智能化裝備平臺(tái)的研發(fā)及應(yīng)用

智能化裝備平臺(tái)的研發(fā)及應(yīng)用近年來(lái)，我國(guó)的各行各業(yè)迅速發(fā)展，智能化建設(shè)的發(fā)展也有了改善。智能化產(chǎn)業(yè)裝備，是集合多種高技術(shù)和多行業(yè)結(jié)構(gòu)改造的制造裝備。智能產(chǎn)業(yè)裝備制造是先進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與人工智能科技的深度融合?，F(xiàn)在所說(shuō)的智能制造裝備，主要包括幾個(gè)方面：先進(jìn)靈敏的傳感器組件、靈活多用的控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)操縱設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)線。智能化產(chǎn)業(yè)裝備代表著高端裝備的核心，是制造裝備的基礎(chǔ)同時(shí)也是制造業(yè)的前提，如今智能化產(chǎn)業(yè)裝備制造工業(yè)，已經(jīng)是越來(lái)越多國(guó)家的競(jìng)相追求的目標(biāo)。作為一個(gè)智能裝備制造業(yè)有力的發(fā)展導(dǎo)向和互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)化高度相容的完美體現(xiàn)，發(fā)展智能化產(chǎn)業(yè)裝備，在加快我國(guó)制造業(yè)快速升級(jí)、生產(chǎn)水平和產(chǎn)品性能，大大提高生產(chǎn)率、減少浪費(fèi)能源資源有著非?，F(xiàn)實(shí)和重要的意義，在保護(hù)環(huán)境方面能起到突出的作用。標(biāo)簽：智能化裝備平臺(tái);研發(fā);應(yīng)用引言面向重型機(jī)械、機(jī)器人等智能裝備行業(yè)對(duì)設(shè)備管理、遠(yuǎn)程運(yùn)維、優(yōu)化迭代等方面需求，有利于實(shí)現(xiàn)智能裝備行業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，促進(jìn)裝備制造業(yè)與新一代信息技術(shù)融合發(fā)展，規(guī)范了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)搭建提供有益借鑒。1數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)PHM系統(tǒng)運(yùn)行模式智能裝備的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)PHM系統(tǒng)按功能可分為6大部分：數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、維護(hù)決策。首先各類傳感器對(duì)智能裝備的運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取后，利用監(jiān)測(cè)模型進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，利于預(yù)測(cè)模型進(jìn)行故障預(yù)測(cè)，為設(shè)備的維護(hù)決策提供支持。（1）信號(hào)處理。其包括兩部分：①進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，如對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理、數(shù)據(jù)異常值剔除、提取相關(guān)信號(hào)等;②針對(duì)不同的信號(hào)類型的特點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)特征提取，比如統(tǒng)計(jì)特征分析、小波分解、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解等。（2）狀態(tài)監(jiān)測(cè)。對(duì)特征信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到智能裝備運(yùn)行狀態(tài)，為故障報(bào)警、故障診斷、故障預(yù)測(cè)提供歷史監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。（3）故障診斷。對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行離線或在線診斷，本系統(tǒng)采用基于總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法（ensembleempiricalmodedecomposition，EEMD）和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（radialbasisfunction，RBF）故障診斷方法進(jìn)行故障診斷建模，確定故障類型。（4）故障預(yù)測(cè)。其為PHM的核心技術(shù)和能力，在狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷信息的基礎(chǔ)上，對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行時(shí)間序列上的故障預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障提前感知能力。智能裝備的運(yùn)行參數(shù)一般呈現(xiàn)非線性和非平穩(wěn)性，針對(duì)該特點(diǎn)，本文采用動(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型建立和故障預(yù)測(cè)。（5）維護(hù)決策。維護(hù)人員根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、健康評(píng)估和故障預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行，評(píng)估和判定職能裝備的總體健康狀態(tài)，采取合適的維護(hù)策略進(jìn)行維護(hù)。2微服務(wù)架構(gòu)本平臺(tái)采用微服務(wù)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、負(fù)載均衡、服務(wù)網(wǎng)關(guān)、配置中心、API管理、調(diào)用鏈等組件，微服務(wù)框架。服務(wù)注冊(cè)：服務(wù)注冊(cè)是一個(gè)記錄當(dāng)前可用的微服務(wù)實(shí)例的網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，是服務(wù)發(fā)現(xiàn)機(jī)制的主要核心，服務(wù)注冊(cè)表包含查詢API、管理API，使用查詢API獲得可用服務(wù)的實(shí)例，使用管理API實(shí)現(xiàn)注冊(cè)、注銷(xiāo)。服務(wù)發(fā)現(xiàn)：服務(wù)調(diào)用方從服務(wù)注冊(cè)中心找到自己需要調(diào)用的服務(wù)的地址。負(fù)載均衡：服務(wù)提供方一般以多實(shí)例的形式提供服務(wù)，負(fù)載均衡功能能夠讓服務(wù)調(diào)用方連接到合適的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，并且節(jié)點(diǎn)選擇的工作對(duì)服務(wù)調(diào)用方來(lái)說(shuō)是透明的。服務(wù)網(wǎng)關(guān)：服務(wù)網(wǎng)關(guān)是服務(wù)調(diào)用的唯一入口，可以在這個(gè)組件是實(shí)現(xiàn)用戶鑒權(quán)、動(dòng)態(tài)路由、負(fù)載限流等功能。配置中心：將本地化的配置信息（Properties、XML、YAML等）注冊(cè)到配置中心，實(shí)現(xiàn)程序包在開(kāi)發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)環(huán)境的無(wú)差別性，方便程序包的遷移。API管理：以方便的形式編寫(xiě)及更新API文檔，并以方便的形式供調(diào)用者查看和測(cè)試。通常需要加入版本控制的概念，以確保服務(wù)的不同版本在升級(jí)過(guò)程中都能夠提供服務(wù)。（7）調(diào)用鏈記錄完成一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯時(shí)調(diào)用到的微服務(wù)，并將這種串行或并行的調(diào)用關(guān)系展示出來(lái)。在系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，可以方便地找到出錯(cuò)點(diǎn)。同時(shí)統(tǒng)計(jì)各個(gè)服務(wù)的調(diào)用次數(shù)，確保比較熱的服務(wù)能夠被分配更多的資源?；谖⒎?wù)架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)資源靈活組織、功能封裝復(fù)用，開(kāi)發(fā)敏捷高效，支撐快速構(gòu)建面向智能裝備的業(yè)務(wù)PaaS平臺(tái)。以設(shè)計(jì)仿真、生產(chǎn)優(yōu)化、管理運(yùn)營(yíng)等領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為背景，打造可移植、可復(fù)用的工業(yè)微服務(wù)組件，形成豐富的工業(yè)機(jī)理模型，構(gòu)建應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境，幫助用戶快速構(gòu)建定制化的工業(yè)APP。3我國(guó)智能裝備制造業(yè)在未來(lái)的發(fā)展在我國(guó)智能裝備制造業(yè)起步晚，發(fā)展?jié)摿薮?。?）智能裝備行業(yè)想要發(fā)展，就必須有長(zhǎng)期動(dòng)力，而這一動(dòng)力就來(lái)自于產(chǎn)業(yè)升級(jí)。自從我國(guó)經(jīng)濟(jì)走出國(guó)門(mén)工業(yè)開(kāi)始繁榮時(shí)起，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速提高和發(fā)展的主要?jiǎng)恿Χ家惨哉f(shuō)來(lái)源于我的工業(yè)化的道路發(fā)展，尤其是我們國(guó)家在裝備制造產(chǎn)業(yè)的告訴快節(jié)奏增加。到了2016年為止，我國(guó)的在工業(yè)這一領(lǐng)域，對(duì)我們國(guó)家的GDP貢獻(xiàn)率總和大約占比32%，在各行業(yè)同期中排名最高。制造業(yè)產(chǎn)業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的上的貢獻(xiàn)仍然占據(jù)了不可替代的重要作用和提供了主要的動(dòng)力。但是，我們可以看到是，在這個(gè)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的模式的另一面，裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同時(shí)也帶給我們的眾多不可知道的隱患。我國(guó)的工業(yè)化企業(yè)一直都從事著粗放型生產(chǎn)發(fā)展模式的引導(dǎo)，依靠著地大物博、資源礦產(chǎn)豐富、國(guó)家和政府的財(cái)力物力支撐，在此之間，用高產(chǎn)能、高度污染和較高的能源消耗，以此來(lái)?yè)Q取更高的收益。在制造業(yè)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，智能裝備的發(fā)展不可忽視，制造業(yè)升級(jí)需要智能裝備幫助一般制造業(yè)從繁重的人力勞動(dòng)中解脫，降低生產(chǎn)成本，更多的投入到研發(fā)和服務(wù)中去，建立新的發(fā)展模式。在未來(lái)相對(duì)較長(zhǎng)的一段時(shí)間里，智能裝備將圍繞產(chǎn)業(yè)升級(jí)得到進(jìn)一步發(fā)展。（2）下游制造業(yè)的需求穩(wěn)定增長(zhǎng)，為未來(lái)智能制造提供廣闊的發(fā)展空間，自動(dòng)化生產(chǎn)線在發(fā)展初期，主要運(yùn)用于汽車(chē)行業(yè)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展，汽車(chē)行業(yè)自動(dòng)化程度已達(dá)較高水平。而隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，以及客戶對(duì)汽車(chē)消費(fèi)品質(zhì)的提升、個(gè)體化和差異化的消費(fèi)需求增長(zhǎng)，汽車(chē)生產(chǎn)向差異化小規(guī)模定制生產(chǎn)模式方向發(fā)展，汽車(chē)生產(chǎn)廠商管理向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)方向發(fā)展，新車(chē)型的推出速度和更新?lián)Q代周期不斷加快，這些趨勢(shì)都對(duì)以自動(dòng)化生產(chǎn)線為代表的汽車(chē)制造裝備的自動(dòng)化、柔性化、智能化和信息化水平提出了更高的要求，相應(yīng)汽車(chē)行業(yè)固定資產(chǎn)投資將保持持續(xù)較快的增長(zhǎng)。（3）國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策大力支持智能裝備發(fā)展，國(guó)務(wù)有關(guān)文件指出，在快速培育和發(fā)展新型戰(zhàn)略性智能化產(chǎn)業(yè)中，把高端裝備制造業(yè)列入了我國(guó)反正新興產(chǎn)業(yè)的七大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。為了加快落實(shí)實(shí)施國(guó)務(wù)院這一重要決定，快速將智能制造裝備發(fā)展成產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家多個(gè)部門(mén)組織開(kāi)展了以智能裝備制造業(yè)位典范的專項(xiàng)立案。著重加大對(duì)智能測(cè)控技術(shù)的支持，在產(chǎn)業(yè)智能裝備設(shè)備領(lǐng)域進(jìn)行示范性應(yīng)用，以及試點(diǎn)產(chǎn)業(yè)設(shè)備生產(chǎn)線的建設(shè)和使用。項(xiàng)目支持包括了沖壓成型產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)線、自動(dòng)化裝配制造生產(chǎn)線和自動(dòng)化焊接生產(chǎn)線項(xiàng)目，和包括我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化加工、裝配、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)線項(xiàng)目。結(jié)語(yǔ)智能裝備對(duì)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的維護(hù)需求正逐步提高，PHM技術(shù)是未來(lái)智能裝備智能維護(hù)的發(fā)展方向。本文針對(duì)智能裝備預(yù)測(cè)性維護(hù)存在的智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度不高、物理模型建模困難等問(wèn)題，從數(shù)據(jù)挖掘的角度出發(fā)，結(jié)合智能算法和混合編程網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)技術(shù)，研究和開(kāi)發(fā)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)程PHM系統(tǒng)。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)能以較高效率完成故障診斷、故障預(yù)測(cè)等核心功能，其開(kāi)發(fā)模式和核心技術(shù)為PHM系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了借鑒意義。參考文獻(xiàn)[1]張軍，李志秀，王銳，等.基于SharpDevel