装备制造业智能制造技术研究

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摘要：装备制造业智能制造是新一轮工业革命的核心技术，介绍了山西省装备制造业一些代表性专业领域开展智能制造技术研究及应用的情况，为山西省乃至我国装备制造业推进智能制造工作提供借鉴。

关键词：装备制造业；智能制造；应用

0引言

智能制造是在新一代信息技术与先进制造技术深度融合的基础上产生的，它贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自决策、自执行、自适应、自学习等特征，是一种旨在提高制造业质量、效益和核心竞争力的先进生产方式。智能制造是新一轮工业革命的核心技术，是世界各国全力争夺的技术制高点。以科技创新为主要驱动力，加快新一代信息技术与制造业深度融合，是我国从制造大国迈向制造强国的重要保障。数字化网络化智能化制造作为制造业创新发展的主要途径，已成为实现机械产品创新的共性使能技术，能够提高产品功能、性能和市场竞争力；智能化制造技术也是生产技术创新的共性使能技术，能够提升制造业的设计、生产和管理水平；它还是产业模式创新的共性使能技术，能够促进服务型制造业和生产性服务业的发展，变革制造业的生产模式和产业形态。山西省是重工业大省，在国家实现“中部崛起”战略中具有重要地位。山西装备制造业经过改革开放三十多年的发展，已形成了在国内外有一定影响和特色的重型机械、煤炭机械、轨道交通机械和纺织机械产业，以及以电机、液压件和铸锻件等为主的机械基础件制造产业。结合我国工业4．0、互联网＋等发展战略，山西省装备制造企业将智能制造作为产品转型升级的抓手，针对不同的产品类别，在产品智能诊断系统、运行管理系统、远程监控、无人操作、产品全寿命周期维护和数字化工厂等方面开展深入研究，不断提升产品的智能化和信息化水平，从而极大地提升了产品价值和竞争力。本文将对山西省装备制造业一些代表性专业领域开展的智能制造技术研究及应用情况进行分析，为山西省乃至我国装备制造业推进智能制造工作提供借鉴。

1智能制造在冶金机械方面的研究及应用

在冶金机械方面，智能制造技术得到了较广泛的推广和应用。以三辊连轧管机组为例，其数字化控制系统总体结构框图如图1所示。由图1可以看出，三辊连轧管机数字化控制系统主要由生产管理级、生产控制级、过程控制级和基础自动化级组成。通过采用数据采集与过程监控、轧制工艺管理系统、智能自动化网络、PLC控制系统、连轧管机组HGC系统、数字化的传动系统和智能监控系统，将数控技术与人工智能技术应用到基础自动化和过程自动化系统中，实现了整个热轧钢管生产的数字化、网络化、智能化和高效化。

2智能制造在煤炭开采及深加工机械方面的研究及应用

山西省是煤炭大省，也是我国煤炭开采机械及煤炭深加工机械的重要产地。近年来，智能制造在煤炭开采及深加工机械方面的研究及应用也受到了广泛的关注，并取得了一些成果。

2．1在煤炭开采方面

在露天矿山采掘机械方面，以大型露天矿挖掘机为例，通过数字化设计，开发出矿用挖掘机多系统协调智能控制技术、集成控制系统、运行状态监测及故障诊断系统，实现了大型矿用挖掘机的数字化控制、数字化运行。在采煤机械方面，以千万吨级采煤机为例，建立了采煤机分布式并行信息处理与控制数学模型，研发了基于CAN总线和DSP的分布式机载监测与控制系统，实现了采煤机的数据快速处理、信息可靠传输和状态精确控制，提高了采煤机的智能化程度。建立了基于振动加速度包络技术的采煤机摇臂传动系统故障诊断模型，研发了采煤机传动系统故障诊断系统，实现了井下开采工况的摇臂传动系统状态监测、故障识别与全生命周期管理。研究了基于地理信息系统（GIS）的采煤机定位与煤层识别技术，采用矿井狄正波CT探测方法首次建立了工作面煤层三维数字化GIS模型，利用采煤机定位装置，实现了采煤机在工作面煤层的定位，获得了采煤机截割煤厚的预判数据，实现了采煤机基于仿形截割的智能截割。采煤机监测系统如图2所示，采用温度、压力、流量、液位等传感器对采煤机的工作状态进行实时监控，通过通讯系统将相关信息传送到上位机进行处理，并根据采集到的信息制定控制策略，实现对采煤机的智能控制。在煤矿输送机械方面，以刮板输送机为例，采用了大功率刮板输送机变频调速技术，每台电机均由一套独立的变频驱动系统单独控制。在刮板输送机上采用链条自动张紧技术，实现了对链条张紧力的实时监测，使得张紧力始终保持在合理范围之内，增强了整机工作的可靠性。刮板输送机采用了整机运行状态监控技术，借助计算机的处理能力，实现了故障预警、历史数据存储、打印和查询等功能。

2．2在煤炭深加工方面

在煤焦化机械方面，以7m焦炉成套设备为例，焦炉机械电气系统为“上位人机界面＋PLC现场总线＋变频传动”组成的三级控制系统。上位人机界面监控整机的运行状态及故障信息，实现运行状态模拟显示与故障自诊断；PLC通过现场总线实现控制系统之间的数据交换及整机运行的时序逻辑控制；采用变频调速系统，实现对运行机构变频电机转矩与速度的精确控制。同时，通过无线数据通信技术、自动对位技术和远程监控技术等数控技术的应用，大大提高了焦炉机械的数控水平。随着电气系统智能化、数字化的发展，焦炉机械将朝着智能化、无人操作的方向发展。

3智能制造在起重机械方面的研究及应用

在起重机械方面，以钢厂起重机为例，采用高精度定位技术、远程控制技术和计算机应用技术，结合对起重机运行工艺的研究，实现起重机高精度全自动（无人值守）运行。面对起重机所在厂房的整体工艺进行研究，并编制自动化控制程序，对工厂内搬运设备进行集中控制，从而实现智能工厂、智能搬运的系统工程方案。同时采用先进的传感器技术，全面采集起重机的各种数据、信息，并进行计算、分析，达到对起重机全寿命周期监控的目的。通过以上手段，全面提高了起重机的自动化、智能化、信息化水平。

4智能制造在新能源装备方面的研究及应用

在新能源装备方面，以大型风力发电机组为例，通过运用计算机辅助设计及仿真软件实现了风电机组模型建立、特性分析及数字化仿真计算；通过PC控制和变流传动技术实现对风机的自动化运行控制；通过远程SCADA系统对风电机组进行实时监控、信息共享、故障诊断及维护，从而建立“数字化设计、计算、控制以及管理”的一体化平台。图3为风电机组变桨系统状态总图。对于风电系统而言，今后的工作重点是继续深入研究风场大数据和平台技术、风机全生命周期管理技术等。

5智能制造在纺织机械以及机械基础件制造产业方面的研究及应用

5．1在纺织机械方面

以数控自动集体落纱细纱机为例，细纱机近年来发展呈现智能化、柔性化、模块化和复合化特点，以数控技术、信息技术为主导，以高精度自动化机械加工技术为基础，综合运用机、电、仪、光、气等先进技术手段，用数字化电机技术产品替代传统的复杂机械机构，并采用集体落纱气架升降伺服系统、卷绕成型电子凸轮等，使其具备准确可靠的数字化自动控制功能，进而实现细纱纺织工序的全过程自动化。

5．2在机械基础件制造产业方面

在机械基础件制造产业方面，应用先进的设计计算手段，在结构有限元、多体动力学、疲劳耐久性分析、振动与声学仿真、气动／液压等流体传动系统仿真、机电一体化分析、多学科协同仿真等方面进行了广泛研究，并针对数字化工厂发展要求，在CAD／CAE／CAPP／CAM技术上进行了深入的研究分析。同时，结合实际产品应用，逐步实现产品的全生命周期设计管理。结合信息化、智能化、数字化工作的开展和应用，通过远程监控中心建设，实现对装备的远程监控、诊断和分析等工作。

6智能制造在轨道交通装备方面的研究及应用

在轨道交通装备方面，以新型内燃调车为例，新型内燃调车主要用于地铁列车、运输车辆及无动力轨道车辆的牵引、调车及车辆救援牵引作业，采用了基于CAN总线的自动换挡微机控制系统，具有换向保护、自动换挡、超速保护、故障诊断及数据显示和记录、双机重联等功能，具有起步平稳、换挡平顺及无冲击等优点，能有效提高车辆操作的简洁性、经济型和安全性。

7结束语

各类装备制造企业结合各自专业领域，针对感知、控制、决策和执行等环节的短板弱项，采用先进工艺、信息技术与制造装备深度融合，通过智能车间／工厂建设，带动通用、专用智能制造装备的加速研制和迭代升级；推动数字孪生、人工智能等新技术创新应用，研制了一批先进的新型智能制造装备，培养了智能制造人才队伍，并积累了大量经验。然而，山西省装备制造业智能制造推进工作与国内先进省份相比总体上仍有较大的差距。近年来，在智能制造方面的产业基础薄弱、研发投入不足、专业化人才缺乏、产业链配套技术支撑短缺，大多智能制造研究及应用局限在点或面上，高水平系统化的智能制造占比较少，努力空间较大。推进智能制造难以一蹴而就，任重道远。关键要立足制造本质，紧扣智能特征，以工艺、装备为核心，以数据为基础，依托制造单元、车间、工厂、供应链和产业集群等载体，构建虚实融合、知识驱动、动态优化和安全高效的智能制造系统。促进工业互联网在装备制造业中实现全面贯通，加速推进生产过程智能化，引导和推动企业以市场为导向实施更大规模、更高层次的自动化、智能化改造，建成一批自动化、数字化生产线，推动山西省装备制造业加速向数字化、网络化、智能化发展。

作者:李宁 单位:山西春汾科创投资集团公司