第一篇：智能制造技術

現代制造技術

1142813203 吳文樂

摘要：現代制造技術是在傳統制造技術的基礎上, 不斷吸收和發展機械、電子、能源、材料、信息及現代管理技術的成果, 將其綜合應用于產品設計、制造、檢驗、管理服務等產品生命周 期的全過程, 以實現優質、高效、低耗、靈活、清潔的生產技術模式,取得理想的技術經濟效果的制造技術的總稱傳統的自動化生產技術可以顯著提高生產效率，然而其局限性也顯而易見，即無法很好地適應中小批量生產的要求。隨著現代制造技術的發展，特別是自動控制技術、數控加工技術、工業機器人技術等的迅猛發展，柔性制造技術(FMI)應運而生。

關鍵詞：現代制造技術；自動控制技術；柔性制造技術

1.現代制造技術發展綜述

現代制造技術在系統論、方法論、信息論和協同 論等的基礎上形成制造系統工程學，是一種廣義制造的概念，亦稱之為“大制造”的概念，它體現了制造概念的擴展。廣義制造概念的形成過程主要有以下幾方面原因[1]。

1).制造設計一體化。體現制造和設計的密切結合，形成了設計制造一體化，設計不僅是指產品設計，而且包括工藝設計、生產調度設計、質量控制設計等。

2).材料成形機理的擴展。現在加工成形機理明確地將加工分為去除加工、結合加工和變形加工。

3).制造技術的綜合性。現代制造技術是一門以 機械為主體，交叉融合光、電、信息、材料等學科的綜合體，并與管理科學、社會科學、文化、藝術、人機工 程、生物工程和生命科學等相結合，拓展了新領域。現代制造技術應包括硬件和軟件兩大方面，硬／軟件工具、平臺和支撐環境有了很大的發展。

4).產品的全生命周期。制造的范疇從過去的設計、加工和裝配發展為產品的全生命周期，包括市場調研、設計、制造、銷售、維修和報廢處理等。

5).生產制造模式的發展。計算機集成制造技術 是制造技術與信息技術結合的產物，集成制造系統強 調信息集成，其后出現了柔性制造、敏捷制造、虛擬制 造、網絡制造、大規模定制、綠色制造、智能制造和協 同制造等多種制造模式，有效地提高了制造技術的水平，擴展了制造技術的領域[2]。

現代制造技術的發展主要沿著“廣義制造”或稱 “大制造”的方向發展，其具體的發展可以歸納為四個方面和多個大項目[3]，如圖1所示：

圖1：現代制造技術方向

針對現代制造技術，本文從柔性制造技術的角度對現代制造技術進行學習，對柔性制造在實際中的應用進行深入的研究；

2.柔性制造

2.1 柔性制造簡述

所謂“柔性”，是指制造系統(企業)對系統內部及外部環境的一種適應能力，也是指制造系統能夠適應產品變化的能力。柔性可分為瞬時、短期和長期柔性[4]。瞬時柔性是指設備出現故障后，自動排除故障或將零件轉移到另一臺設備上繼續進行加工的能力；短期柔性是指系統在短時期內，適應加工對象變化的能力，包括在任意時期混合進行加工2種以上零件的能力；長期柔性則是指系統在長期使用中，能夠加工各種不同零件的能力。迄今為止，柔性還只能定性地加以分析，尚無科學實用的量化指標。因此，凡具備上述3種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動化制造系統都可以稱為柔性制造系統。柔性制造技術是計算機技術在生產過程及其裝備上的應用，是將微電子技術、智能技術與傳統制造技術融合在一起，具有自動化、柔性化、高效率的特點，是目前自動化制造系統的基本單元技術[5]。

柔性制造技術是對各種不同形狀加工對象實現程序化柔性制造加工的各種技術的總和[6]。柔性制造技術是技術密集型的技術群，我們認為凡是側重于柔性，適應于多品種、中小批量(包括單件產品)的加工技術都屬于柔性制造技術。目前按規模大小劃分為[7]：

(1)柔性制造系統（FMS）：關于柔住制造系統的定義很多，權威性的定義有：美國國家標準局把FMS定義為：“由一個傳輸系統聯系起來的一些設備，傳輸裝置把工件放征其他聯結裝置上送到各加工設備，使工件加工準確、迅速和自動化。

(2)柔性制造單元（FMC）：M S是FMS向廉價化及小型化方向發展的一種產物，它是由l～2臺加工中心、工業機器人。數控機床及物料運送存貯設備構成，其特點是實現單機柔性化及自動化，具有適應加工多品種產品的靈活性。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人批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間的生產線。其加工設備可以是通用的加工中心，CNC機床；亦可采用爭用機床或NC專用機床，對物料搬運系統柔性的要求低于FMS，但生產率更高。它是以離散型生產中的柔性制造系統和連續生過程中的分散型控制系統(D C S)為代表，其特點是實現生產線柔性化及自動化，其技術已日趨成熟，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，配以自動化屯體倉庫，用計算機系統進行聯系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整F M S。它包括了CAD／CAM，并使計算機集成制造系統(CIMS)投入實際，實現生產系統 柔性化及自動化，進而實現全廠范圍的生產管理、產品加工及物料貯運進程的全盤化。FMF是自動化生產的最高水平，反映出世界上最先進的自動化應用技術。它是將制造、產品開發及經營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質流的智能制造系統(IMS)為代表，其特點是實現工廠柔性化及自動化[8]。

2.2柔性制造所采用的關鍵技術

1.計算機輔助設計未來CAD技術發展將會引入專家系統，使之具有智能化，可處理各種復雜的問題。當前設計技術最新的一個突破是光敏立體成形技術，該項新技術是直接利用CAD數據，通過計算機控制的激光掃描系統，將二維數字模型分成若干層二維片狀圖形，并按二維片狀圖彤對池內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，如此循環操作，逐層掃描成形，并自動地將分層成形的各斤狀固化塑料粘合在一起，僅需確定數據，數小時內便呵制出精確的原型。它有助于加快開發新產品和研制新結構的速度。

2.模糊控制技術模糊數學的實際應用是模糊控制器。最近開發出的高性能模糊摔制器具有自學習功能，可在控制過程中不斷獲取新的信息井自動地對控制量作調整，使系統性能大為改善，其中尤其以基于人工神經網絡的自學方法更引起人們極大的關注。

3.人工智能、專家系統及智能傳感器技術迄今，柔性制造技術中所采用的人工智能大多指基礎規則的專家系統。專家系統利用專家知識和推理規則進行推理，求解各類問題（如解釋、預測，診斷、查找故障、設汁、計劃、監視、修復、命 令及控制等）。由于專家系統能簡便地將各種事實及經驗證過的理論與通過經驗獲得的知識相結合，因而專家系統為柔性制造的諸方面工作增強綜合性。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）技術必將在柔性制造(尤其智能型)中起著非常重要的關鍵性的作用。目前對未來智能化柔性制造技術具有重要意義的一個正在急速發展的領域是智能傳感器技術。該項技術是伴隨計算機應用技術和人工智能產生的，它使傳感器具有內在的“決策”功能。

4.人工神經網絡技術人工神經網絡(ANN)是模擬智能生物的神經網絡對信息進行并處理的一種方法。故人工神經網絡也就是一種人工智能工具。在自動控制領域，神經網絡不久將并列到專家系統和模糊控制系統，成為現代自動化系統中的一個組成部分[9]。

3.國內現代制造技術狀況

近年來，世界各國都投入了巨大的財力和物力，強化作為光機電一體化制造業基礎的先進制造業的技術和產業發展的戰略研究。美國、德 國、日 本 等 國 已 經 開 發 出 了 數 控（NC）、計算機數控（CNC）、直接數控（CAM）、計算機集成制造系統（CIMS）、制造資源規則（MRP）、柔性制造單元（TMC）、柔性制造系統（FMS）、機器人、計算機輔助設計／制造（CAD／CAM）、精益生產（LP）、智能制造系統（MS）、并行工程（CE）和敏捷制造（AM）等多項現代制造技術與制造模式。這些技術的推廣與應用，不僅使本國企業的國際競爭力得到鞏固，也使得世界先進制造業發展迅猛[10]。我國制造業市場的巨大潛力，為現代制造技術發展提供了廣闊的市場空間。但是，與制造業發達國家和地區相比，國內的現代制造技術的研發與市場拓展還不均衡。其中，國內機械基礎件制造行業中的數控化率極低，不足1.6%，先進加工工藝、技術和裝備的普及程度不足10 % ；CAD／CAM 系統應用的普及率在國內骨干企業僅有35%，產業規模較小。另外，在相關行業中如印刷業、電力行業和醫療器械行業等，技術裝備的低數控化率也遠不能滿足市場對中高檔先進產品的需求。縱觀國際制造業的競爭與發展，面對國際、國內兩個制造業市場的日漸融合，如何立足國內制造業的市場需求，整合分散的科研與企業資源，盡快形成自己在先進制造產業競爭中的技術優勢，已經是擺在我國制造業面前的迫在眉睫的課題了[11]。

總之，重視制造業和現代制造技術已成為全球化的大趨勢。現代制造技術不是一項具體技術，而是利用系統工程技術將各種相關技術集成的一個有機整體；現代制造技術是一種動態技術，而不是一成不變的，它需要不斷吸收各種高新技術成果，并將其滲透到產品的所有領域，結合成一個有機整體，實現優質、高效、低耗、清潔和靈活的生產[12]；現代制造技術的目的是提高制造業的綜合效益，其不摒棄傳統技術，而是有賴于不斷用科技新手段去研究它和傳承它，并應用科技新成果去改造它和充實它；現代制造技術在強調環境保護的同時，還強調各專業學科之間的相互滲透、融合和淡化，并消除其間的界限。我國先進制造技術的發展應結合自身的特點，形成特色，大力發展一些關鍵前沿技術，比如新一代材料成型技術、微米及納米技術、快速原型制造以及智能制造等[13]。在不久的將來，現代制造技術將得到更大的發展和壯大，發展和應用先進制造技術是每個國家為提高企業的國際競爭力和技術創新能力的必然選擇。

參考文獻：

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[6]王隆太，朱燈林，戴國洪．機械CAD／CAM技術[M]．北京：機械工業出版社，2005．

[7]盛曉敏，鄧朝輝．先進制造技術[M]．北京：機械工業出版社，2003.[8]李楷模.LI Kai-mo 現代制造技術的發展動向[J]-科技成果管理與研究2008(6）.[9]蔣新松．21世紀企業的主要模式一敏捷制造企業[J]．計算機集成制造系統一CIMS，1996，2(4)：3—8．

[10]羅振壁，周兆英，汪勁松，等．制造的革新[J]．機械工程學報，1995，31(4)：31—37．

[11]王永貴．戰略柔性與企業高成長．天津：南開大學出版社，2003．67—69.[12]張榮，陳大佑．提升國有大中型企業競爭力的新途徑——柔性化管理．當代經濟研究．2006．(1)：33～35.[13]王先逵．制造工藝核心論[J]．世界制造技術與裝備市場，2005(3)：28—32．

第二篇：先進制造技術論文智能制造

智能制造

作者：王玉石

湖北文理學院機械與汽車工程學院工業工程1311班 學號2013123106

摘要：介紹了智能制造提出的背景、主要研究內容和目標,人工智能與IMT、IM的關系,IMS和CIMS,智能制造的物質基礎及理論基礎,智能制造系統的特征及框架結構,并簡要介紹了智能加工中心IMC,智能制造技木的發展趨勢，以及智能制造系統研究成果及存在問題。

關鍵詞：智能制造，IMS,IMC,IMT。1.主要研究內容和目標

智能制造在國際上尚無公認的定義。目前比較通行的一種定義是, 智能制造技術是指在制造工業的各個環節,以一種高度柔性與高度集成的方式,通過計算機來模擬人類專家的制造智能活動。因此,智能制造的研究開發對象是整個機械制造企業, 其主要研究開發目標有二: ①整個制造工作的全面智能化,它在實際制造系統中首次提出了以機器智能取代人的部腦力勞動作為主要目標,，強調整個企業生產經營過程大范圍的自組織能力;②信息和制造智能的集成與共享, 強調智能型的集成自動化。目前,IMT和IMS的研究方向已從最初的人工智能在制造領域中的應用(AiM)發展到今天IMS,研究課題涉及的范圍由最初僅一個企業內的市場分析、產品設計、生產計劃、制造加工、過程控制、信息管理、設備維護等技術型環節的自動化,發展到今天的面向世界范圍內的整個制造環境的集成化與自組織能力,包括制造智能處理技術、自組織加工單元、自組織機器人、智能生產管理信息系統、多級競爭式控制網絡、全球通訊與操作網等。2.人工智能與IMT，IMS 人工智能的研究一開始就未能擺脫制造機器生物的思想,即“機器智能化”。這種以“自主”系統為目標的研究路線,嚴重地阻礙了人工智能研究的進展。許多學者已意識到這一點, Feigenbaum、Newell、錢學森從計算機角度出發,提出了人與計算機相結合的智能系統概念。目前國外對多媒體及虛擬技術研究進行大量投資,以及日本第五代智能計算機研制計劃的擱淺等事例, 就是智能系統研究目標有所改變的明證。人工智能技術在機械制造領域中的應用涉及市場分析、產品設計、生產規劃、過程控制、質量管理、材料處理、設備維護等諸方面。結果是開發出了種類繁多的面向特定領域的獨立的專家系統、基于知識的系統或智能輔助系統,形成一系列的“智能化孤島”。隨著研究與應用的深入,人們逐漸認識到, 未來的制造自動化應是高度集成化與智能化的人—機系統的有機融合, 制造自動化程度的進一步提高要依賴于整個制造系統的自組織能力。如何提高這些“孤島”的應用范圍和在實際制造環境中處理問題的能力, 成為人們的研究焦點。在80 年代末和90年代初,一種通過集成制造自動化、新一代人工智能、計算機等科學技術而發展起來的新型制造工程—— IMT和新——代制造系統—— IMS 便脫穎而出。人工智能在制造領域中的應用與 IMT 和IMS 的一個重要區別在于, IMS 和 IMT 首次以部分取代制造中人的腦力勞動為研究目標, 而不再僅起“輔助和支持”作用,在一定范圍還需要能獨立地適應周圍環境, 開展工作。四IMS和CIMS發展的道路不是一帆風順的。今天,CIMS的發展遇到了不可逾越的障礙,可能是剛開始時就對CIMS提出了過高的要求,也可能是CIMS本身就存在某種與生俱來的缺陷,今天的CIMS在國際上已不像幾年前那樣受到極大的關注與廣泛地研究。從CIMS的發展來看,眾多研究者把重點放在計算機集成上,從科學技術的現狀看,要完成這樣一個集成系統是很困難的。CIMS作為一種連接生產線中的單個自動化子系統的策略,是一種提高制造效率的技術。它的技術基礎具有集中式結構的遞階信息網絡。盡管在這個遞階體系中有多個執行層次,但主要控制設施仍然是中心計算機。CIMS存在的一個主要問題是用于異種環境必須互連時的復雜性。在CIMS概念下,手工操作要與高度自動化或半自動化操作集成起來是非常困難和昂貴的。在CIMS深入發展和推廣應用的今天,人們已經逐漸認識到,要想讓CIMS真正發揮效益和大面積推廣應用,有兩大問題需要解決:①人在系統中的作用和地位;②在不作很大投資對現有設施進行技術改造的情況下亦能應用CIMS。現有的CIMS概念是解決不了這兩個難題的。今天,人力和自動化是一對技術矛盾,不能集成在一起,所能做的選擇,或是昂貴的全自動化生產線,或是手工操作,而缺乏的是人力和制造設備之間的相容性,人機工程只是一個方面的考慮,更重要的相容性考慮要體現在競爭、技能和決策能力上。人在制造中的作用需要被重新定義和加以重視。

3．智能制造的物質基礎及理論基礎

3.1.智能制造系統的物質基礎主要有：

(1)數控機床和加工中心美國于1952年研制成功第一臺數控銑床,使機械制造業發生一次技術革命。數控機床和加工中心是柔性制造的核心單元技術。(2)計算機輔助設計與制造提高了產品的質量和縮短產品生產周期,改變了傳統用手工繪圖、依靠圖紙組織整個生產過程的技木管理模式。

(3)工業控制技術、微電子技術與機械工業的結合———機器人開創了工業生產的新局面,使生產結構發生重大變化,使制造過程更富于柔性擴展了人類工作范圍。

(4)制造系統為智能化開發了面向制造過程

中特定環節、特定問題的“智能化孤島”,如專家系統、基干知識的系統和智能輔助系統等。

(5)智能制造系統和計算機集成制造系統用計算機一體化控制生產系統,使生產從概念、設計到制造聯成一體,做到直接面向市場進行生產,可以從事大小規模并舉的多樣化的生產;近年來,制造技術有了長足的發展和進步,也帶來了很多新問題。數控機床、自動物料系統、計算機控制系統、=機器人等在工業公司得到了廣泛的應用,越來越多的公司使用了“計算機集成制造系統(CIMS)”、“柔性制造系統(FMS)”、“工廠自動化(FA)”、“多目標智能計算機輔助設計(M1CAD)”、“模塊化制造與工廠(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系統(ICS)”以及“智能制造(IM)”、“智能制造技術(IMT)”和“智能制造系統(IMS)”等等新術語。先進的計算機技術、控制技術和制造技術向產品、工藝和系統的設計師和管理人員提出了新的挑戰,傳統的設計和管理方法不能再有效地解決現代制造系統提出的問題了。要解決這些問題、需要用現代的工具和方法,例如人工智能(AI)就為解決復雜的工業問題提出了一套最適宜的工具。3.2.智能制造技術的理論基礎

智能制造技術是采用一種全新的制造概念和實現模式。其核心特征強調整個制造系統的整體“智能化”或“自組織能力”與個體的“自主性”。“智能制造國際合作研究計劃JIRPIMS”明確提出:“智能制造系統是一種在整個制造過程中貫穿智能活動,并將這種智能活動與智能機器有機融合,將整個制造過程從訂貨、產品設計、生產到市場銷售等各個環節以柔性方式集成起來的能發揮最大生產力的先進生產系統“。基于這個觀點,在智能制造的基礎理論研究中,提出了智能制造系統及其環境的一種實現模式,這種模式給制造過程及系統的描述、建模和仿真研究賦予了全新的思想和內容,涉及制造過程和系統的計劃、管理、組織及運行各個環節,體現在制造系統中制造智能知識的獲取和運用,系統的智能調度等,亦即對制造系統內的物質流、信息流、功能決策能力和控制能力提出明確要求。作為智能制造技術基礎,各種人工智能工具,及人工智能技術研究成果在制造業中的廣泛應用,促進了智能制造技術的發展。而智能制造系統中,智能調度、智能信息處理與智能機器的有機融合而構成的復雜智能系統,主要體現在以智能加工中心為核心的智能加工系統的智能單元上。作為智能單元的神經中樞——智能數控系統,不僅需要對系統內部中各種不確定的因素如噪聲測量、傳動間隙、摩擦、外界干擾、系統內各種模型的非線性及非預見性事件實施智能控制,而且要對制造系統的各種命令請求做出智能反應。這種功能已遠非傳統的數控系統體系結構所能勝任,這是一個具有挑戰性的新課題。對此有待研究解決的問題有很多,其中包括智能制造機理、智能制造信息、制造智能和制造中的計算幾何等。總之,制造技術發展到今天,已經由一種技術發展成為包括系統論、信息論和控制論為核心的、貫穿在整個制造過程各個環節的一門新型的工程學科,即制造科學。制造系統集成與調度的關鍵是信息的傳遞與交換。從信息與控制的觀點來看,智能制造系統是一個信息處理系統,由輸入、處理、輸出和反饋等部分組成。輸入有物質(原料、設備、資金、人員)、能量與信息;輸出有產品與服務;處理包括物料的處理與信息處理;反饋有產品品質回饋與顧客反饋。制造過程實質上是信息資源的采集、輸入、加工處理和輸出的過程,而最終形成的產品可視為信息的物質表現形式。4．結語

制造業是國家經濟和綜合國力的基礎,被稱為“立國之本”。而我國的制造工業與發達國家相比,差距很大,主要表現為自主開發能力和技術創新能力薄弱,核心技術、關鍵技術仍依賴進口。對此,我國已引起重視,在“九五”科技規劃和15年科技發展規劃中,將先進制造技術列為重點發展領域之一。進入21世紀,經濟全球化的進程日益加快,制造業領域的競爭日益加劇,而競爭的核心是先進制造技術。在此環境下,我們只有抓住機遇,迎接挑戰,利用先進制造技術改造傳統產業,實現技術創新、機制創新、管理創新及人才創新,才能實現我國躋身世界制造強國的目標。

參考文獻

[1]李偉。先進制造技術。北京：機械工業出版社，2005 [2]張世昌。先進制造技術。北京:天津大學出版社，2004 [3]顏永年。先進制造技術。北京：化學工業出版社，2002 [4]張迪妮。現金制造技術。北京：北京大學出版社，2006 [5]周育才，劉忠偉。先進制造技術。北京：國防工業出版社,2011 [6]王隆太。現金指導技術。北京：機械制造出版社，2012 [7]趙云龍。先進制造技術。北京：機械工業出版社，2005 [8]張平亮。先進制造技術。北京：高等教育出版社，2012 [9]李發致。模具先進制造技術。北京;機械工業出版社，2003 [10]劉延林。柔性制造自動化概念。武漢：華中科技大學出版社，2001

第三篇：《汽車智能制造技術》課程教學大綱

《汽車智能制造技術》課程教學大綱

課程代碼：020242024

課程英文名稱：

Intelligent

Manufacturing

of

Vehicle

課程總學時：24

講課：24

實驗：

0

上機：0

適用專業：車輛工程

大綱編寫（修訂）時間：2017.9

一、大綱使用說明

（一）課程的地位及教學目標

本課程是車輛工程專業的一門專業選修課。通過本課程的學習，使學生了解工業4.0智能制造在汽車生產中的應用，通過相關章節的學習，使學生能夠掌握汽車智能制造理論、智能制造工藝、智能制造設備、智能管理系統等方面的知識，使學生能夠學習到汽車生產制造中的前沿思想和技術，緊緊的把握汽車生產制造的發展方向。

（二）知識、能力及技能方面的基本要求

通過本課程的學習使學生掌握智能制造在汽車生產過程中的應用，包括：智能制造在機械加工、冶金及塑料成型的應用；智能制造在發動機箱體、連桿、曲軸及裝配中的應用；智能制造在底盤懸架、軸類、制動系統、車輪及裝配中的應用；智能制造在車身沖壓、裝焊、涂裝中的應用；智能制造在總裝中的應用。重點掌握制造設備、工藝及其管理系統。使學生能夠掌握工業發展的前沿知識，具備將前沿技術與汽車實際生產過程相結合能力。

（三）實施說明

1．教學方法：以講授教學為主，包括對主要原理和理論的講解，對重點和難點問題，采用實例教學、啟發式教學，增強學生對知識點的理解和記憶，并增加學生的互動環節，如分組討論并進行講解，課堂提問等形式，調動學生的積極性及課堂的參與度。

2．教學手段：結合本課程內容特點，以多媒體教學為主，通過電子講義展示智能制造相關的內容、視頻及圖片，使學生能夠直觀的學習工業4.0的智能制造，避免教材內容晦澀，不直觀的缺點，提高課堂信息量及學生學習效率。

（四）對選修課的要求

本課程的教學必須在完成先修課程之后進行。本課程主要的先修課程有：汽車構造，汽車理論，汽車制造工藝學。

（五）對習題課、實踐環節的要求

對課堂所講授的重要知識點，在課堂上安排習題或者思考題，增強學生的思考能力和解決問題能力，通過對習題或思考題的講解，增強學生對知識的理解和記憶。

（六）課程考核方式

1．考核方式：考查

2．考核目標：重點考核學生對智能制造的理解及智能制造在汽車生產中的應用。

3．成績構成：本課程的總成績主要由兩部分組成：平時成績（包括課堂表現、出勤情況等）占30%，期末成績占70%(期末成績以小論文或者課堂測試的方式進行)

按優、良、中、及格、不及格五等級給出最終成績。

（七）參考書目

《智能制造》，國家制造強國建設戰略咨詢委員會編，電子工業出版社出版，2016

《智能制造之路：數字化工廠》，陳明等編，機械工業出版社，2016

《智能制造：關鍵技術與企業應用》，譚建榮等編，機械工業出版社，2017

《汽車制造工藝及裝備》，丁柏群等編，中國林業出版社，2014

二、中文摘要

課程圍繞汽車智能制造的相關知識展開，涵蓋了智能制造在汽車發動機、底盤零部件、車身制造、總裝等方面的應用，通過課堂講解及演示，使學生學習智能制造在汽車未來生產中的應用，提高學生對智能制造的認識和理解。

三、課程學時分配表

序號

教學內容

學時

講課

實驗

上機

汽車智能制造概論

汽車零件智能制造基礎

2.1

機械加工

2.2

冶金及塑料成型

汽車發動機智能制造

3.1

箱體類零件制造

3.2

連桿、曲軸制造

3.3

發動機裝配

汽車底盤智能制造

4.1

底盤零部件制造

4.2

底盤總成裝配

車身智能制造

5.1

車身沖壓

5.2

車身裝焊

5.3

車身涂裝

汽車智能總裝

合計

四、大綱內容

第1部分

汽車智能制造概論

總學時2學時

講課

2學時

實驗0學時

上機0學時

具體內容：

1）汽車智能制造背景和內涵

2）汽車智能制造基礎

3）汽車智能制造的發展路徑

重

點：

汽車智能制造基礎設備，自動化在汽車行業的應用，信息化在汽車制造中的應用

難

點：

汽車智能制造的理論基礎

習題內容：

如何描述智能化技術？

第2部分

汽車零件智能制造基礎

總學時4學時

講課

4學時

實驗0學時

上機0學時

第2.1部分

機械加工（講課

2學時）

具體內容：

1）智能制造在鑄造、鍛造中的應用

2）智能制造在沖壓、焊接、切削中的應用

重

點：

智能鑄造系統，智能切削技術的設備及加工過程

難

點：

智能切削技術的原理

習題內容：

智能切削技術可以應用于汽車哪些零部件的加工？

第2.2部分

冶金及塑料成型（講課

2學時）

具體內容：

1）智能制造在冶金中的應用

2）智能制造在塑料成型中的應用

重

點：

智能化設計在鋼鐵冶煉中的應用，3D打印技術在塑料成型中的應用

難

點：

鋼鐵冶煉中管控架構及物理架構

習題內容：

智能化鋼鐵冶煉有哪些優勢?

第3部分

汽車發動機智能制造

總學時6學時

講課

6學時

實驗0學時

上機0學時

第3.1部分

箱體類零件制造（講課

2學時）

具體內容：

1）數控技術在箱體加工中的應用

2）柔性生產線在箱體加工中的應用

重

點：

柔性生產線的組成，數控技術加工箱體的具體方式

難

點：

柔性生產線的原理

習題內容：

柔性生產線與傳統生產線的主要區別?

第3.2部分

連桿、曲軸制造（講課

2學時）

具體內容：

1）智能制造在連桿加工中的應用

2）智能制造在曲軸加工中的應用

重

點：

曲軸、連桿加工中的智能制造設備，工藝及流程

難

點：

曲軸線自動監控管理系統的基本原理

習題內容：

連桿的智能制造設備有哪些特點？

第3.3部分

發動機裝配（講課

2學時）

具體內容：

1）發動機裝配線智能管理

2）發動機裝配線智能設備

重

點：

發動機混流裝配線的智能管理，智能檢測裝配系統

難

點：

發動機混流裝配線管理策略

習題內容：

發動機裝配線智能設備有哪些？

第4部分

汽車底盤智能制造

總學時4學時

講課

4學時

實驗0學時

上機0學時

第4.1部分

底盤零部件制造（講課

2學時）

具體內容：

1）智能制造在懸架中的應用

2）智能制造在軸類中的應用

3）智能制造在制動系統中的應用

4）智能制造在車輪、輪胎中的應用

重

點：

減振器，彈簧的智能加工，輪胎的智能加工

難

點：

制動系統的智能加工

習題內容：

懸架智能加工設備有哪些？

第4.2部分

底盤總成裝配（講課

2學時）

具體內容：

1）底盤總成裝配的自動化生產

2）底盤總成裝配的智能設備

重

點：

底盤總成裝配自動化流程，底盤總成裝配主要設備及原理

難

點：

自動化生產的基本原理

習題內容：

智能制造如何應用在底盤總成裝配過程中？

第5部分

車身智能制造

總學時6學時

講課

6學時

實驗0學時

上機0學時

第5.1部分

車身沖壓（講課

2學時）

具體內容：

1）計算機輔助沖壓技術

2）模具智能制造工藝

重

點：

計算機模擬技術，計算機虛擬技術

難

點：

模塊式沖壓技術基本原理

習題內容：

計算機控制技術是如何提高沖壓質量的？

第5.2部分

車身裝焊（講課

2學時）

具體內容：

1）焊接機器人

2)

裝焊生產線

重

點：

裝焊機器人組成及分類，裝焊機器人在裝焊線的應用

難

點：

裝焊生產線機器人布局策略

習題內容：

裝焊生產線機器人一般如何布局？

第5.3部分

車身涂裝（講課

2學時）

具體內容：

1）智能涂裝材料及工藝

2)

涂裝生產線智能控制

3）涂膠機器人

4）噴涂機器人

重

點：

水性涂裝材料，柔性運輸系統，生產線能耗控制

難

點：

涂裝生產線的實時監控

習題內容：

智能生產線如何對能耗進行控制？

第6部分

汽車智能總裝

總學時2學時

講課

2學時

實驗0學時

上機0學時

具體內容：

1）總裝自動化

2）物流系統智能控制

重

點：

總裝自動化設備及生產線布局，數字化物流配送系統及其設備

難

點：

數字化物流的信息監控原理

習題內容：

AGV系統的基本構成

第四篇：智能制造匯報

智能工廠——以三一重工18號工廠為例

摘要：在理論上解釋了智能工廠的概念，再以三一重工18號工廠作為研究對象，對其運作方式、運作特點進行了較為詳細地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進一步得出了智能工廠的框架，為系統化建設智能工廠打下了基礎。關鍵詞：物聯網；智能制造；數字化工廠 中圖分類號：TH161

INTELLIGENT FACTORY A CASE OF SANY HEAVY INDUSTRY NO.18TH FACTORY

Abstract：This paper explains the concept of intelligent factory in theory, then takes 31 heavy industry No.18th Factory as the research object, analyzes and discusses its operation mode and operation characteristics in detail, thus obtains the intellectualized gene of the factory.And further draws the intelligent factory frame, lays the foundation for the systematized construction intelligent Factory.Key words：Networking of things;Intelligent manufacturing;Digital chemical plant 0 前言

隨著物聯網、大數據和移動應用等新一輪信息技術的發展，全球化工業革命開始提上日程，工業轉型開始進入實質階段。在中國，智能制造、中國制造2025等戰略的相繼出臺，表明國家開始積極行動起來，把握新一輪工發展機遇實現工業化轉型。智能工廠作為工業智能化發展的重要實踐模式，已經引發行業的廣泛關注。到底什么是智能工廠？智能工廠的核心架構是怎樣的？能為企業的轉型提供哪些支撐？這都是企業比較關心的話題。

本文以三一重工18號工廠為例,分析智能工廠的主要特點還有其智能化的框架。數字化工廠、智能工廠和智能制造

1.1 數字化工廠

對于數字化工廠，德國工程師協會的定義是：數字化工廠（DF）是由數字化模型、方法和工具構成的綜合網絡，包含仿真和3D/虛擬現實可視化，通過連續的沒有中斷的數據管理集成在一起。數字化工廠集成了產品、過程和工廠模型數據庫，通過先進的可視化、仿真和文檔管理，以提高產品的質量和生產過程所涉及的質量和動態性能：

圖1 在國內，對于數字化工廠接受度最高的定義是：數字化工廠是在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。是現代數字制造

技術與計算機仿真技術相結合的產物，主要作為溝通產品設計和產品制造之間的橋梁。從定義中可以得出一個結論，數字化工廠的本質是實現信息的集成。1.2

智能工廠

智能工廠是在數字化工廠的基礎上，利用物聯網技術和監控技術加強信息管理服務，提高生產過程可控性、減少生產線人工干預，以及合理計劃排程。同時，集初步智能手段和智能系統等新興技術于一體，構建高效、節能、綠色、環保、舒適的人性化工廠。

圖2

智能工廠已經具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規劃；通過整體可視技術進行推理預測，利用仿真及多媒體技術，將實境擴增展示設計與制造過程。系統中各組成部分可自行組成最佳系統結構，具備協調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學習、自行維護能力。因此，智能工廠實現了人與機器的相互協調合作，其本質是人機交互。1.3

智能制造

智能工廠是在數字化工廠基礎上的升級版，但是與智能制造還有很大差距。智能制造系統在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作，去擴大、延伸和部分地取代技術專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造系統不只是“人工智能系統，而是人機一體化智能系統，是混合智能。系統可獨立承擔分析、判斷、決策等任務，突出人在制造系統中的核心地位，同時在智能機器配合下，更好發揮人的潛能。機器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本質是人機一體化。

國內很多企業都在炒作智能制造，但是絕大多數企業還處在部分使用應用軟件的階段，少數企業也只是實現了信息集成，也就是可以達到數字化工廠的水平；極少數企業，能夠實現人機的有效交互，也就是達到智能工廠的水平[1]。

圖3 2 從大廠房到智能工廠

在全球科技革命的大背景下，工程機械行業作為多品種、中批量、按訂單生產的離散型技能密集型產業，要想向高端制造發展，必須依靠信息化建立先進的制造和管理系統[2]。

三一重工作為重工領域的標桿，其18號廠房成為應用基礎的示范。這間總面積約十萬平方米的車間，成為了行業內亞洲最大最先進的智能化制造車間。在這里，廠房更像是一個大型計算系統加上傳統的操作工具、大型生產設備的智慧體。2.1 18號廠房的“智慧”運轉

18號廠房是三一重工總裝車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是工程機械領域內頗負盛名的智能工廠。

在18號廠房，廠區旁邊有兩塊電視屏幕，它們是一線工人的“老師”——不熟悉裝配作業的工人，通過電子屏幕里的數字仿真和三維作業指導，可以學習和了解整個裝配工藝[3]。三一重工的三維作業現場指導模式，成為了著名3D技術開發公司達索的全球最佳案例。

廠房更像是一個大型計算系統加上傳統的操作工具、大型生產設備的智慧體，每一次生產過程、每一次質量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區、高精機加區、結構件區、立庫區等幾大主要功能區域都是智能化、數字化模式的產物[4]。

當有班組需要物料時，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，配送系統會根據班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時，AGV操作員發出取貨指令，AGV小車自動行駛至液壓臺取貨[5]。取完貨后，采用激光引導的AGV小車，將根據運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝的高反光性反射板的激光定位標志，計算出車輛當前的位置以及運動的方向，從而將物料運送至指定工位。像這樣的AGV小車，在三一重工18號廠房有15臺。

從大廠房到智能工廠，實施智慧化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產值提高24%，現場質量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%。2014年，18號廠房同比節約制造成本1億元，年增加產量超過2000臺以上，每年同比產值新增60億元以上。此外，高精加工區也是18號廠房的特色之一。整個機加區集智能化、柔性化、少人化于一體，可以滿足多品種、小批量生產要求。2.2

智能背后的生產模式進化

2013年8月，三一重工集團啟動新一輪制造變革。在大會上，三一重工董事長梁穩根這樣描繪三一重工制造體系的藍圖：“所有結構件和產品都在很精益的空間范圍內制造，車間內只有機器人和少量作業員工在忙碌，裝配線實現準時生產，物流成本大幅降低，制造現場基本沒有存貨。”

制造模式的生產方式分散且獨立，需要大量的人力物力予以配合，才能完成產品的生產制造，這使得生產效率低下的同時，生產成本還居高不下。因此三一重工開始借助信息化，在生產車間導入自動化制造模式。“部件工作中心島”就是這樣一個嘗試。

所謂“部件島”，即單元化生產，將每一類部件從生產到下線所有工藝集中在一個區域內，猶如在一個獨立的“島嶼”內完成全部生產，故稱為部件島，將裝配行業中“島”的概念引入到結構件生產中，這是三一重工重機制造人員的首創。三一重工:智能工廠實踐

三一重工18號廠房是亞洲最大的智能化制造車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是三一重工總裝車間。2008年開始籌建，2012年全面投產，總面積約十萬平方米。從2012年開始，以三一18號廠房為應用基礎，由三一重工、湖大海捷、華工制造、華中科大等單位聯合申報的“工程機械產品加工數字化車間系統的研制與應用示范項目”.經過3年精心建設，目前，三一已建成車間智能監控網絡和刀具管理系統、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統、計劃、物流、質量管控系統、生產控制中心（PCC）中央控制系統等智能系統，完成了國家批復的項目建設內容[6]。

圖4 同時，三一還與其他單位共同研發了智能上下料機械手、基于DNC系統的車間設備智能監控網絡、智能化立體倉庫與AGV運輸軟硬件系統、基于RFID設備及無線傳感網絡的物料和資源跟蹤定位系統、高級計劃排程系統（APS）、制造執行系統（MES）、物流執行系統（LES）、在線質量檢測系統（SPC）、生產控制中心管理決策系統等關鍵核心智能裝置，實現了對制造資源跟蹤、生產過程監控，計劃、物流、質量集成化管控下的均衡化混流生產，智能化功能和系統性能指標達到國家批復要求[7]。

3.1 智能加工中心與生產線

3.1.1 智能化加工設備

早在2007年，有“智能化機械手”之稱的焊接機器人現身三一挖機生產線，并在2008年后得到進一步推廣。2012年三一重工在上海臨港產業園建成全球最大最先進的挖掘機生產基地，焊接機器人大規模投入使用，大幅提升了產品的穩定性，使得三一挖掘機的使用壽命大約翻了兩番，售后問題下降了四分之三。由于規范了管理，又進一步提升了整個生產體系的效率。不但如此，機器人的使用減少了工人數量，管理模式的重心從原來的管人轉移

到了管理設備上，相對而言，管理設備要容易很多。3.1.2

智能刀具管理

在實際加工中，有多種因素會對加工刀具產生影響，首先是加工工件本身的因素，如加工工件材質、結構型式、工件剛度等對刀具使用效果影響較大。其次是加工工裝，定位基準、壓緊方式、結構型式以及工裝剛度等都會影響刀具使用效果。再次加工工藝方案，如加工順序、切削三要素（切深、進給、切削速度）對刀具使用效果影響更大。最后是加工機床，設備的切削功率、設備的剛度、設備的結構型式、切削冷卻介質對加工刀具發揮效率也有很大影響[8]。

三一在實踐中，要充分考慮刀具壽命和加工工件成本的關系，根據不同結構的工件選擇不同的刀具，包括刀具材料（分整體硬質合金、焊接硬質、高速鋼等）、刀具結構（分機夾刀片、焊接刀片和整體材料刀具）以及刀具裝夾方式（熱裝式、強力緊固式、側固式）等。有的刀具選擇涂層刀片來增加刀具的耐用度，延長刀具壽命。在高速加工時，對刀具動平衡也有要求，我們配備了刀具動平衡儀，并在加工成本允許的前提下選擇耐用度較高的刀具。3.1.3

DNC

DNC是計算機與具有數控裝置的機床群使用計算機網絡技術組成的分布在車間中的數控系統。該系統對用戶來說就像一個統一的整體，系統對多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動態的分配數控加工任務給任一加工設備，是提高設備利用率，降低生產成本[9]。

圖5

目前，三一重工已經完成車間機加設備的研發采購與安裝調試，部分完成智能上料機械手、DNC實時監控裝置及刀具管理系統的購置和開發。3.2 智能化立體倉庫和物流運輸系統

3.2.1 智能化立體倉庫

立體倉庫后臺運作的自動化配送系統由華中科大與三一聯合研制，通過這套系統，三一打造了批量下架、波次分揀，單臺單工位配送模式，實現了從頂層計劃至底層配送執行的全業務貫通，大大提高了配送效率及準確率，準時配送率超95%。

三一智能化立體倉庫總投資6000多萬元, 分南北兩個庫，由地下自動輸送設備連成一個整體，總占地面積9000平方米，倉庫容量大概是16000個貨位。從南邊倉庫可以看到，這個庫區有幾千種物料，主要是泵車、拖泵、車載泵物料，能支持每月數千臺產品的生產量。

從大廠房到智能工廠，實施智能化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產值提高24%，現場質量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%，2014年18號廠房預計同比節約制造成本1億元，年增加產量超過2000臺以上，每年同比產值新增60億元以上。3.2.2 AGV智能小車

智能化立體倉庫的核心是AGV智能小車，當有班組需要物料時，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，配送系統會根據班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。此時，AGV操作員發出取貨指令，AGV小車自動行駛至液壓臺取貨。取完貨后，由于AGV小車采用激光引導，小車上安裝有可旋轉的激光掃描器，在運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標志，AGV依靠激光掃描器發射激光束，然后接受由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內置的數字地圖進行對比來校正方位，從而將物料運送至指定工位。像這樣的AGV小車，在三一18號廠房有15臺。在18號廠房南北智能化立體倉庫，不僅有這樣的AGV自動小車，其后臺配送也是自動化系統完成的。

圖6

3.2.3 公共資源定位系統

公共資源定位系統是三一重工智能工廠的一個重要支撐。公共資源定位系統能實現包括對設備定位和狀態檢測、人員定位以及故障實時處理與報警等功能。通過公共資源定位監控中心，三一重工的生產管理人員能及時的了解生產車間的人員位置、設備位置和狀態、加工生產情況，并及時的指導生產和進行故障處理等操作。3.3

智能化生產執行過程控制

3.3.1高級計劃排程

在考慮企業資源所提供的可行物料需求規劃與生產排程計劃，讓規劃者快速結合生產限制條件與相關信息(如訂單、途程、存貨、BOM與產能限制等)，以做出平衡企業利益與顧客權益的最佳規劃與決策，滿足顧客需求及面對競爭激烈的市場。強化了ERP系統中以傳統MRP規劃邏輯為主的生產規劃與排程的功能，APS 系統的同步規劃能力，不但使得規劃結果更具備合理性與可執行性，亦使企業能夠真正達到供需平衡的目的[10]。3.3.2

執行過程調度

三一車間內一排排的MES終端機，生產線上明亮的LED屏幕，整齊劃一的醒目安全燈是系統給我們帶來直觀的印象。SanyMES系統是指由三一集團IT總部自主研發的制造執行系統，它充分利用信息化技術，從生產計劃下達、物料配送、生產節拍、完工確認、標準作業指導、質量管理、關重件條碼采集等多個維度進行管控，并通過網絡實時將現場信息及時準確地傳達到生產管理者與決策者[11]。該

系統除了通過各種方式如短信、郵件向管理者傳遞生產信息外，其設置在生產現場的MES終端機，給一線工人生產制造帶來了極大的便利。

通過MES終端機，生產線工人不僅可以及時報完工、方便快捷地查詢物料設計圖紙和庫存情況，更重要的是SanyMES終端機可以正確地指導工人每個工位如何進行安裝、安裝時候需要哪些零部件，同時給予安全提示。有了MES系統后，再也不用去借圖紙，直接在MES終端就能查到最新的圖紙信息，3.3.數字化質量檢測

目前，三一在質檢信息化方面，通過GSP、MES、CSM及QIS的整合應用，實現涵蓋供應商送貨、零件制造、整機裝配、售后服務等全生命周期的質檢電子化，并實現了SPC分析、質量追溯等功能。

以前質檢，是采用紙質記錄本記錄檢驗結果和全觸摸屏操作，簡單方便，而且通過查看標準作業指導以規范工人的操作，避免了紙質作業指導書的損壞和更新不及時造成的附加作業，極大提高了工作效率和作業質量[12]。3.3.3 數字化物流管控

三一自動化立體倉儲配送系統實現了該公司泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與AGV配套實現工位物料自動配送至各個工位。

根據泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線在車間的位置，北自所設計了兩個庫區，1#庫負責泵車物料的儲存、揀配功能，2#庫負責拖泵、車載泵物料的儲存、揀配功能，兩個庫區共用一個設置1#庫區的入庫組盤區域，2#庫入庫的物料在入庫組盤區完成組盤后通過地下輸送通道自動輸送進入2#庫庫區存儲。

倉儲模式采用自動化立體倉庫存儲（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫存儲（主要儲存小件為主）+平面倉庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資）。自動化立體倉庫和垂直升降庫的數據采用一套軟件進行統一管理，集中配送。通過垂直升降庫的應用，解決了將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業壓力，有效地提高了整個系統的作業能力。

揀配模式采用提4臺套提前一班（8小時）揀配模式，按照工位進行配送。在兩個庫區分別設置了兩層的配盤區域，根據裝配工位數量及各工位裝配物料情況，對配盤區域的揀配托盤位置進行分配，揀配過程中采用LED顯示屏+RF手持終端模式進行人工作業。北自所根據各工位裝配物料情況，配合用戶設計了多種不同的配送容器，采用多層存放，提高容器使用效率，減少線邊容器數量，最終提高了AGV系統的搬運效率。

質量問題，現在則是用生產管理系統（MES），每一個檢驗項目都標準化、電子化，以前在本子上的內容都作為數據錄入PDA和平板電腦等終端。一旦發現質量異常，系統就會第一時間自動啟動不合格處理流程，將情況發送給相關責任人。“在不合格品控制流程中的隔離、評審等6個環節，保證每道工序的每個產品在下一道工序前合格。”而數據的錄入則會為產品質量追溯提供可靠依據。三一的自制件可以具體查到是某臺產品零部件，制作時間、制作地點和工位、制作人、制作條件等信息，供應商提供的零部件則是可以查到批次和反饋。3.4

智能化生產控制中心

3.4.1中央控制室

1.生產計劃及執行情況、設備狀態、生產統

計圖；

2.智能計劃系統操作界面；

3.生產現場監控、看板展示及異常報警； 4.各區域監控信息；

5.設計部日常操作（支持10路信號同時切

入）；

6.各區域監控信息；

7.物流部日常操作（支持10路信號同時切

入）；

8.質量部日常操作（支持10路信號同時切

入）。3.4.2

現場監視裝置

全方位的工廠車間監控系統能實現對生產過

程的全面監控和記錄，保證生產現場的安全，以及現場事故的追溯和回放。3.4.3 現場Andon Andon系統能夠為操作員停止生產線提供一套新的、更加有效的途徑。在傳統的汽車生產線上，如果發生故障，整條生產線立即停止。采用了Andon系統之后，一旦發生問題，操作員可以在工作站拉一下繩索或者按一下按鈕，觸發相應的聲音和點亮相應的指示燈，提示監督人員立即找出發生故障的地方以及故障的原因。一般來說，不用停止整條生產線就可以解決問題，因而可以減少停工時間同時又提高了生產效率。

Andon系統的另一個主要部件是信息顯示屏。每個顯示面板都能夠提供關于單個生產線的信息，包括生產狀態、原料狀態、質量狀況以及設備狀況。顯示器同時還可以顯示實時數據，如目標輸出、實際輸出、停工時間以及生產效率。根據顯示器上提供的信息，操作員可以更加有效的開展工作。智能工廠理念

所謂“六維智能理論”，就是在設備聯網+遠程數據采集的基礎上，實現智能化的生產過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠。4.1 行業背景

“工業4.0”被認為是以智能制造為主導的第四次工業革命或是工業體系革命性的生產方法，而智能工廠將是構成未來工業體系的一個關鍵特征。在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網絡里自然地相互溝通協作，生產出來的智能產品能夠理解自己被制造的細節以及將如何使用，能夠回答“哪組參數被用來處理我”、“我應該被傳送到哪里”等問題。同時，智能輔助系統將從執行例行任務中解放出來，使他們能夠專注于創新、增值的活動；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實現更好地結合，個體顧客的需求將得到滿足。德國工業4.0、美國GE工業互聯網均是“工業4.0”的典范，但中國有自己特殊的國情，中國制造企業打造智能工廠，不能完全照搬國外模式，而是既要緊跟國際先進理念，還要符合中國企業的實際情況[13]。

4.2

概念內涵

美國與德國的工業發展戰略核心均為CPS（Cyber-Physical System）系統，是典型的二元戰略。美國是C(Cyber，包括：數字、信息、網絡等虛擬世界)+P(Physical，包括機器、設備、設施等實體世界)，德國是P+C，兩國均是基于高素質勞動者、國家人力匱乏、企業高協同化、高法制化的基礎之上而提出的戰略；而中國裝備水平較美國和德國有一定差距，數據采集分析決策能力也有局限，但中國具有人力資源優勢，所以應該充分挖掘人的作用。因此，中國制造企業推進工業發展不能完全照搬發達國家的二元戰略，更宜采用CPPS（Cyber-Person-Physical System）人機網三元戰略，充分體現人的能動作用。

圖7

所謂“三元戰略”，包括勞動者及其技能、素養、精神、組織、管理等，CPPS戰略體現了以人為本，繼續發揮與挖掘了中國在人力資源方面的優勢，揚長補短，實現人與賽博、物理虛實兩世界的融合和迭代發展，構建以賽博智能為目的的人機網三元戰略方案更符合中國國情[14]。

所謂“六維智能理論”，就是在設備聯網+遠程數據采集的基礎上，實現智能化的生產過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠，這6個方面包括：

1.智能計劃排產，是從計劃源頭上集成ERP，進行APS高級排產。

2.智能生產協同，從生產準備過程上，實現

物料、刀具、工裝、工藝的并行協同準備。3.智能的設備互聯互通，是CPS信息物理系

統的典型體現，實現數字化生產設備的分布式網絡化通訊、程序集中管理、設備狀

態的實時監控等。4.智能資源管理，包括對物料、設備、刀具、量具、夾具等生產資源進行精益化管理、庫存智能預警等。

5.智能質量過程管控，是對影響產品質量的生產工藝參數進行實時采集、控制，確保產品質量。

6.智能決策支持，是基于大數據分析的決策支持，形成管理的閉環，以實現數字化、網絡化、智能化的高效生產模式。

總之，通過以上6個方面智能的打造，可極大提升企業的計劃科學化、生產過程協同化、生產設備與信息化的深度融合，并通過基于大數據分析的決策支持對企業進行透明化、量化的管理，可明顯提升企業的生產效率與產品質量，是一種很好的數字化、網絡化的智能生產模式。

圖8 4.3

應用前景

“六維智能”分別從計劃源頭、過程協同、設備底層、資源優化、質量控制、決策支持等6個方面著手實現智能工廠，這6個方面涵蓋了工業生產的6個重要環節，可實現全面的精細化、精準化、自動化、信息化智能化管理與控制，通過底層設備的互聯互通、基于大數據分析的決策支持、可視化展現等技術手段，實現生產準備過程中的透明化協同管理、數控設備智能化的互聯互通、智能化的生產資源管理、智能化的決策支持，從而全方位達到智能化的生產過程管理與控制[15]。

從“六維智能”解決方案在青島海爾模具有限公司的實際應用效果來看，較好地達到了智能化生產過程管理與控制的目的。該系統是專門為海爾模

具定制的，是海爾模具生態圈的主要組成部分，系統以生產設備為核心，從設備底層層面實現了機床、對刀儀等設備的互聯互通與大數據分析，從生產管理層面實現了協同準備并行作業，從展現層面實現了生產信息的可視化。實施本系統后，操作工的作業效率從原來1個人管理3臺設備提升到7～8臺設備，設備利用率提升25%以上，使生產管理更加透明、科學、高效，應用效果比較明顯，在海爾模具的數字化制造與管理中發揮了重要的作用。工業4.0落地戰略

“工業4.0”不同的人從不同維度來解讀，涉及到國家戰略、產業戰略、企業發展等不同的層面。就從企業的層面去研究，看看企業層面實現工業4.0該怎么做，怎么走，有沒有路線圖？

近期，隨著“工業4.0”的在網絡上越炒越熱，我國也推出了“中國制造2025”戰略，在國家戰略需求的驅動下，中國對于制造大國向制造強國的邁進之路也陡然提速，這將對中國制造轉型升級打通主動脈。就企業層面來說中國版工業4.0如何落地將成為重點，如何通過信息技術和制造技術的深度融合，打通一切、聯通一切是企業信息化建設的目標[16]。

工業4.0是什么？每個人站在不同的角度會有不同的理解，是互聯、集成(縱向、橫向、端到端)、數據、創新、服務、轉型或是CPS、是智能工廠、是智能制造亦或是國家戰略、企業目標。工業4.0核心內容就是建一個網絡、三項集成、大數據分析、八項計劃和研究兩個主題。

5.1

建一個網絡：信息物理網絡系統（CPS）

CPS是英文CyberPhysical System的縮寫，就是講物理設備連接到互聯網上，讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合，將網絡空間的高級計算能力有效的運用于現實世界中，從而在生產制造過程中，與設計、開發、生產有關的所有數據將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產系統。

圖9 5.2

三個集成

工業4.0中的三項集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。工業4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過CPS形成一個智能網絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯，從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實現工業4.0的重點也是難點。5.2.1 縱向集成

縱向集成主要解決企業內部的集成，即解決信息孤島的問題，解決信息網絡與物理設備之間的聯通問題。5.2.2 橫向集成

橫向集成主要實現企業與企業之間、企業與售出產品之間（如車聯網）的協同，將企業內部的業務信息向企業以外的供應商、經銷商、用戶進行延伸，實現人與人、人與系統、人與設備之間的集成，從而形成一個智能的虛擬企業網絡。制造業普遍存在的工程變更協同流程就是這樣一個典型的橫向集成應用場景。5.2.3 端到端的集成

端到端集成就是把所有該連接的端頭（點）都集成互聯起來，通過價值鏈上不同企業資源的整合，實現從產品設計、生產制造、物流配送、使用維護的產品全生命周期的管理和服務，它以產品價值鏈創造集成供應商（一級、二級、三級??）、制造商（研發、設計、加工、配送）、分銷商（一級、二級、三級??）以及客戶信息流、物流和資金流，在為客戶提供更有價值的產品和服務同時，重構產業鏈各環節的價值體系。

端到端的集成即可以是內部的縱向集成內容，也可以是外部的企業與企業之間的橫向集成內容，關注點在流程的整合上，比如提供用戶訂單的全程跟蹤協同流程，將用戶、企業、第三方物流、售后服務等產品全生命周期服務的端到端集成。

橫向、縱向、端到端三個集成的實現，不論技術層面還是業務層面在SOA信息集成都能找到相應的解決方案。5.3

大數據分析利用

“工業4.0”時代，制造企業的數據將會呈現爆炸式增長態勢。隨著信息物理系統（CPS）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產裝備、感知設備、聯網終端，包括生產者本身都在源源不斷地產生數據，這些數據將會滲透到企業運營、價值鏈乃至產品的整個生命周期，是工業4.0和制造革命的基石。

總體來說，工業4.0關注的企業數據分為四類： 5.3.1

產品數據

包括設計、建模、工藝、加工、測試、維護、產品結構、零部件配置關系、變更記錄等數據。產品的各種數據被記錄、傳輸、處理和加工，使得產品全生命周期管理成為可能，也為滿足個性化的產品需求提供了條件。5.3.2

運營數據

運營包括組織結構、業務管理、生產設備、市

場營銷、質量控制、生產、采購、庫存、目標計劃、電子商務等數據。工業生產過程的無所不在的傳感、連接，帶來了無所不在的數據，這些數據會創新企業的研發、生產、運營、營銷和管理方式。5.3.3

價值鏈數據

包括客戶、供應商、合作伙伴等數據。企業在當前全球化的經濟環境中參與競爭，需要全面地了解技術開發、生產作業、采購銷售、服務、內外部后勤等環節的競爭力要素。大數據技術的發展和應用，使得價值鏈上各環節數據和信息能夠被深入分析和挖掘，為企業管理者和參與者提供看待價值鏈的全新視角，使得企業有機會把價值鏈上更多的環節轉化為企業的戰略優勢。例如，汽車公司大數據提前預測到哪些人會購買特定型號的汽車，從而實現目標客戶的響應率提高了15%至20%，客戶忠誠度提高7%。5.3.4 外部數據

包括經濟運行、行業、市場、競爭對手等數據。為了應對外部環境變化所帶來的風險，企業必須充分掌握外部環境的發展現狀以增強自身的應變能力。大數據分析技術在宏觀經濟分析、行業市場調研中得到了越來越廣泛的應用，已經成為企業提升管理決策和市場應變能力的重要手段。

工業4.0落地中國企業，工業大數據是一項重要抓手。利用工業大數據分析，可以找出隱性的問題并預測未知情況的發生，有助于及時地做好預防，避免故障和偏差。結論

以三一重工18號工廠作為研究對象.對其運作方式、運作特點進行了較為詳細地分析與討論，從而得出工廠的智能化基因。并且進一步得出了智能工廠的框架，為系統化建設智能工廠打下了基礎。主要的研究結論如下：

1.在理論上對數字化工廠、智能工廠和智能制造進行了分析指出，要又好又快地發展智能工廠就必須先建設好數字化工廠。

2.對比三一重工18號工廠實現智能化之后生產效率得到提升，直觀地反映了智能化對制造業帶來的好處。

3.通過對18號工廠的生產線、物流系統、執行系統、控制中心進行分析，找到了工廠可實現智能化的內在基因。也就是在設備聯網+遠程數據采集的基礎上，實現智能化的生產過程管理與控制，從6個方面打造適合中國國情的智能工廠(1)。

4.概括了智能工廠的框架，提出了運用大數據分析，做好CPS和三個集成是實現智能工廠的前提條件，而智能工廠的標志就是生產流程智能化，生產設備動態適應個性化的產品需求。

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第五篇：無線物聯網技術與智能制造

無線物聯網技術與智能制造

尹振方

（江蘇大學機械工程學院儀器科學與工程系，江蘇，鎮江，212013）摘要：目前傳統制造業正面臨著勞動力成本過高，生產效率偏低，原材料利用率較低，能耗過高，服務水平相對落后等嚴峻挑戰，嚴重影響到制造企業的市場競爭力和影響力。本篇報告主要簡介了物聯網技術在傳統制造業中的使用情況和發展前景，詳細介紹了與物聯網相結合的智能生產線在生產要素使用方面的優勢及使用情況。對未來智能制造，智能生產線的大規模投入做了預測。關鍵詞：制造業，物聯網，生產要素，智能生產線。

英文題名

Abstract: At present, the traditional manufacturing industry is facing high labor costs, low production efficiency, raw material utilization rate is low, energy consumption is too high, the service level is relatively backward and other challenges, seriously affect the market competitiveness of manufacturing enterprises and influence.This paper mainly introduces the use and development of networking technology in the traditional manufacturing industry, and introduces the IOT combining intelligent production line in the use of the advantages and use of the factors of production.The future of intelligent manufacturing, large-scale investment in intelligent production line has been predicted.Keywords: Manufacturing, Internet of things, production factors, intelligent production lines.1引言

目前傳統制造業正面臨著勞動力成本過高，生產效率偏低，原材料利用率較低，能耗過高，服務水平相對落后等嚴峻挑戰，嚴重影響到制造企業的市場競爭力和影響力。隨著工業4.0的到來，智能工廠，智能制造等新概念的引入為傳統制造業的發展注入了新的活力。以往生產之中，生產線的原料浪費，生產線的自我檢查必須要有人為完成，如今隨著物聯網技術的發展，以及配套硬件設備的研發，無人生產的出現不在是局限于科幻小說之中的幻想。2技術發展現狀及趨勢

智能制造源于人工智能的研究。人工智能就是用人工方法在計算機上實現的智能。隨著產品性能的完善化及其結構的復雜化、精細化，以及功能的多樣化，促使產品所包含的設計信息和工藝信息量猛增，隨之生產線和生產設備內部的信息流量增加，制造過程和管理工作的信息量也必然劇增，因而促使制造技術發展的熱點與前沿，轉向了提高制造系統對于爆炸性增長的制造信息處理的能力、效率及規模上。先進的制造設備離開了信息的輸入就無法運轉，柔性制造系統（FMS）一旦被切斷信息來源就會立刻停止工作。專家認為，制造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型，這就要求制造系統不但要具備柔性，而且還要表現出智能，否則是難以處理如此大量而復雜的信息工作量的。其次，瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環境，也要求制造系統表現出更高的靈活、敏捷

和智能。因此，智能制造越來越受到高度的重視。縱覽全球，雖然總體而言智能制造尚處于概念和實驗階段，但各國政府均將此列入國家發展計劃，大力推動實施。1992年美國執行新技術政策，大力支持被總統稱之的關鍵重大技術（Critical Techniloty），包括信息技術和新的制造工藝，智能制造技術自在其中，美國政府希望借助此舉改造傳統工業并啟動新產業。

無線物聯網屬于物聯網的其中一種，從大方向來說，物聯網可以分為有線和無線兩種，有線主要以總線為主，無線目前有zigbee、zwave、wifi、射頻、藍牙等幾種。有線技術最大的特點是信號穩定，出現網絡故障幾率最低。缺點是需要布線，安裝需要編程，如果出現一處問題可能會引起一連串的反應。主要應用工業比較合適，無線的特點是安裝簡單，操作簡單，易學易用，一般普通人都能很容易學會并使用。一般用于比較常用的一些設備，比如最近炒得很火的智能家居，就屬于無線物聯網的其中一種。

與此同時為了規范物聯網之中的無線設備的生產與研發，促進智能制造的健康發展需要對物聯網之中的無線技術進行研究。

物聯網是社會需求和技術兩方面發展的結果，社會需求促使人們去努力發展技術，而技術的成熟使物聯網逐步成為現實。物聯網將建立更廣泛的連接，更到位的感知和更深入的智能。有鑒于此，在物聯網關鍵技術中，無線傳感網技術無疑占有非常重要的地位，它可以實現廣泛的連接和傳感，為智能化奠定堅實的基礎。無線傳感網的主要內容是傳感和無線傳輸，在無線傳感網中，由于需要在很小的范圍內布置大量的無線節點，近距離無線通信技術在其中占有非常重要的地位。

3核心或者關鍵技術介紹 1）無線傳感器技術

無線傳感器的組成模塊封裝在一個外殼內，在工作時它將由電池或振動發電機提供電源，構成無線傳感器網絡節點，由隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信模塊的微型節點，通過自組織的方式構成網絡。

傳感器網絡系統通常包括傳感器節點、匯聚節點和管理節點。2）無線傳感網絡

傳感器網絡實現了數據的采集、處理和傳輸三種功能。它與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。

無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network, WSN）是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，以協作地感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內被感知對象的信息，并最終把這些信息發送給網絡的所有者。

無線傳感器網絡所具有的眾多類型的傳感器，可探測包括地震、電磁、溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等周邊環境中多種多樣的現象。潛在的應用領域可以歸納為: 軍事、航空、防爆、救災、環境、醫療、保健、家居、工業、商業等領域。

3）低功耗傳感網絡

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。根據國際標準規定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱（又稱紫蜂協議）來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。ZigBee是一種低速短距離傳輸的無線網絡協議。ZigBee協議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網絡層(NWK)、應用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE 802.15.4標準的規定。

長期以來，低價位、低速率、短距離、低功率的無線通訊市場一直存在著。藍牙的出現，曾讓工業控制、家用自動控制、玩具制造商等業者雀躍不已，但是藍牙的售價一直居高不下，嚴重影響了這些廠商的使用意愿。如今，這些業者都參加了IEEE802.15.4小組，負責制定ZigBee的物理層和媒體介質訪問層。IEEE802.15.4規范是一種經濟、高效、低數據速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/915MHz的無線技術，用于個人區域網和對等網絡。它是ZigBee應用層和網絡層協議的基礎。ZigBee是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的無線網絡技術，它是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術提案。主要用于近距離無線連接。它依據802.15.4標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個網絡節點傳到另一個節點，所以它們的通信效率非常高。4數據分析

互聯網是先有計算機終端系統，然后再互聯成為網絡，終端系統可以脫離網絡獨立存在。在互聯網中，網絡設備用網絡中惟一的IP地址標識，資源定位和信息傳輸依賴于終端、路由器、服務器等網絡設備的IP地址。如果想訪問互聯網中的資源，首先要知道存放資源的服務器IP地址。可以說現有的互聯網是一個以地址為中心的網絡。

傳感器網絡是任務型的網絡，脫離傳感器網絡談論傳感器節點沒有任何意義。傳感器網絡中的節點采用節點編號標識，節點編號是否需要全網惟一取決于網絡通信協議的設計。由于傳感器節點隨機部署，構成的傳感器網絡與節點編號之間的關系是完全動態的，表現為節點編號與節點位置沒有必然聯系。用戶使用傳感器網絡查詢事件時，直接將所關心的事件通告給網絡，而不是通告給某個確定編號的節點。網絡在獲得指定事件的信息后匯報給用戶。這種以數據本身作為查詢或傳輸線索的思想更接近于自然語言交流的習慣。所以通常說傳感器網絡是一個以數據為中心的網絡。5 工業電磁干擾

電磁干擾起因復雜，類型多變，可能起源于系統內部，也可能來自系統外部。本文就工控系統中普遍存在的各種電磁干擾的類型、起因、后果進行初步分析。

另外，由于在工控系統中PLC已經得到了越來越廣泛的應用，而PLC控制系統的可靠性直接影響到工業企業安全生產和經濟運行，其抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。4典型案例分析

1.基于無線物聯網的智能原材料監控系統案例簡介

2013年 中航力源在蘇州投建了中國第一條智能生產線。這條生產線將信息化技術和總體控制系統融合到液壓泵核心零部件的制造過程，完成機器代人工程，具備數字化建模、智能運行管控、設備自主智能管理、資源可視化監測、實時聯網數據采集共享分析、精益化生產等智能制造特征，初步實現該零件制造生產自動化、數字化、智能化。同時，mes系統的運用使得生產線的管理實現自動化，智能化。

以前的生產線，設備利用率只有40%至60%，而這條智能制造生產線可達到85%以上；以前這樣一條生產線，需要30名工人，而現在只需要5名核心人才在后臺進行操作控制。

在這條生產線上，一種產品完成生產之后，系統會自動根據生產計劃進行設備調整，可以快速切換到第二種產品的生產。以前，公司所有產品的制造過程都是靠人工來完成，設備利用率低、生產效率低、產能不穩定。

而在這條智能制造生產線上，設備利用率是一個“定值”，設置多少就是多少，可實現設備資源的最優配置。2 智能原材料監控系統案例分析

通過無線物聯網的建立，傳感器網絡的建立，這條生產線上的所有生產要素信息都被物聯網系統所囊括，當生產線上的物料發生缺失，通過傳感器的網絡即時將信息傳達到中央控制室，通過即時的計算機數據分析處理，將工業生產線上的即時數據進行整理，并對于應即時處理的部分作出即時處理。

生產線中每隔20米左右便設有WiFi盒子，以保證數據網絡的通暢高效。這個系統使用的是mes無線傳感網絡控制系統，是當下較為先進的控制網絡，使得整體系統更加穩定，對外通訊接口較多，可以講更多的生產要素數據及時加入到數據網絡之中進行整體的分析。

而工人在生產之中作為一個對整體系統進行微調的角色，通過對參數的改變，達到改變生產結果的目的。5應用前景

1）無線傳感器應用前景

正是由于低功耗無線傳感節點在如此廣范圍內的應用，使得它受到了來自軍事、工業和商業以及學術專家的極大關注。其發展方向必然是無線通信的網絡化，6

即通過自組網的方式形成動態、自適應的無線傳感網絡。而無線傳感網絡(WSN)是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分功能來實現降低功耗的目的。

除開以上所講兩種發展趨勢之外，無線傳感模塊的應用和發展還具有極大的發展空間和良好的發展方向。當前對無線傳感模塊的應用都是靜止性的，就目前存在的無線傳感網絡（WSN），構成網絡的各個節點都是被固定的安放在一個地方，要實現對整個環境的檢測，就需要向環境中投放大量的無線傳感節點。這樣一來成本就會非常的高。若實現無線傳感模塊對信息的移動式采集，則在同一個環境內投放更少的節點，就能實現對環境的全面檢測。

正是由于當前能耗對無線傳感模塊的影響，低功耗研究才上升為一個熱點領域，不論是使用電源或者電池供電，在實現低功耗后，無線傳感模塊的發展趨勢必然是自生能源式的。利用太陽能、振動能量、地熱、風能等實現無線傳感模塊的電能供應對于全面提高無線傳感模塊的能力將會起到巨大的作用。2）無線物聯網技術應用前景

WSN 網絡是面向應用的，貼近客觀物理世界的網絡系統，其產生 和發展一直都與應用相聯系。多年來經過不同領域研究人員的演繹，WSN技術在軍事領域、精細農業、安全監控、環保監測、建筑領域、醫療監護、工業監控、智能交通、物流管理、自由空間探索、智能家居等領域的應用得到了充分的肯定和展示。2005年，美國軍方成功測試了由美國Crossbow產品組建的槍聲定位系統，為救護、反恐提供有力手段。美國科學應用國際公司采用無線傳感器網絡，構筑了一個電子周邊防御系統，為美國軍方提供軍事防御和情報信息。中國中科院微系統所主導的團隊積極開展基于WSN的電子圍欄技術的邊境防御系統的研發和試點，已取得了階段性的成果。

在民用安全監控方面，英國的一家博物館利用無線傳感器網絡設計了一個報警系統，他們將節點放在珍貴文物或藝術品的底部或背面，通過偵測燈光的亮度改變和振動情況，來判斷展覽品的安全狀態。中科院計算所在故宮博物院實施的文物安全監控系統也是WSN技術在民用安防領域中的典型應用。

在醫療監控方面，美國英特爾公司目前正在研制家庭護理的無線傳感器網絡系統，作為美國“應對老齡化社會技術項目”的一項重要內容。另外，在對特殊 7

醫 院(精神殘障類)中病人的位置監控方面，WSN也有巨大應用潛力。

在智能交通方面，美國交通部提出了“國家智能交通系統項目規劃”，預計到2025年全面投入使用。該系統綜合運用大量傳感器網絡，配合GPS系統、區域網絡系統等資源，實現對交通車輛的優化調度，并為個體交通推薦實時的、最佳的行車路線服務。WSN網絡自由部署、自組織工作模式使其在自然科學探索方面有巨大的應用潛力。2005年，澳洲的科學家利用WSN技術來探測北澳大利亞蟾蜍的分布情況。佛羅里達宇航中心計劃借助于航天器布撒的傳感器節點實現對星球表面大范圍、長時期、近距離的監測和探索。智能家居領域是WSN技術能夠大展拳腳的地方。浙江大學計算機系的研究人員開發了一種基于WSN網絡的無線水表系統，能夠實現水表的自動抄錄。復旦大學、電子科技大學等單位研制了基于WSN網絡的智能樓宇系統，其典型結構包括了照明控制、警報門禁，以及家電控制的PC系統。各部件自治組網，最終由PC機將信息發布在互聯網上。人們可以通過互聯網終端對家庭狀況實施監測。

WSN在應用領域的發展可謂方興未艾，要想進一步推進該技術的發展，讓其更好為社會和人們的生活服務，不僅需要研究人員開展廣泛的應用系統研究，更需要國家、地區，以及優質企業在各個層面上的大力推動和支持。3）無限物聯網應用于工業生產

隨著無線傳感器發展，及其配套網絡的日益完善，智能網絡可以從工業生產到民用生活全面展開。智能生產，智能工廠的技術可以應用于智能家居，智能家居，智能交通之中。

同時虛擬現實技術的發展，如果將虛擬現實和無線傳感器網絡相結合，計算機小型化，可穿戴終端的日趨發展。不難想象未來的工廠之中，在生產線上，生產要素被即時監控，通過無線物聯網傳送到中央處理器進行數據分析。再將數據和處理結果傳遞到個人終端上，工人通過虛擬現實技術可以身臨其境的觀看生產現場，并結合數據分析作出即時的判斷處理。6 結束語

要讓未來的無線物聯網做到暢通無阻，首先要能讓移動終端能力方便快捷的接入和高速的帶寬，這些是無線移動通信網重點發展的方向。其次有無處不在的網絡節點，放置我們需要的區域，如超市。醫院，倉庫等。通過這些節點我們能 8

實時的對目標物體進行監控處理。最后是無處不在的互聯網，這也是物聯網的核，任何物體是靠互聯網連在一起的，通過互聯網的連接到才能實現遠端監控和處理，才能讓物體更智能。

無線傳感器技術的發展使得原始的工業生產發生巨大的變化，工業生產中的物料，器件的監控從人轉移到人機互動之中。無線傳感器網絡和智能 參考文獻

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