工业4.0推动制造业智能化技术发展

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1、工业4.0推动制造业智能化技术发展本文主要针对工业4.0推动制造业智能化技术的发展展开了探讨,详细阐述了机电一体化技术的概况,并对机电一体化系统和智能技术系统作了系统的分析,以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。1引言所谓的工业4.0,是指利用物联信息系统将生产中的供应,制造,销售信息数据化、智慧化,最后达到快速,有效,个人化的产品供应。而在如今制造业开始逐步应用智能化技术的背景下,工业4.0的出现,则能更好的推动制造业智能化技术的发展。基于此,本文就工业4.0推动制造业智能化技术的发展进行了探讨,相信对有关方

2、面的需要能有一定的帮助。2智能技术系统2.1三大技术发展加速催生新一代技术系统进入21世纪以来,信息与通信技术取得了突破性进展,出现了如下3个重要的技术发展趋势。(1)电子部件的微小型化。随着超大规模集成电路技术的突破、电子设计自动化的广泛应用以及半导体工艺的迅速发展,新型微控制器和8核、16核等多核微处理器研发速度明显加快,新产品不断问世。这些新型电子部件具有集成度高、可靠性与性能价格比高、抗干扰能力强以及功耗低等优点;平行计算功能极大地提高了信息处理能力,为智能技术系统的研发创造了优越的硬件条件。(2)软件成为创

3、新的驱动力。由于功能的增加、产品用户特定需求的增加、交付要求不断变化、不同技术学科和组织日益融合以及不同的公司间合作形式迅速变化等原因,工业产品及其相关的制造系统变得越来越复杂。特别是具有嵌入式软件的系统,其复杂性还在快速地增加,管理这样复杂的系统,其难度越来越大。(3)工业生产系统X络化。过去二十年,互联X很好地解决了人与人之间的互联互通,并颠覆了与人密切相关的一些传统行业。今后,随着技术的不断发展,互联X将要实现物与物的互联互通,进而实现信息世界与物理世界的融合,于是产生了物联X。工厂生产系统需要完成控制功能,为

4、了将控制技术融入互联X,在将物理设备联X的同时,也要将计算与通信嵌入实物过程,并使其与实物过程密切互动,从而出现了信息物理融合系统,又称工业互联X,它将互联X的发展推向了新高度。2.2智能技术系统的定义与特征以上3个技术发展趋势加速了机电一体化系统的升级。新一代技术系统将以机械学、电气/电子学、控制工程、软件技术和新材料的紧密相互作用为基础,通过“嵌入式智能”产生一种超越机电一体化的新系统。在这里,信息技术将与诸如认知科学、神经生物学和语言学等非技术学科相融合,跨学科融合不断研发出过去只是在生物系统中才使用的新的集成

5、方法、技术和规范,使用这些方法、技术和规程可以将感知、认知和执行功能集成融入技术系统,这样的技术系统称作智能技术系统。智能技术系统具有自动适配功能,适应力强,并且使用方便。同时,系统还具有节约资源、可进行直观操作以及可靠性高等特点。通常,智能技术系统都具有如下主要特征。适应性,即智能技术系统能够与所处的环境相互交互,并能自治地适应它们的运行模式。按照这种方式,在设计人员设定的框架内,智能技术系统能够在运行期间逐步完善,从而确保它们能够长期保持最佳使用状态。坚固性,即智能技术系统能够在动态环境中灵活和自治地运行,甚至能

6、够在开发设计者不希望或未曾预见到的环境中运行。系统能够处理不确定或者不足的信息,确保至少达到某种使用等级,满足各种要求。可预期性,即以经验积累的知识为基础,智能技术系统能够预测未来的效果和可能的情况。按照这种方式,系统能够早期识别出风险,并能及时选择和执行适合的策略,迅速解决问题。这样一来,系统就能够更有效地实现目标。用户友好性,即智能技术系统能够适应用户指定的特性,能与用户进行合理的交互。对用户而言,系统具有一定的理解能力。3认知信息处理参考模型及其模块的研制3.1非认知系统与认知系统信息处理方法是推动机电一体化向

7、智能技术系统升级的主要推动力。机电一体化系统与智能技术系统的信息处理方法是不同的。机电一体化系统在传感器和执行机构之间提供一种反应式和固定的耦合。而智能技术系统则类似于具有认知的生物,能够变更这些耦合。认知处理不会取代直接的和反应式耦合,它会与后者共存。认知系统和非认知系统的比较如图1所示。3.2认知信息处理参考模型如上所述,认知科学完全参照认知生物的行为,以此为基础创建了智能信息处理技术。因此,评价一个系统是否具有“智能“,应该看该技术系统是否具备如下3个特殊的特征:(1)主动嵌入到环境中,并能够与所处的生产场景环

8、境交换信息;(2)借助周围环境与系统相关信息的内部表达,产生灵活的、与环境相适应的控制动作;(3)具有学习和参与综合信息处理的能力。3.3操作器-控制器智能模块的研制。为了实现STRUBE认知信息处理3层模型,德国帕德博恩大学JugenGausemeier教授领导的研发人员开发了用于自寻最优系统的操作器-控制器模块。在这里,信息处理分成3级,即

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