，在無限傳感傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計就需要進(jìn)行復(fù)雜工作環(huán)境的可靠性研究。在車間生產(chǎn)時進(jìn)行實(shí)際測試再經(jīng)過理論分析綜合得到對各個傳感器節(jié)點(diǎn)無限傳輸?shù)母蓴_因子，阻礙數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼系K以及相對應(yīng)的解決辦法。那么開展企業(yè)車間生產(chǎn)針對性的物聯(lián)網(wǎng)核心產(chǎn)品研究時必不可少的，這樣可以對復(fù)雜車間工作流程的節(jié)點(diǎn)都有特定的網(wǎng)絡(luò)平臺節(jié)點(diǎn)，就可以將各個不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互相聯(lián)系起來。使得他們既可以獨(dú)立運(yùn)行，又可以聯(lián)合運(yùn)行，互相支撐，共享數(shù)據(jù)資源。這種方式研究并不困難是可行的且是已經(jīng)有其他方面已經(jīng)有雛形了的。例如現(xiàn)在部分區(qū)域?qū)嵭械挠盟{(lán)牙或網(wǎng)絡(luò)對各個社區(qū)水電的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集來進(jìn)行管理，但同時又對其他區(qū)域水電情況相互聯(lián)系從而進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、聯(lián)合運(yùn)行、相互支撐。這種形式用于生產(chǎn)間可使得整個產(chǎn)業(yè)鏈可宏觀調(diào)控可微觀優(yōu)化，市場與政策的變化和于之對應(yīng)的生產(chǎn)的產(chǎn)量的變化質(zhì)量要求的變化產(chǎn)品外形和功能要求的變化，兩者之間的調(diào)控和轉(zhuǎn)化更加靈活，而打破了原本模具化生產(chǎn)這種靈活的生產(chǎn)模式所帶來的經(jīng)濟(jì)效益也更加的高。

3.4工廠優(yōu)化決策的透明性

智能機(jī)械的設(shè)計都是通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計或是根據(jù)概率計算的方式來保證智能機(jī)械的可靠性。而物聯(lián)網(wǎng)在智能機(jī)械中能夠提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使其能夠根據(jù)參數(shù)來進(jìn)行概率計算和統(tǒng)計，從而有效確保了這些數(shù)據(jù)的安全性。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)橹悄軝C(jī)械提供大量可變數(shù)據(jù)，而且可以確保這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最終提高智能機(jī)械設(shè)計的準(zhǔn)確性，可以幫助領(lǐng)導(dǎo)者隨時作出適應(yīng)市場變化的決策。物聯(lián)網(wǎng)時效性之強(qiáng)以至應(yīng)用除及時提供可變數(shù)據(jù)外在工廠由決策到實(shí)施這種端到端的調(diào)控具有明顯的成效。例如可以利用移動技術(shù)來縮短問題和決策之間的時間差，使不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品在未生產(chǎn)出來之前就已經(jīng)加以制止或利用時間差計算偏離誤差并改善。

3.5大數(shù)據(jù)創(chuàng)造價值

對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在機(jī)械生產(chǎn)過程中存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以帶來經(jīng)驗(yàn)價值和決策創(chuàng)新。例如，智能機(jī)械廠家可以依據(jù)傳感器收集的機(jī)械工作時期的狀態(tài)參數(shù)，來判斷和預(yù)測設(shè)備是否發(fā)生故障，這樣就可以及時為客戶提供對癥的維修服務(wù)。車間生產(chǎn)過程中可以提高設(shè)備生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，確?？蛻衾娴玫奖Ｕ?，讓企業(yè)與客戶聯(lián)系得更加穩(wěn)固。智能制造車間配置智能電表，它可以提供機(jī)械工作時的詳細(xì)數(shù)據(jù)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)處理分析這些數(shù)據(jù)，可以將環(huán)保能源要求來對車間生產(chǎn)實(shí)行節(jié)能高效的遠(yuǎn)程管理。

四 機(jī)械智能與物聯(lián)銜接的發(fā)展成果

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，智能制造行業(yè)向做大做強(qiáng)的方向發(fā)展的趨勢也越來越明顯清晰。從機(jī)械生產(chǎn)自動化大量顯現(xiàn)出新技術(shù)、新產(chǎn)品和新模式的情況來看，環(huán)保節(jié)能與智能化是行業(yè)發(fā)展的兩大方向。

2018年舉辦的baumaChina2018展的主題“智造愿景，縱橫大觀”，全面向各界人士展示了車間工程機(jī)械智能制造的發(fā)展未來。車間生產(chǎn)成品智能化、車間設(shè)備運(yùn)行智能化和設(shè)備操作平臺智能化是機(jī)械智能發(fā)展的三個體現(xiàn)。智能機(jī)械融入物聯(lián)網(wǎng)，各企業(yè)也是順應(yīng)時代潮流，在創(chuàng)新的激流中把握機(jī)遇，打造真正極致的產(chǎn)品，形成良好的用戶口碑，使工程機(jī)械市場蓬勃發(fā)展?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能機(jī)械要具備自動化、感知環(huán)境和減少人工作業(yè)程度的特點(diǎn)。

工程機(jī)械智能化發(fā)展成為新趨勢。目前國內(nèi)許多主機(jī)廠已經(jīng)設(shè)計出部分智能工程機(jī)械產(chǎn)品，如山推股份推出的DE17R，是我國最早利用無線遙控靜壓驅(qū)動的無人駕駛環(huán)衛(wèi)型推土機(jī)。它是山推公司科研團(tuán)隊完全自主研發(fā)的，也使推土機(jī)開始了無人操控的時代。人員通過無線遙控進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，最遠(yuǎn)操控距離可以達(dá)到五百米。山河智能隨后推出了穩(wěn)定性高、人巖能力強(qiáng)的SWDM系列旋智能挖鉆機(jī)的。這類智能挖鉆機(jī)自動化程度較高，在路況復(fù)雜的情況下工作或者行駛時，操控著可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，確保工作人員生命安全。機(jī)械智能感應(yīng)環(huán)境變化時可以智能化調(diào)整設(shè)備性能，這樣也可以降低機(jī)器損壞率。工作人員遠(yuǎn)程操作更加舒適便利，也可以降低生產(chǎn)施工成本。智能挖鉆機(jī)配護(hù)筒驅(qū)動器、配搓管機(jī)下套管，或配合全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)施工，功能多樣。還有三一重工推出的遠(yuǎn)程救援挖掘機(jī)、卡特在baumaChina2018展現(xiàn)場演示的智能挖掘機(jī)作業(yè)、神鋼配備3D智能挖掘系統(tǒng)的SK200等。這些智能機(jī)械都能夠?qū)崿F(xiàn)自動裝載、狀態(tài)識別、云通信、良好的人機(jī)交互等功能。斗山在5G遠(yuǎn)程控制技術(shù)方面的創(chuàng)新成果也讓人矚目。斗山工程機(jī)械5G遠(yuǎn)程控制技術(shù)從研發(fā)思路到實(shí)施效果的每一環(huán)節(jié)都體現(xiàn)了智能制造的優(yōu)勢。斗山表示，智能化已經(jīng)成為整個行業(yè)的重中之重，更在企業(yè)升級中逐步落地，斗山的5G遠(yuǎn)程控制技術(shù)將成為未來行業(yè)發(fā)展的核心和榜樣。

在物聯(lián)網(wǎng)與智能機(jī)械的交互發(fā)展的情況下，國內(nèi)工程機(jī)械企業(yè)都在研制嵌入物聯(lián)技術(shù)的智能機(jī)械。紛紛推出各自的智能化機(jī)械，這些機(jī)械也在逐步實(shí)現(xiàn)智能制造的功能。隨著各大企業(yè)紛紛投入智能機(jī)械的研究中，依據(jù)現(xiàn)有的智能制造的研究成果和成績，在不久的將來各類機(jī)械制造企業(yè)將會推出生產(chǎn)自動化更加全面的機(jī)械和功能更加多樣的成熟智能產(chǎn)品。機(jī)械操作在物聯(lián)網(wǎng)的帶領(lǐng)下越來越智能，車間機(jī)械生產(chǎn)車間流水線也可以實(shí)現(xiàn)全程智能化。中聯(lián)重科作為全球高端裝備制造商，建成的中聯(lián)重科塔機(jī)智能工廠集智能產(chǎn)品、智能制造、智能服務(wù)于一體。是行業(yè)全球唯一的一座應(yīng)用智能控制技術(shù)、智能生產(chǎn)線技術(shù)、智能物流技術(shù)、智能檢測技術(shù)的產(chǎn)業(yè)園區(qū)。這樣的智能工廠已經(jīng)應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，智能操控系統(tǒng)和智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備上互相融合，以此來構(gòu)建更具有生態(tài)理發(fā)展念和更適應(yīng)未來發(fā)展要求的人性化工廠。由此可見，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能機(jī)械產(chǎn)業(yè)是未來科技時代的體現(xiàn)，也可以適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的需求變化。

隨著智能機(jī)械技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷融合，我國一些企業(yè)開始搭建與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的工廠制造智能平臺。雷沃智慧建設(shè)解決方案（iBuilding）是“整機(jī)+互聯(lián)網(wǎng)”，通過智能終端與汽車實(shí)體相互對應(yīng)連接，可以對行駛中的車輛狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和遠(yuǎn)程自動控制。配置iBuilding的車輛從出廠開始，就可以利用軟件對車輛進(jìn)行全面不間斷的監(jiān)測，再利用軟件平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析監(jiān)控。使車輛使用者可以得到金融服務(wù)、作業(yè)管理、保養(yǎng)維修、車輛租賃、二手機(jī)管理等全方位的一條龍服務(wù)。

成立于2009年的鐵甲也是工程機(jī)械互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)軍企業(yè)，致力于用互聯(lián)網(wǎng)的方式推動中國工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。在baumaChina2018展亮相的鐵甲云盒也是鐵甲發(fā)力智慧工地建設(shè)，對機(jī)械產(chǎn)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的探索與融合道路的探索產(chǎn)品。在工業(yè)4.0思潮和物聯(lián)網(wǎng)等科技高質(zhì)量發(fā)展中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是機(jī)械智能制造的核心技術(shù)。全球互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐漸成熟的情況下，物聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展將全球經(jīng)濟(jì)和科技帶入了新的階層。隨著物聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的也得到了快速發(fā)展。工程機(jī)械產(chǎn)品向全程自動化制造的發(fā)展，并且機(jī)械智能化程度也越來越高。隨著機(jī)械智能與物聯(lián)網(wǎng)的緊密聯(lián)接，工程機(jī)械行業(yè)正在逐步邁向智能化的未來發(fā)展，向著“互聯(lián)物聯(lián)產(chǎn)業(yè)智能”的目標(biāo)不斷前進(jìn)。

五 結(jié)論

智能機(jī)械是信息時代高速發(fā)展的產(chǎn)物，在實(shí)際應(yīng)用的過程中雖然遇到多種問題。但是工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入智能化是科技社會的發(fā)展趨勢，為適應(yīng)車間生產(chǎn)正在不斷改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，不久的將來智能制造的一定會得到大面積普及。本文首先概述了物聯(lián)網(wǎng)和智能機(jī)械的發(fā)展和結(jié)構(gòu)，然后引出了工業(yè)4.0的內(nèi)涵，提出智能制造的理念。介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能機(jī)械框架和主要技術(shù)，描述了智能制造的特征，最后介紹了我國在智能機(jī)械上的研究成果。在車間生產(chǎn)的流水線中，智能機(jī)械的傳感器收集的信息經(jīng)過處理可以讓控制器發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)智能操作。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理分析存儲，可以讓管理者對生產(chǎn)流程的資源分配做出正確的決策。將這些數(shù)據(jù)分析結(jié)果應(yīng)用在車間智能生產(chǎn)實(shí)踐過程中，就可以提高企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

將物聯(lián)網(wǎng)與智能機(jī)械的融合設(shè)計是智能制造的主要思路，通過傳感器和控制器對智能機(jī)械的工作環(huán)境和狀態(tài)數(shù)據(jù)收集和處理。這些可靠的數(shù)據(jù)讓智能機(jī)械工作過程和結(jié)果有一定的保障，這樣就可以讓智能機(jī)械的功能全部體現(xiàn)出來。將智能機(jī)械與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)融合是智能機(jī)械設(shè)計的方向，這樣可以將智能機(jī)械的功能發(fā)揮到最大。我國的智能機(jī)械已經(jīng)取得初步的成就，要讓企業(yè)整個車間生產(chǎn)達(dá)到全自動操控，還需要各界企業(yè)和相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)共同努力。設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的智能機(jī)械是高科技時代的發(fā)展方向，也可以讓人類文明進(jìn)入一個全新的智能時代。

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作者簡介：

張夢軍，男、1998.5、漢族、安徽淮北人、本科、研究方向：機(jī)械理論前沿。

（作者單位：池州學(xué)院）