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智能制造是一種全新的智能能力和制造模式，核心在于實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能和人類智能的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中自感知、自適應(yīng)、自診斷、自決策、自修復(fù)等功能。其核心在于制造、產(chǎn)品和服務(wù)的全面交叉滲透，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等多種技術(shù)與機(jī)器人、智能設(shè)備等實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、設(shè)備、人和服務(wù)的互聯(lián)互通，在這個過程中，智能檢測技術(shù)是進(jìn)行設(shè)備連通、數(shù)據(jù)采集與交互的技術(shù)基礎(chǔ)，也是智能制造實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵途徑。

在智能檢測技術(shù)方面，航天測控公司一直進(jìn)行研究與探索，尤其是在智能儀器方面，取得了一定的技術(shù)成果，積累了豐富的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。要全面進(jìn)入智能制造領(lǐng)域，還需要深入研究，突破支撐智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)揮智能儀器及檢測技術(shù)在智能制造中的支撐作用。

1 智能檢測是智能制造之基

從系統(tǒng)層級方面，完整的智能制造系統(tǒng)主要包括下圖中的5個層級，包括設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。智能儀器及新的智能檢測技術(shù)主要集中在產(chǎn)品的智能化、裝備的智能化、生產(chǎn)的智能化等方面，處在智能工廠的設(shè)備層、控制層和車間層。

圖1 智能制造系統(tǒng)層級

在智能制造系統(tǒng)中，其控制層級與設(shè)備層級涉及到大量測量儀器、數(shù)據(jù)采集等方面的需求，需要實(shí)時、有效的智能檢測設(shè)備作為輔助，所以智能檢測技術(shù)是智能制造系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，可以為上層的車間管理、企業(yè)管理與協(xié)同層級提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智能儀器等各種智能硬件的使用，是智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠互通互聯(lián)的硬件基礎(chǔ)。

智能儀器在通常儀器的功能基礎(chǔ)上，須具有數(shù)據(jù)采集、儲存、分析、處理、控制、推理、決策、傳輸和管理等多項(xiàng)功能。智能儀器是計(jì)算機(jī)與測量控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是含有微型計(jì)算機(jī)或微型處理器的測量儀器，擁有對數(shù)據(jù)的存儲運(yùn)算邏輯判斷及自動化操作等功能。智能儀器的出現(xiàn)擴(kuò)展了儀器的應(yīng)用范圍，也為智能制造奠定了基礎(chǔ)。

2 航天測控的智能檢測技術(shù)基礎(chǔ)

智能檢測的技術(shù)研究方面，測控公司一直在進(jìn)行研究與探索，積累了豐富的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。作為測試技術(shù)開發(fā)及測試裝備研制的專業(yè)化公司，測控公司主要從事基礎(chǔ)測試測量、軟件及信息化、通用測試與診斷三大業(yè)務(wù)方向，并陸續(xù)為我國的高速鐵路機(jī)車、國產(chǎn)大飛機(jī)等提供了數(shù)字化生產(chǎn)線改造和健康管理及預(yù)測等智能服務(wù)，是在智能儀器開發(fā)、工業(yè)自動化控制、數(shù)字化生產(chǎn)線改造與建設(shè)、數(shù)字化車間管理、數(shù)字化靶場建設(shè)、故障診斷與健康狀態(tài)管理等方面形成領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢，為拓展智能制造產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)。

2.1 裝備的智能化——智能設(shè)備

（1）智能無線數(shù)字多用表：作為生產(chǎn)制造車間測量、測試的主要工具，基于任務(wù)的便攜式測試設(shè)備，具有數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、發(fā)送功能，數(shù)據(jù)能自動與調(diào)試任務(wù)對應(yīng)，替代人工填寫作業(yè)模式，提升調(diào)試數(shù)字化水平。智能無線數(shù)字多用表可輔助構(gòu)建交互式遠(yuǎn)程故障處理平臺，實(shí)現(xiàn)調(diào)試故障的實(shí)時處理與排除，實(shí)現(xiàn)外場調(diào)試和現(xiàn)場保障的遠(yuǎn)程支持。

圖2 智能無線多用表應(yīng)用模式

（2）機(jī)車故障跟蹤記錄儀：在軌道交通裝備的試驗(yàn)、運(yùn)行過程中，需要對其數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的記錄與分析，為車輛狀態(tài)評估與分析提供基礎(chǔ)，本設(shè)備可對運(yùn)行機(jī)車中的電壓等被測信號進(jìn)行實(shí)時跟蹤記錄，及時發(fā)現(xiàn)故障并記錄故障發(fā)生情況的詳細(xì)數(shù)據(jù)，能夠記錄機(jī)車運(yùn)行全生命周期的數(shù)據(jù)，便于后期進(jìn)行詳細(xì)分析，排查故障原因。

圖3 機(jī)車故障跟蹤儀

（3）智能平板儀器及PXI嵌入控制器：PXI智能平板儀器憑借其獨(dú)具的便攜、智能化等產(chǎn)品優(yōu)勢，可快速、便捷的搭建各種便攜專用測試檢測平臺，并成功應(yīng)用于美國波音公司民用飛機(jī)地面振動測試以及飛行顫振試驗(yàn)中。PXI嵌入控制器產(chǎn)品獲2015年中國自動化領(lǐng)域十大用戶信賴產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于智能測試與控制系統(tǒng)。PXI和PXI-E兩項(xiàng)技術(shù)規(guī)范獲國家標(biāo)準(zhǔn)。

（4）機(jī)器視覺與感知處理設(shè)備：通過對在制品的圖像進(jìn)行掃描式采集與分析，結(jié)合后臺知識庫對特征狀態(tài)進(jìn)行判定，從而對在制品的質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，提高復(fù)雜特征檢測的效率，減少人為操作。本系統(tǒng)可以通過可見光、紅外、激光等方式進(jìn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集與分析，滿足不同應(yīng)用環(huán)境、工作模式下的智能感知。

圖4 基于圖像的線路檢測系統(tǒng)

（5）智能檢測機(jī)械手：集成了精密機(jī)械傳動系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)以及伺服控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)，通過電路板故障診斷系統(tǒng)生成故障集，獲取PCB圖中待測點(diǎn)的相對坐標(biāo)，通過視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)待檢測電路板絕對位置坐標(biāo)的精確定位，從而實(shí)現(xiàn)對電路板智能化診斷。該機(jī)械手可拓展應(yīng)用于檢測、焊接、切割、搬運(yùn)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、噴涂等工業(yè)領(lǐng)域。

2.2 生產(chǎn)的智能化——智能生產(chǎn)

（1）工藝智能管理系統(tǒng)：面向大型復(fù)雜裝備的生產(chǎn)、調(diào)試、檢修等環(huán)節(jié)，構(gòu)建工藝智能管理系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、監(jiān)控、排程與優(yōu)化，同時結(jié)合底層設(shè)備反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝狀態(tài)的實(shí)時分析，以工藝過程信息為基礎(chǔ)，構(gòu)建智能決策系統(tǒng)，確保生產(chǎn)過程中工藝執(zhí)行過程的效率與質(zhì)量。

（2）車間設(shè)備狀態(tài)采集系統(tǒng)：本系統(tǒng)的核心是單機(jī)智能設(shè)備的互聯(lián)，不同類型和功能的智能單機(jī)設(shè)備的互聯(lián)組成智能生產(chǎn)線，以車間工藝管理需求為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)工藝執(zhí)行過程中車間設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時采集與事件驅(qū)動的采集，為車間工藝過程執(zhí)行與調(diào)整提供底層數(shù)據(jù)支撐。

（3）集散控制系統(tǒng)（DCS）：UN2K-DCS集散控制系統(tǒng)是公司自主研制的具有先進(jìn)智能預(yù)測控制功能的全集成新一代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)。充分利用當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、工業(yè)自動化智能預(yù)測控制技術(shù)以及仿真技術(shù)等最新成果，廣泛應(yīng)用于化工、電力、機(jī)械等行業(yè)，適用于復(fù)雜多變的工業(yè)自動化生產(chǎn)過程，特別對多變量、強(qiáng)耦合、非線性、大時滯控制對象具有很好的控制效果，幫助用戶提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，助力管理水平提升。

2.3 服務(wù)的智能化--智能服務(wù)

（1）預(yù)防性維修與服務(wù)：通過對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，采用故障診斷、故障性能預(yù)測、健康狀態(tài)評估和壽命預(yù)測等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)控和評估。

（2）交互式電子手冊：提供一套通用的交互式電子技術(shù)手冊管理、創(chuàng)編與瀏覽平臺，支持遵循GJB6600/S1000D/MIL87268標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對技術(shù)資料進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)紙質(zhì)資料的電子化，通過文字、圖形、視頻、三維等技術(shù)手段使裝備訓(xùn)練、排故、維修等業(yè)務(wù)過程更為可視化、形象化。

（3）裝備健康管理大數(shù)據(jù)云平臺：為裝備試驗(yàn)和保障單位提供一個能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲、處理和分析的框架，從而可以更快、更準(zhǔn)、更穩(wěn)的從各類繁雜無序的海量數(shù)據(jù)中洞察裝備健康狀態(tài)。

（4）訓(xùn)練服務(wù)：以可視化仿真、半實(shí)物仿真、交互式訓(xùn)練、訓(xùn)練智能管理等現(xiàn)代技術(shù)手段，構(gòu)建一體化綜合教學(xué)訓(xùn)練仿真系統(tǒng)。消除傳統(tǒng)訓(xùn)練過程中實(shí)物、場地、經(jīng)費(fèi)、安全性等因素的限制，便于參訓(xùn)人員快速適應(yīng)真實(shí)環(huán)境，提高訓(xùn)練效率，節(jié)省訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)投入。

（5）智慧靶場：運(yùn)用智能感知、大數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)分析、建模仿真、態(tài)勢感知等技術(shù)手段，感測、分析、整合、優(yōu)化靶場運(yùn)行過程中的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，對部隊(duì)訓(xùn)練、裝備試驗(yàn)、軍事研究、技術(shù)保障等需求做出快速響應(yīng)，可提高靶場的運(yùn)行和管理效率。

3 智能制造的創(chuàng)新實(shí)踐

在智能制造實(shí)踐方面，航天測控公司成功地將基礎(chǔ)測試測量設(shè)備、軟件及信息化、通用測試與診斷設(shè)備等引入國家重點(diǎn)行業(yè)，實(shí)現(xiàn)了軌道車輛數(shù)字化生產(chǎn)車間建設(shè)、大型客機(jī)實(shí)時監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)字化車間控制系統(tǒng)改造。

3.1 軌道車輛數(shù)字化生產(chǎn)車間

針對我國現(xiàn)有的高速軌道車輛在生產(chǎn)裝配、試驗(yàn)調(diào)試、外場檢修等方面的需求，以工藝智能管理與控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研制了適用于鐵路機(jī)車行業(yè)的數(shù)字化車間系統(tǒng)。

本系統(tǒng)涵蓋軌道車輛的生產(chǎn)、調(diào)試與檢修三個典型環(huán)節(jié)，分別運(yùn)行在車輛供應(yīng)商、車輛主機(jī)廠與車輛運(yùn)營維護(hù)方，可以有效提高車輛分系統(tǒng)裝配過程的效率與質(zhì)量，并將整車調(diào)試檢測任務(wù)進(jìn)行數(shù)字化管理，結(jié)合智能設(shè)備的狀態(tài)采集，提高調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)獲取效率，確保調(diào)試質(zhì)量，同時以生產(chǎn)調(diào)試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建車輛履歷信息，并應(yīng)用于車輛檢修站，實(shí)現(xiàn)檢修過程的數(shù)字化改造，提高檢修效率。

圖5 數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)與管理

3.2 大型客機(jī)實(shí)時監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)

大型客機(jī)實(shí)時監(jiān)控與健康管理系統(tǒng)是為某大型客機(jī)生產(chǎn)單位建設(shè)的一套客戶服務(wù)支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)的目標(biāo)是建立基于狀態(tài)的維修（CBM）能力。本系統(tǒng)具備飛機(jī)實(shí)時監(jiān)控功能、故障診斷功能、健康預(yù)測功能、健康管理功能，將用于監(jiān)控飛機(jī)狀態(tài)，并對飛機(jī)各系統(tǒng)進(jìn)行長期的趨勢分析，從而對飛機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測和管理。

3.3 數(shù)字化車間控制系統(tǒng)改造

以UN2K-DCS系統(tǒng)平臺為基礎(chǔ)，采用分布式控制系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)內(nèi)多條塑料管生產(chǎn)線的工藝過程生產(chǎn)控制、狀態(tài)監(jiān)測，消除了原有生產(chǎn)線的信息孤島問題，實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)生產(chǎn)線的互聯(lián)化和信息化，優(yōu)化了現(xiàn)場操作的控制方式，實(shí)現(xiàn)了中控室集中監(jiān)控，提升了某聚乙烯管材車間的自動化管理水平；可對關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)施監(jiān)測和歷史查詢，并結(jié)合工藝條件實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，幫助用戶優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和提質(zhì)增效。

4 智能儀器及測試技術(shù)發(fā)展方向

在智能制造相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展的環(huán)境下，需要提出智能儀器新的功能需求和測試技術(shù)發(fā)展的新方向，尋求智能儀器及測試技術(shù)在智能制造中新的應(yīng)用前景。同時開展智能儀器、智能檢測技術(shù)、PHM在智能制造中的應(yīng)用、試驗(yàn)與測試數(shù)據(jù)管理等核心技術(shù)的深入研究，擴(kuò)大工程應(yīng)用，積累經(jīng)驗(yàn)，提升技術(shù)支撐能力。

4.1 智能儀器功能設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)研究

微型化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化將是智能儀器的主要發(fā)展方向。研制具有數(shù)據(jù)采集、儲存、分析、處理、控制、推理、決策、傳輸和管理等多項(xiàng)功能于一體的智能儀器，使其具備體積小、功耗小、功能強(qiáng)，能夠嵌入在生產(chǎn)設(shè)備、智能生產(chǎn)線上，便于靈活配置等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)測量過程的智能化。

4.2 針對離散行業(yè)進(jìn)行智能制造解決方案的研究

離散制造行業(yè)對底層生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的智能化要求較高，其生產(chǎn)線、裝配線往往處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)、持續(xù)工作的狀態(tài)，各種設(shè)備所產(chǎn)生、采集與處理的數(shù)據(jù)量也比較大，這給智能檢測技術(shù)提出了更高的要求，不僅需要實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的檢測與數(shù)據(jù)采集，更需要結(jié)合完整的工藝流程和業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合與分析，為整體的智能制造系統(tǒng)提供完整的解決方案，以工藝管理信息化平臺、智能儀器、自動化試驗(yàn)設(shè)備、PHM等技術(shù)為基礎(chǔ)，不斷完善產(chǎn)品體系，為離散行業(yè)的智能制造模式提供思路與產(chǎn)品。

4.3 智能檢測技術(shù)方面

將原有的離線集中式檢測逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榍度氲缴a(chǎn)線內(nèi)部、分布于智能設(shè)備內(nèi)部、嵌入在生產(chǎn)線檢測終端的實(shí)時測試方式，測試數(shù)據(jù)自動記錄、存儲、處理和管理。將智能測試技術(shù)與智能生產(chǎn)線的構(gòu)建相結(jié)合，通過在生產(chǎn)線中引入紅外/激光/可見光等機(jī)器視覺目標(biāo)定位測試技術(shù)、可變接口的智能測試適配技術(shù)、分布式實(shí)時測試采集技術(shù)、非接觸方式檢測技術(shù)、自動化測試控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時測試。開展?jié)M足智能制造要求的支撐性測試技術(shù)研究，進(jìn)行分布式協(xié)同測試軟件開發(fā)。

4.4 PHM故障預(yù)測與健康狀態(tài)管理技術(shù)

該技術(shù)是為了滿足自主保障、自主診斷的要求提出來的，是基于狀態(tài)的實(shí)時視情維修發(fā)展起來的，在智能制造系統(tǒng)中，可以結(jié)合本技術(shù)進(jìn)行裝備的狀態(tài)分析與管理，實(shí)時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)、試驗(yàn)等環(huán)節(jié)的問題，并能夠從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的角度去看待智能設(shè)備、智能生產(chǎn)運(yùn)營，強(qiáng)調(diào)資產(chǎn)設(shè)備中的狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析、監(jiān)控設(shè)備健康狀況、故障頻發(fā)區(qū)域與周期、預(yù)測故障發(fā)生，從而大幅度提高運(yùn)行維修效率，是密集應(yīng)用大數(shù)據(jù)的智能制造系統(tǒng)維護(hù)和智能工廠建設(shè)的重要工具[4]。在實(shí)際應(yīng)用中，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)狀態(tài)識別、在線監(jiān)控、定量分析、健康狀態(tài)分析、設(shè)計(jì)工藝優(yōu)化等方面。

4.5 試驗(yàn)與測試數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究

將試驗(yàn)與測試數(shù)據(jù)的采集、處理、管理和應(yīng)用與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理緊密結(jié)合。在產(chǎn)品全生命周期管理中，試驗(yàn)與測試數(shù)據(jù)被記錄、傳輸、處理和加工，深入挖掘和分析試驗(yàn)與測試數(shù)據(jù)，為改善產(chǎn)品的需求分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供實(shí)際的數(shù)據(jù)支撐，為個性化的產(chǎn)品的定制服務(wù)提供基礎(chǔ)條件。

5 結(jié)語

智能制造系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，智能儀器及測試技術(shù)作為重要基礎(chǔ)支撐，需要集成智能制造其他相關(guān)方的技術(shù)、產(chǎn)品及解決方案，構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)體系。測控公司依托現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，將繼續(xù)深入研究智能制造關(guān)鍵技術(shù)，一方面進(jìn)行智能工廠、智能生產(chǎn)線、智能制造單元的規(guī)劃、建設(shè)與改造；另一方面以智能檢測設(shè)備、控制系統(tǒng)、PHM、試驗(yàn)與測試數(shù)據(jù)管理、定制化中國企業(yè)MES等為突破口，研制智能生產(chǎn)線需要的智能檢測設(shè)備和數(shù)字化管理系統(tǒng)，參與高速鐵路機(jī)車、民用大飛機(jī)、機(jī)床等重點(diǎn)制造行業(yè)的智能制造示范工程建設(shè)，積累經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造業(yè)績，為智能制造產(chǎn)業(yè)的拓展做出貢獻(xiàn)。

摘自《自動化博覽》2018年10月刊