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王国法院士谈中国煤机智能制造的六大关键技术

  ,虽部分高端煤机装备水平已达国际领先水平,但煤机装备核心竞争力欠缺,打造中国煤机国际品牌仍任重道远。

  近日,王国法院士及煤炭科学研究总院杜毅博发表题为《德国工业4.0与中国煤机装备智能制造的发展》的文章,针对中国煤机行业的历史、现状和未来,提出了自己的看法。

  我国作为世界最大煤炭生产、消费、净出口国,煤机装备制造业发展迅速,其生产总量与整体技术已达世界前列。

  然而,我国煤机装备中低端产品过剩,高端高可靠性产品紧缺,核心竞争力与创新能力不足,一些关键元部件仍需从外国进口。新一轮产业革命的背景下,我国煤机装备更需在产品可靠性、智能化等方面不断创新,以智能制造助推我国煤机装备产业与技术走向国际发展的高地。

  智能制造的终极目标是要实现产品及其制造过程的最优化,获得高效、优质、柔性、敏捷、低耗、宜人等效果。智能分析决策实现制造系统或产品智能化的核心部分,而其关键技术是以新一代人工智能技术为核心的六大关键技术,包括人工智能技术、工业机器人技术、大数据技术、云计算技术、物联网技术以及整体的信息化系统。

  1) 人工智能技术:新一代智能制造的主要特征表现在制造系统具备了学习能力,通过深度学习、增强学习等技术应用于制造领域,知识产生、获取、运用和传承效率发生革命性变化,显著提高创新与服务能力。人工智能技术的三大特点就是大数据技术、按照计划规则的有序采集技术、自我思考的分析和决策技术。传统人工智能追求机器对人脑思维、认知功能的模拟,让机器变得更聪明; 新一代人工智能则基于新的信息环境,把计算机和人连成更强大的智能系统,以实现新目标。

  

  2011年人工智能全球利申请不到5500件到2016年的22000件,6年间翻了4倍,新一代人工智能在技术和产业方面均接近“奇点”。“AI+制造业”成为全球经济技术竞争的重要因素。如

  人工智能正在从多个方面支撑传统制造向智能制造迈进,为中国制造业“由大变强”的发展注入新动能。

  2) 工业机器人技术:工业机器人作为机器人的一种,主要由操作器、控制器、伺服驱动及传感系统组成。是可重复编程,完成三维空间仿人操作自动控制,对于稳定和提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件起到重要作用。工业机器人应用的五大领域包括机器人加工、喷涂、装配、焊接以及机器搬运等。我国近年来机器人销量大幅上涨,仅2017年前 10个月销量已达 10.48 万台,位居全球第一。“机器换人”成为大势所趋。

  工业巡检机器人将采煤机滚筒的位置及割煤状态,顶底板与滚筒之间相对位置以及工作面运输机直线度等数据传送到工作面顺槽监控中心。

  3) 大数据技术:工业大数据的来源主要是数字化设计、智能化制造、网络化监测、物联网管理 4个方面,产生了大量的工业数据。工业大数据还贯穿于设计、制造、使用、维修、回收整个产品全生命周期,包括数据的获取、集成、应用等。大数据分析技术包括它的分类技术、建模技术、聚类技术、匹配技术、优化技术、可视技术等。大数据技术的应用和发展使得价值链上各环节数据和信息能够被深入分析和挖掘,为企业管理者、生产者、消费者提供看待价值链的全新视角,使企业有机会把价值链上更多环节转化为企业的战略优势。

  4) 云计算技术:大量企业采用的是竖井化IT架构,孤岛现象较为严重,IT系统资源无法跨系统共享,资源利用率低,工业云平台打破各部门之间的数据壁垒,让数据真正流动起来,发现数据之间的内在关联,帮助企业做出最正确的决策,生产出最合理、最贴近于消费市场的产品。智能工业云平台作为一种工业互联网和物联网平台,工业云构建了网络化制造模式,搭建起一种新型的生态系统。在设备与设备之间,设备与生产线,工厂与工厂之间无缝对接,监控生产过程,提高产品质量。

  2017年7月11日,百度在线网络技术(北京)有限公司、山西大学和山西精英科技股份有限公司在太原正式签署战略合作协议。根据协议,百度将运用ABC(人工智能AI、大数据Big data、云计算Cloud Computing)和物联网等先进技术,与精英科技、山西大学开展深度合作,共同打造服务山西乃至全国的“中国煤炭云”。

  5) 物联网技术:智能制造最大特征是实现万物互联( IOE Internet of everything),是智能制造的神经系统。工业物联网是工业系统与互联网,以及高级计算、分析、传感技术的高度融合,也是工业生产加工过程与物联网技术的高度融合。工业物联网具有全面感知、互联传输、智能处理及自组织和自维护的特点。信息技术发展的终极目标就是实现无所不在的连接,人、物、数据和程序通过互联网联系在一起并进行流程再造,基于物理世界感知和交互的在线化实时化数据与智能处理,改变对外部世界的相应模式。智能制造工厂架构与应用场景如下图所示。

  6) 整体的信息化系统:智能制造信息系统,在数据采集基础上,建立完善的智慧工厂生产管理系统,实现生产制造从硬件设备到软件系统,再到生产方法,全部生产现场上下游信息的互联互通。智能制造信息系统包括企业管理计划(ERP) 及产品全生命周期管理系统( PLM),从管理层上包括制造执行系统(MES) 和工厂的工程组态软件,从而达到产品在全寿命周期内物理世界与虚拟世界的协调统一。

  智能制造信息系统以精益管理为核心,根据用户需求定义企业价值,提高系统柔性和可靠性,降低库存及沟通管理成本,实现智能制造企业管理理念和管理模式的转型发展。

  负责数控系统、自动化控制系统、工业控制模块、嵌入式子系统、机器人控制系统等产品软件层的研发设计

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