智能制造技术的特征篇1

1.1 机电一体化的含义

所谓机电一体化，又称机械电子学，是指将电工电子技术、信息技术、接口技术、机械技术、微电子技术、传感器技术、信号变换技术等多支技术进行有机地结合，并综合应用到实际生产生活中去的一项综合性的技术。

1.2 机电一体化的基本内容与组成要素及原则

机电一体化的基本内容包括以下几个方面：一是机械技术，二是计算机与信息技术，三是系统技术，四是自动控制技术，五是传感检测技术，六是伺服传动技术。机电一体化的组成要素包括：一是结构组成要素；二是运动组成要素；三是感知组成要素；四是职能组成要素。机电一体化的四大原则包括：一是结构耦合；二是运动传递；三是信息控制；四是能量转换。

二、关于智能控制

2.1 智能控制的含义

所谓智能控制，就是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术，是用计算机模拟人类智能的一个重要领域，主要面向比传统控制更为复杂、多样的控制任务和控制目的，为当今社会的发展带来了更为广泛的适应空间，解决了传统控制无法实现的复杂系统的控制。传统的控制只是智能控制中的一个组成部分，是智能控制最底层的阶段。智能控制是由多个学科相互交叉所形成的学科，它的理论基础包括信息论、自动控制论、运筹学及人工智能等内容。

2.2 智能控制的特征

智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高层控制，即组织级；二是智能控制器具有非线性特性；三是智能控制具有变结构特点；四是智能控制器具有总体自寻优特性；五是智能控制系统应能满足多样性目标的高性能要求；六是智能控制是一门边缘交叉学科；七是智能控制是一个新兴的研究领域。

2.3 智能控制的类型

一是集成或者混合（复合）控制；二是分级递阶控制系统；三是专家控制系统（Expert System）；四是人工神经网络控制系统；五是学习控制系统；六是进化计算与遗传算法；七是组合智能控制方法等。

2.4 智能控制发展的趋势

智能控制系统具有极强的学习功能、组织功能及适应性功能，其在机电一体化方面的广泛应用是当前智能控制的一大发展趋势。遗传算法、专家系统及神经网络是应用在机电一体化系统中的最常见的四种技术，它们之间存在着相互依存、相辅相成的关系。近年来，智能控制技术在国内外已有了较大的发展，己进入工程化，实用化的阶段。但作为一门新兴的理论技术，它还处在一个发展时期。然而，随着人工智能技术，计算机技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时期。

三、智能控制在机电一体化系统中的应用

从20世纪90年代后期，机电一体化技术向智能控制发展，开辟了机电一体化技术发展的新篇章。机电一体化的未来发展必将是以智能化作为主要方向，智能控制的优劣直接决定机电一体化系统的整体水平。

3.1 智能控制在机械制造过程中的应用

机械制造是机电一体化系统中的重要组成部分，当前最先进的机械制造技术就是将智能

控制技术与计算机辅助技术有机结合，向智能机械制造技术的方向发展。其最终目标是利用先进的计算机技术取代一部分脑力劳动，从而模拟人类制造机械的活动。同时，智能控制技术利用神经网络系统计算的方法对机械制造的现状进行动态地模拟，通过传感器融合技术将采集的信息进行预处理，从而修改控制模式中的参数数据。智能控制在机械制造中的应用领域包括：机械故障智能诊断、机械制造系统的智能监控与检测、智能传感器及智能学习等。

3.2 智能控制在数控领域中的应用

随着科学技术的发展，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，不仅需要完成很多的智能功能，还需要扩展、模拟、延伸等新的智能功能，从而使得数控技术可以实现智能编程、智能监控、建立智能数据库等目标，运用智能控制技术可以实现这些目标。比如说，利用专家系统可以数控领域中难以确定算法与结构不明确的一些问题进行综合处理，再运用推理规则将数控现场的一些数控故障信息进行推理，从而获得维修数控机械的一些指导性建议。

3.3 智能控制在机器人领域中的应用

机器人所具有非线性、强耦合、时变性的特征主要体现在动力系统中，在控制参数的系统中机器人具有多任务及多边变性的特征，这些特征适合智能控制技术的应用。当前智能控制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：一是机器人手臂姿态及动作的智能控制；二是机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制；三是机器人在行走路径与行走轨迹跟踪方面的智能控制；四是通过专家控制系统对机器人的运动环境进行定位、监测、建模及规划控制等方面的探究。

3.4 智能控制在建筑工程中的应用

智能控制在建筑工程中的应用主要表现在以下几个方面：一是智能控制在建筑物照明系统中的应用，它主要通过通信与计算机控制的联网，对每一个时段的照明系统进行控制，主要表现在对照明时间、照明系统的节能、照明逻辑方面的智能控制；二是对建筑物内的空调进行智能控制，通过比例积分调节器闭环的方式对空调在夏季与冬季使用时的模式进行设置，可以智能地调节空调的风阀，在确保建筑内空气质量的同时，减少能量的浪费。

3.5 智能控制在机电一体化中的效果

机电一体化是推动工业现代化的重要技术。“智能化”作为当代科技的趋势所在，因此智能控制在机电一体化中的作用不可估量，智能控制应用于机电一体化中有以下几点作用：优化效能：多数数控系统运用的是模块化设计的思路和方式，有着较为广阔的功能涉及面，裁剪性也非常好。如果是群控系统，对于相同的群控系统完全可以借助各种操作流程，进而保证系统的调整能够符合相关标准和要求；提高精度：精度 对于数控机床而言是衡量机电一体化制造技术的重要指标，直接影响着产品加工成品率的高低。与旧的设备相比，智能数控系统融合了高速CPU芯片、多CPU控制系统、RISC芯片与交流数字伺服系统，促使机床的精度得以大大的提高；程序控制：操作程序是系统运行的主要指令，根据加工产品的尺寸、精度来编制操作程序才能使产品加工后达到智能效果；改进加工：智能控制方式的运用可以缩短加工时间、优化操作流程。实现了复合加工的效果，数控机床通过智能控制满足了多轴、多控制加工的需要，可以有效地减少人工操作次数，加工程序得到了优化和改进。

智能制造技术的特征篇2

中图分类号：TB4文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）07-0028-01

0引言

计算机辅助工艺过程设计（简称CAPP）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。当前科学技术飞速发展，产品更新换代频繁，多品种、小批量的生产模式已占主导地位，传统的工艺设计方法已不能适应造业的需要。基于三维模型的产品建模与分析技术越来越引起企业重视，针对系列产品或新产品的基于3D的参数化工艺设计模型，可以对零部件进行快速准确的工艺设计，如定位、装夹规划、工序图生成、NC程序生成、工装设计等，是柔性制造环境下CAPP的发展趋势。

1技术现状

在设计方法上，CAPP经历了检索式、派生式、创成式以及混合式系统，相比较而言，混合式CAPP系统较为实用。20世纪50年代人工智能AI的发展促进了智能式CAPP的发展。围绕知识库和推理机组织的专家系统是智能式CAPP的核心[1]。随着先进制造技术的发展，人们对CAPP系统也有了新的认识，其发展呈现出集成化、系统化、智能化、标准化等特点。

2柔性参数化三维CAPP系统功能与建模

柔性制造模式下参数化三维CAPP所包括的四个功能：装夹规划；工序规划；尺寸链计算和工艺模型评价[2]，与传统CAPP相比柔性参数化三维CAPP在功能上具有以下特点：

2.1 工序规划功能日益突出强大产品的拓扑结构确定后，改变几何参数时，相对应的装夹方案变化较小，而工序规划中的内容则变化较大。工序规划中的数控编程技术（刀具选择、路径规划、切削参数的选取）成为主要工作内容，编程质量直接影响着制造周期和成本。

2.2 特征技术成为柔性制造模式下实现CAPP的重要途径多品种小批量制造环境下，使得传统CAPP技术难以实现快捷统一的装夹规划，而传统的CAPP技术又着重于检索和派生技术，内容集中在工序图的生成，无法为企业提供实用的推理和决策功能，成为制造过程中的瓶颈。特征技术的出现为实现CAPP技术的柔性化提供可能，特征被分为总体特征、制造特征、主特征和载体特征，通过特征分类与设计特征自动识别技术，以及设计特征到工艺特征的映射技术[3]，实现基于特征的柔性CAPP技术。

3柔性参数化三维CAPP系统结构与特点

柔性制造模式下CAPP系统以商品化CAD/CAM环境为开发平台，建立了集成的零件工艺信息模型和丰富的制造特征库，综合利用各种工艺设计方法。采用XML技术实现对制造资源、工艺数据和工艺知识的描述，并采用面向对象的思想设计数据库以方便管理,完善地实现数据、知识的动态更新。

3.1 基于特征技术的信息集成在三维CAD平台上提供三维标准件库、设计特征库，在产品的几何层与零件层增加特征层，将几何形状特征和设计约束特征通过特征映射成工艺特征，基于特征加工知识进行辅助工艺决策，再经过基于特征的数控编程技术实现快速制造。同时建立三维的工艺装备库，并生成三维工序简图，不仅实现可视化装夹规划，而且实现自动化工序规划。

3.2 基于知识描述的智能工艺设计在知识表达上可采用面向对象的方法，混合式知识表达模型，以及各种模糊知识的表示。在推理方面，人工智能中的神经网络的发展对于知识自学习和联想记忆有很大进展，不精确推理也有所应用。在系统结构方面，出现知识系统，分布式系统，多层次系统等。在决策方法上，基于Agent的智能决策技术，分级规划的决策方法等，从强调工艺决策的自动化转变到注重工艺基本数据结构及基本设计功能，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向整个产品工艺设计的辅助工具。

3.3 工艺设计过程管理标准化每个制造企业的生产技术和产品类型是不同的，在应用CAPP的过程会产生各自特点的制造资源、流程控制、工艺数据和报表，但是其工艺设计过程则是相似的，可分为任务分配、工艺设计、工艺签审和工艺归档四个阶段[4]，用户类型也可分为工艺设计员、工艺组长、译审员、质保员、车间主任和系统管理员等，签审路线也是明确的，便于在PDM中实施角色和流程的规范管理。

4总结

随着国际市场的开放和一体化，先进制造模式是制造企业创造效益的新途径，在多品种小批量的制造环境下，柔性参数化三维CAPP系统是适应产品多样化的新技术途径，有助于制造业发挥先进制造模式的技术优势，也代表了CAPP系统发展的趋势。

参考文献：

[1]刘艳斌，赵海兵.基于3D-CAPP技术及其发展研究[J].机械制造，2006年09期：14-16.

智能制造技术的特征篇3

改革开放以来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的成就，经济总量跃居世界第二，众多主要经济指标名列世界前列。同时，必须清醒地看到，我国经济规模虽然很大但依然大而不强，增速很快但依然快而不优。主要依靠资源等要素投入推动经济增长和规模扩张的粗放型发展方式是不可持续的，转变经济发展方式刻不容缓。作为一个发展中国家，当前中国由于创新能力不强，在国际分工中尚处于技术含量和附加值较低的“制造―加工―组装”环节，在附加值较高的研发、设计、工程承包、营销、售后服务等环节缺乏竞争力。我国工业化起步晚，技术积累相对落后，先进技术的产业化能力也与发达国家存在显著差距，致使国产智能制造产品和系统的发展同时面临技术和市场的瓶颈。我国制造业以前以劳动密集型产业占主导地位，生产基本靠人，低成本的优势使得中国成为“世界工厂”，“中国制造”遍布世界各地。但缺乏核心技术，关键零部件受制于人，导致国产智能制造装备价格倒挂，缺乏竞争力；软件系统发展滞后造成智能化水平难以提高；跨国公司垄断势力挤压国内企业发展空间。近些年，在劳动力成本提高以及全球经济发展缓慢等多方面的制约下，我国传统制造业正面临着来自世界各国家的竞争威胁，加上互联网技术应用的崛起，转型升级成了企业必须面临的问题。

在以中高速、优结构、新动力、多挑战为主要特征的新常态下，发展智能制造不仅是我国产业转型升级的突破口，也是重塑制造业竞争优势的新引擎。为适应工业化进入后期阶段的发展特征，应对新科技革命和产业变革的挑战，近年来，我国中央政府、地方政府和企业都制定、实施了一系列促进智能制造和智能制造产业发展的战略、政策和具体措施，以推动智能制造的发展和普及。中央政府连续出台政策力推智能制造，国家层面智能制造战略框架逐渐清晰完善，加快了从制造业大国向制造强国迈进的步伐。

智能制造技术的特征篇4

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.135

随着我国经济的快速发展，愈加复杂化的市场经济使得各个行业的竞争越来越激烈，为了能够在市场中有一个立足之地，所有的企业都在进行转型和改善。随着近些年的发展，我国的机电一体化系统已经逐渐的趋于完善，但是在实际的操作过程中还存在着一定的弊端，最明显也是最重要的问题就是在实际操作的过程中不论是农业还是工业，都存在着一定的不确定性、多层次性以及非线性等特征，使得机电一体化系统在应用的过程中出现了一些不便。为了能够解决这个问题，智能控制应运而生，智能控制的出现不但有效的解决了这个问题，同时促使我国机电一体化行业的快速发展，使其能够更加从容的面对各种操作，提高了机电一体化系统的操作效率。

1 什么是智能控制

所谓的智能控制指的就是在没有人为的干预下能够自主驱动智能机器，从而有效完成对目标进行自动控制的技术，换句话来说就是用计算机对人类的大脑进行模拟，从而完场智能控制。智能控制在当今的社会是一种非常重要的技术，应用范围非常广泛，有着不可或缺的作用。在机电一体化系统中，有很多复杂多样的控制任务和控制目的，这些控制任务和控制目的以传统的控制手段来完成是非常复杂和不方便的，而智能控制的出现正好可以解决这一问题，使得机电一体化系统的实际操作更加的简单方便，同时还能更好的完成控制任务。对于智能控制来说，传统控制只是其中最为简单的一个部分，真正的智能控制是由多个学科相互交叉而成，而在众多的学科中最为主要的就是自动控制论、信息论、人工智能以及运筹学等学科。与传统控制相比较而言，智能控制有着一些非常明显的优点和特征，其中最为主要的特征主要有七个方面，分别是智能控制的核心在高层控制、智能控制具有变结构特点、智能控制器具有非线性特性、智能控制器具有总体自寻优特征、智能控制一个新兴的技术、属于一门边缘交叉学科以及其能够满足更多的要求和目标。智能控制主要分为了六种类型，分别是：混合或者集成控制、专家控制系统、分级递阶控制系统、学习控制系统、人工神经网络控制系统、组合智能控制系统以及金华计算与遗传算法。

2 什么是机电一体化系统

所谓的机电一体化系统又被称之为机械电子学，指的就是讲信息技术、机械技术、电工电子技术、借口技术、传感器技术、微电子技术等多种技术进行有机的结合，从而形成了所谓的机电一体化系统，同时将这种系统运用到实际的生活当中。机电一体化系统在组成的过程中需要几点组成要素，主要包括了运动组成要素、结构组成要素、智能组成要素以及感知组成要素。

3 智能控制在机电一体化系统中的应用分析

随着科技的快速发展，机电一体化逐渐从传统方式向着智能控制转型和发展，使得机电一体化系统迈向了新的领域。同时随着机电一体化系统面对的任务和目标来说，智能控制也必然是其主要的发展方向，在机电一体化系统中，智能控制的水平直接决定整个系统的水平，智能控制水平越优越，那么机电一体化的整体水平也就也高，反之亦然。

3.1 智能控制在机械制造过程中的应用分析

在机电一体化系统中机械制造只非常重要的一个部分，而对于目前的机械制造技术来说，最为先进的技术就是将计算机辅助技术与智能控制进行有效的结合，使得机械制造技术逐渐的智能化。机械制造技术的智能化其主要目的就是利用计算机技术对人脑进行模拟，以其来代替一部分的脑力劳动，从而完成整个人类制造机械的过程。在智能化的机械制造的过程中，首先是由智能控制技术对神经网络系统进行利用，通过它对机械制造的实时情况进行动态模拟，然后再利用传感器的融合技术对采集而来的信息进行处理，同时对控制模式中的一些参数和数据进行修改。在机械制造的领域中智能控制的主要应用有机械制造系统的智能监控和检测、智能诊断机械故障、智能学习以及智能传感器。

3.2 智能控制在数控中的应用

随着科技的快速发展和我国市场化经济的不断变更，对于机电一体化系统的发展来说数控技术有着至关重要的作用，因此对于数控技术的要求也就越来越高，在实际操作的过程中，数控技术不但要有效的完成各种智能功能，同时还需要数控技术完成扩展、延伸以及模拟等一些全新的智能功能，从而可以通过利用数控技术来完成智能监控、智能编程以及对智能数据库的建立等一些目标，从而使得机电一体化系统在实际的操作过程中可以通过智能控制来完成一些目标，比如在对数控领域中一些算法不确定或者是没有明确结构的问题进行综合处理的过程中，可以通过利用推理规则对数控维修提供一定的数据和参考。

3.3 智能控制在机器人中的应用

机器人具有非常多的特性，其中最主要的就是非线性、时变性以及强耦合，而这些特征主要都是体现在机器人的动力系统之中。同时在机器人的控制参数系统当中，机器人具有多边变性以及多任务性的特征，而这些特征的存在是非常适合智能控制技术的应用。就目前的技术和发展来说，在机器人的实际操作过程中智能控制技术主要变现在四个方面，分别是对机器人的行走轨迹和行走路径以及跟踪等方面进行控制；对机器人手臂的姿态以及动作进行智能控制；有效利用专家控制系统对机器人的运动环境进行建模、监测、定位以及规划控制；对机器人的传感器信息融合和视觉处理进行智能控制。

3.4 智能控制在建筑工程中的应用

智能控制在建筑中的应用主要有两个方面，一方面是照明通信系统，另外的一个方面是空调系统。随着人们的生活水平不断的提高以及科学技术的不断进步，人们对于生活的质量要求也是越来越高，因此智能建筑成为了主流。智能建筑主要是通过智能控制对建筑进行智能化控制，而在众多的智能控制中最为常见也是最为实用的就是这两种。首先是照明通信系统，通信系统指的就是小区内部的互联网通讯，主要是通过小区内的控制器对每个用户的通讯线路进行控制和检测，一旦发生故障，能够对线路进行快速的检修并且进行维护，使得通讯系统在使用的过程中更加的便捷和安全。照明系统指的就是对建筑群的照明进行实时控制，在控制的过程中主要是对照明区域、照明时间、照明逻辑以及照明系统节能灯方面进行控制；另外一个方面就是对空调系统进行控制，在对空调进行智能控制的过程中，主要是通过比例积分调节器闭环的方式来模拟四季温度，同时对空调的风阀进行智能调节，不但有效提高了建筑内部的空气质量，同时还能尽可能的减少能量浪费。

4 总结

随着科技和市场化经济的快速发展，机电一体化系统为了能够适应更过的工作环境和任务要求，需要进行不断的完善和转型，智能控制的出现使得机电一体化系统能够更好的面对各种各样的操作难题，不但能够有效解决问题，还可以减少工作人员的脑力和体力劳动，更加重要的是促进了机电一体化系统的快速发展，使其有了质的飞越，使其能够更加长远的发展。

参考文献：

[1]唐淑云.机电一体化技术在汽车制动系统中的应用分析[J].世界有色金属，2016（17）：151-152.

[2]华爱琴.关于企业智能制造中机电一体化技术的发展分析与应用探讨[J].时代农机，2016（09）：51-52.

[3]田永利，邹慧君，郭为忠，李瑞琴，张青.基于DPAM-F的机电一体化系统广义执行机构子系统智能设计[J].上海交通大学学报，2005（01）：66-70.

[4]崔连涛，胡希勇，金龙国.Me093399型机电一体化柔性装配系统智能子站的设计及应用[J].中国高新技术企业，2012（19）：39-41.

[5]张寒松.浅析机电一体化技术的发展及其在钢铁行业中的应用[J].机械制造，2012（12）：68-71.

智能制造技术的特征篇5

我国的电气技术越来越成熟，在工业与农业的发展中发挥着至关重要的作用。但在实际的生活中，很多电气应用中的农业与工业对象具有多层次、不确定性、非线性等特征，给电气的发展带来了很大的难题。智能控制系统的出现及应用，为电气的长远发展创造了良好的外部环境。本文将从智能系统与电气的角度出发，着眼两者的融合应用，研究电气系统中智能控制的应用。

一、电气及智能控制系统概述

当前的电气技术已经广泛的应用到实际生产生活中，其基本内容主要是机械技术、计算机技术、系统及自动化控制技术、传感检测技术。基本组成要素包括结构组成要素、运动组成要素、感知组成要素以及职能组成要素。电气的基本原则有四个，分别是结构耦合原则、运动传递原则、信息控制原则以及能量转换原则。智能化控制就是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术，是用计算机模拟人类智能的一个重要领域。智能化控制是传统控制的优化升级，智能化控制系统是一个开放的、分布式的、对信息具有综合处理能力的机构，在当今社会得到广泛的应用。智能控制系统是将自动控制理论、人工智能理论、信息理论及运筹学理论综合应用的系统，智能控制的主要对象一般具有复杂程度高、非线性的特点，而且具有不确定性。与传统控制形式相比，智能化控制具有明显的优越性。

二、智能控制在电气系统中的应用

从20世纪90年代后期，电气技术向智能控制发展，开辟了电气技术发展的新篇章。电气的未来发展必将是以智能化作为主要方向，智能控制的优劣直接决定电气系统的整体水平。

1、智能控制在机械制造过程中的应用。机械制造是电气系统中的重要组成部分，当前最先进的机械制造技术就是将智能控制技术与计算机辅助技术有机结合，向智能机械制造技术的方向发展。其最终目标是利用先进的计算机技术取代一部分脑力劳动，从而模拟人类制造机械的活动。同时，智能控制技术利用神经网络系统计算的方法对机械制造的现状进行动态地模拟，通过传感器融合技术将采集的信息进行预处理，从而修改控制模式中的参数数据。智能控制在机械制造中的应用领域包括：机械故障智能诊断、机械制造系统的智能监控与检测、智能传感器及智能学习等。

2.智能控制在数控领域中的应用。随着科学技术的发展，我国的电气技术的发展对数控技术提出了更高的要求，不仅需要完成很多的智能功能，还需要扩展、模拟、延伸等新的智能功能，从而使得数控技术可以实现智能编程、智能监控、建立智能数据库等目标，运用智能控制技术可以实现这些目标。比如说，利用专家系统可以数控领域中难以确定算法与结构不明确的一些问题进行综合处理，再运用推理规则将数控现场的一些数控故障信息进行推理，从而获得维修数控机械的一些指导性建议。

3.智能控制在机器人领域中的应用。机器人所具有非线性、强耦合、时变性的特征主要体现在动力系统中，在控制参数的系统中机器人具有多任务及多边变性的特征，这些特征适合智能控制技术的应用。当前智能控制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：一是机器人手臂姿态及动作的智能控制；二是机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制；三是机器人在行走路径与行走轨迹跟踪方面的智能控制；四是通过专家控制系统对机器人的运动环境进行定位、监测、建模及规划控制等方面的探究。

4.智能控制在建筑工程中的应用。智能控制在建筑工程中的应用主要表现在以下几个方面：一是智能控制在建筑物照明系统中的应用，它主要通过通信与计算机控制的联网，对每一个时段的照明系统进行控制，主要表现在对照明时间、照明系统的节能、照明逻辑方面的智能控制；二是对建筑物内的空调进行智能控制，通过比例积分调节器闭环的方式对空调在夏季与冬季使用时的模式进行设置，可以智能地调节空调的风阀，在确保建筑内空气质量的同时，减少能量的浪费。

5.智能控制在电气中的效果。电气是推动工业现代化的重要技术。“智能化”作为当代科技的趋势所在，因此智能控制在电气中的作用不可估量，智能控制应用于电气中有以下几点作用：（1）优化效能：多数数控系统运用的是模块化设计的思路和方式，有着较为广阔的功能涉及面，裁剪性也非常好。如果是群控系统，对于相同的群控系统完全可以借助各种操作流程，进而保证系统的调整能够符合相关标准和要求；（2）提高精度：精度对于数控机床而言是衡量电气制造技术的重要指标，直接影响着产品加工成品率的高低。与旧的设备相比，智能数控系统融合了高速CPU芯片、多CPU控制系统、RISC芯片与交流数字伺服系统，促使机床的精度得以大大的提高；（3）程序控制：操作程序是系统运行的主要指令，根据加工产品的尺寸、精度来编制操作程序才能使产品加工后达到智能效果；（4）改进加工：智能控制方式的运用可以缩短加工时间、优化操作流程。实现了复合加工的效果，数控机床通过智能控制满足了多轴、多控制加工的需要，可以有效地减少人工操作次数，加工程序得到了优化和改进

三、智能控制在电气系统中发展的必然趋势分析

智能控制系统在20世纪90年代的后期在一些发达国家被研究发明，并得到初步的应用。在通信技术、光学技术、微细加工技术逐渐发展起来后，电气系统也将这些技术整合在一起，智能控制在电气中进入的新的发展阶段。随着微电气、光电一体化、计算机技术、数字模型系统等多项领域的发展，智能控制在电气系统中应用的更加灵活广泛。网路化技术、光纤技

智能制造技术的特征篇6

一、智能产业特征与发展前景

进入20世纪80年代以来，制造业逐渐从传统的生产要素捆绑中解放出来，知识经济改变了传统的物质生产向智能技术研发重心转变。全球经济竞争发展为高端智能产业的主力军比拼，起步较早的发达国家，凭借着雄厚的资金技术首先进入智能产业时代，促使更多的发展中国家加入发展智能产业队伍。智能制造业高收益显著高于低端加工生产制造。如今发达国家智能产业的发展高度已不再是单一凭借技术优势，而是技术、知识、管理制度和人才相较量的综合创新能力。长期作为发达国家附属的“造物车间”，降低了发展国家制造业产业的自身抗风险能力，极易被国际贸易环境改变所波及，更难以保证经济可持续性增长。当前的智能制造业也属于新兴产业范畴，代表性特点是规模较小与尚未完善成熟的产品和市场，其产业链是由产品研发，生产和管理等多环节紧扣的连续性过程，代表性的产学研集于一身的管理模式，而智能制造的产品种类包括实体、软件系统和智能管理服务平台。总体智能制造的具有扩张性的发展趋势，存在更多的发展空间容纳新兴产业的扩充。具体而言，初具规模的智能产业的生产覆盖面应包括产品、生产系统和企业整体的智能化为特征。产品的智能化体现为将数据控技术与信息化处理技术注入产品中，产品市场价值则由其智能技术水平高低所决定。目前智能化在产业生产中的运用基本以生产线系统的IT控制、生产程序人工预设系统，数据采集和实时生产监控可达到高效的定制生产功能。适用于客户需求为导向的个性化产品需求的快速批量生产。“互联+”产业模式也让制造商原有生产模式从B2C向C2B转变；让企业高层统筹者将管理目标设定在协调内部部门间的控制、管理、生产环节高效交接同时，更加注重延伸产业链、设计满足客户个性化需求产品、流通销售环节与工业物联网相对接。从强调对生产资料与生产要素主动控制权向资源动态需求变动生产理念转换，进而促进了产业间资源的最优化配置。

二、加快我国产业“智能化”转变的重要性

如何维护中国制造在国际市场中的地位，是攸关我国传统制造业企业生存的课题。20世纪70年代以来，农业是我国重要的经济基础，为工业的起步贡献了必要的资本积累，随着改革开放脚步的悄然而至，中国制造业紧抓机遇成功得搭上了高速疾驰的全球制造业列车，承接跨国公司的加工生产外包项目，从此“中国制造”便成为了全球价值链中的一部分。由于前期发展过度依靠劳动力成本优势，通过为大量国外品牌贴牌生产而迅速占领了国际市场份额。显然，产量与价格优势并不能为中国制造立足全球市场长久之策，缺乏自主知识产权技术和品牌的双引擎就不具备在国际市场上单打独斗实力。从“世界工厂”的日不落帝国的崛起再到美国、日本、德国等制造业帝国的相互轮替的制造业发展史表明，虽工业革命促发生产力空前上升，但工业化所造成环境污染的问题又摆在了经济发展的道路上，壁垒重重不得不让这些“先行者”重新思考探索解决之策，唯有将产业发展重心转向发展智能产业成为众家之选。同时也指明了依赖传统加工制造为主线的制造业必须摆脱密集劳动力模式禁锢，突破传统模式思路，才能迎接未来智能化产业比拼较量。20世纪90年代以来，低端加工制造的产业主体格局有所改变，许多跨国公司把其研究机构设立在我国，如运输设备、信息技术、生物制药等产业为主要领域，但核心技术、知识产权并非掌控在我国制造产中，需逐步提高科学技术进步对经济增长贡献率作用。

我们必须清醒地认识到中国传统制造业既存“智力”不足的软肋，又患有自主知识的根基不牢的弊病，务必审慎防范知识经济控制权下的产业转移陷阱。产业转移从表面上看，似乎是发达国家为了降低机会成本而交换发展中国家廉价的劳动力、土地等政策优待的条件，让发展中国家成为产业转移的最大收益者，但这实际上是发达国家进行产业战略布局调整的策略。随着时间推移，机会成本日益加大，演变成发展中国家过渡依赖西方自主知识技术，自主创新能力被抑制，且自主知识研发基础薄弱，甚至付出环境资源破坏和财富流失的惨痛代价，安全风险存在易使我国制造业陷于外国知识产权控制。故此做好我国人才资源的挖掘、培养、投入等工作都将成为未来智能制造道路上势必补齐的短板，追赶与发达国家之间在软实力上的差别。

三、美国、日本、德国智能产业发展概况对比分析

我国智能产业发展仍存在许多制约因素，虽现阶段是继美国、日本和德国之后的世界第四大工业用品生产国，但相对比之下，生产规模较小不及美国与日本的四分之一；工业增加值率低，其中产品的加工生产的附加值占比低，仅为美国的25.12%和日本的29.32%；而劳动生产率更是落后于美国、日本和德国，分别为前三者的5.01%、4.22%和5.89%。若以垂直分工视角分析，我国制造业位于国际分工的底层。美国、日本和德国等工业大国拥有机械设备精细制造能力，密集丰富的资源要素投入，外加金融市场资金支持。这种分工位置对号入座的只能是劳动密集型生产的发展中国家；技术密集型的智能制造却占据分工金字塔结构的顶端，并具备长期性和高附加值的特征。上个世纪70年起进入美、日、德三国制造业腾飞的黄金期，三国不尽相同的发展模式是由自身相对优势出发，美国沿着以研发和生产为主线，加大对进出口的政策扶持，符合产业发展生命周期模型的特征；日本发展模式更似燕行形态理论模型，大力提升国内生产能力，意在增加出口贸易激发本国制造业生产潜能；德国则依托于产业集群效应，构建产业间共生互补的良性循环模式，供应更多具有多样性高科技产品。当制造业发展后半期时，美国、日本和德国大量向外转移低端生产加工线，国内呈现制造业“空壳化”现象，国内主营资本操控的虚拟经济。然而金融危机后虚拟经济泡沫破裂，使高失业率，低迷贸易额量等经济衰退征兆频出，要求发达国家回归实体经济重振计划提上议程，并取得一定客观效果。美、日、德的重振规划中都突出了智能制造产业的独特地位，美国一直是智能制造技术的全球领导者，熟悉的人工智能、控制论、物联网等都起源于太平洋东岸。美国颁布许多促进先进制造业发展的政策，把制造业中心放在智能制造平台搭建上，借助“再工业化”进程推动对外贸易，拉动就业率增加。日本智能产品拥有高精准、人性化特点，如机器人技术就领先于全球。但国内经济在金融危机受肆虐受挫后一蹶不振，在调整产业发展方向时，日本政府有针对性地对市场培育、人才培养、技术研发等进行了政策扶持。特别是应对去“产业空心化”时，则凸显以智能制造业为主调方向，试图以赢取知识经济竞赛得以重返全球市场原有位置。虽然德国仍需面对未逝去的欧洲债务危机余波影响和适应国家政权的频繁更替的不利环境，经济依然保持高增长态势原因在于，制造业被奉为德国经济的增长源，只有科学技术在产业转型进一步得到释放，才可保证制造业在国民经济中的支柱作用。美、日、德在传统制造业向智能产业转换上成功经验，为我国成功实现智能制造产业道路点亮了引航灯。

四、经验启示

美、日、德正如火如荼的进行产业结构调整，凭借智能产业发展强势回归实体经济的战略规划，值得我国对智能产业初步探索的经验学习与借鉴。一方面，西方发达国家出现的“产业空心化”无疑给金融风险创造了爆发经济危机的机会，同时告诫我们扎实实体经济发展基础的必要性，未来知识经济迅猛发展中，制造业应被给予更多的重视，特别是产能过剩老旧工业区成为亟待转型升级的目标区。另一方面，加快智能产业发展步伐，提高自主研发和创新能力，增加产品附加值来提升产业获益水平，有别于西方国家的再工业化过程，我国的智能制造不是简单制造业重振，而是要大力发展先进制造业，使制造业和服务业相结合的智能化高端发展。从参与主体而言，企业应着重增强研发技术开发，提高自身创新能力，将智力高效转换输出，凭借技术优势逐步进入世界智能产品市场行列。而我国政府应为智能产业提供资金支持、政策倾斜等有利环境，大力培育社会大众创业，万众创新的社会新风潮。在当下经济发展放缓时，人才的作用尤显突出，我国智力市场的潜力巨大，注重“智力库”的培养，减少与国外竞争者的时间差，有效借助智力资源促发智能化的变革。故此，发展智能产业是我国制造业改造的必经之路，只有企业、政府等多重主体的共同作用下，才能朝着定点目标前进，得以攀登全球制造产业链的新高峰。

【参考文献】

[1] 赵英鸽：我国作为世界制造业中心的发展前景及对策分析[J].开发研究，2004（5）.

[2] 陈建芬、刘建强：世界工厂“变”“迁”[J].中国企业家（报道区域），2008（9）.

[3] 李洁：世界制造业发展趋势与中国制造业的发展对策[J].世界经济与政治论坛，2004（2）.

[4] 冷云生、刘凤朝、刘则渊：从企业集群到区域集群――高新技术产业区演化机理究[A].第四届中国软科学学术年会[C].北京：科学技术文献出版社，2003.

[5] 陈志友：世界制造业中心向中国转移：趋势、特征、条件[J].生产力研究，2004（6）.

智能制造技术的特征篇7

握法识别技术

新泽西理工学院在20世纪90年代就已经开始研发智能枪技术，相关研究人员一直在测试动态握法识别（Dynamic Grip Recognition）技术。新泽西理工学院负责研究开发的高级副校长Donald H. Sebastian称，通过RFID技术和生物特征识别技术，握法识别在防止枪支未授予使用方面的有效性达到99%。

事实上，新泽西理工学院的五六名校园警察已经佩戴上了这种智能枪，除了警员本人，其他人未经授权，连扳机都根本扳不动。

动态握法识别技术依靠枪柄处的32个传感器，与语音识别技术一样，经训练后可以识别某个人对一枝枪的握法特征，从而区别授权用户和未授权用户。当初开始这项研究的初衷是，保护与嫌犯搏斗当中可能被抢去枪支的执法人员。

不过，目前这项技术发展缓慢，主要原因是研究资金没有及时到位，风险投资者对这项技术的兴趣都不大。“实际上，由于缺少资金，目前的样枪还是基于10年前的微处理器。新一代手枪更时尚、更紧凑，所以也就需要使用更小的传感器和处理芯片。”Sebastian说，“枪支制造商根本没有兴趣将能够验证用户身份的武器投入市场。”

Sebastian介绍，动态握法识别技术要想发挥功效，首先得让枪支的处理器进行“学习”。用户必须持枪射击大概50发子弹，让武器上的传感器和处理器识别持枪人特定的握法。（系统的内存可以保存多个用户的握法模式。）

通过调整动态握法识别软件的算法，可以增加或减小识别的灵敏度。比如说，可以对某些参数进行调整，让枪支只接受成年人的手形特征，或类似枪主的手形特征，这样就可以防止未成年人使用这把枪。“如果持枪的是孩子，可能永远不会被识别为是授权用户，因为手形永远不匹配。”Sebastian说。

Sebastian介绍，目前新泽西理工学院握法识别技术使用的样枪还是老款的伯莱塔92F 9毫米半自动手枪。“除了微处理器外，电池和用于软件编程的输入/输出接口技术是十年前的老技术，太笨拙了，无法大规模生产。我们在样枪上使用的还是老式的9伏电池，连线是基于USB连线或25针RS232连接器，这比当前的最新技术落后太多。”

另外，更具有讽刺意义的是，虽然新泽西理工学院使用伯莱塔手枪来测试握法识别技术，但伯莱塔公司并未支持该学校的研发工作。“资金短缺致使握法识别技术的研究目前陷入停顿，枪击案件的频发，也许能让公众对控枪技术的关注度提高，从而带动更多投资者的积极性。”Sebastian说。

新泽西理工学院的握法识别只是市面上许多智能枪支技术中的一种，其他包括借助红外指纹读卡器和使用RFID无线电芯片的指纹识别技术。比如可以确定枪主指纹沟的红外光学扫描和压力传感器，但这些技术普遍存在可靠性不高的问题。“这些技术存在诸多缺陷，可靠性最多只有75%，这还是在实验室条件下完成的。日常真实生活中各种各样的情况都会导致这些技术无法正常使用，例如干燥或湿润的手指、冰凉的手、戴不戴手套都会引起问题。”Sebastian说。

RFID技术

佐治亚理工学院为TriggerSmart公司开发出了RFID智能枪技术，这家爱尔兰公司已在美国和另外47个国家为其武器的安全装置申请了专利。和新泽西理工学院的遭遇一样，这项技术还没有被任何一家枪支制造商所采用。

佐治亚理工学院爱尔兰分部总负责人Joe Dowling说：“我们已在美国开展了大量工作，设法让枪支制造商感兴趣。不过说实话，美国枪支行业对这项技术仍存在相当大的抵触。”

TriggerSmart的这项技术还可以通过授权枪支用户携带或植入到其手里的RFID标签，与RFID芯片协同使用。标签将高频无线电信号发送到为枪支安全装置开锁的小型电机，除非RFID标签在枪柄的一厘米范围内，否则武器的安全装置仍会处在锁定位置，只有收到电信号后，枪支才可以开锁。最多可以用一星期的小型可充电电池为内置锁具的电机提供动力，整个改造过程需要改变枪柄，以便安装电池及相应的锁具。

TriggerSmart的样机采用的技术成本约50美元，如果批量生产，成本还会大幅下降。“我们一直在与纽约警察局谈论合作事宜。在警员被枪击的事件中多达40%是被自己的枪支所伤。这项技术显然有望解决这个问题。” Dowling说。

生物特征识别技术

并非所有的生物特征识别技术侧重于与武器集成上。比如说，LEID Products LLC开发的借助生物特征识别技术的访问控制系统（BACS）就用在了枪支存放管理上，既可以限制有人未经许可使用枪支，还能跟踪枪支的使用情况。

LEID Products公司制造了提高武器安全性的电子枪柜和枪架。如果授予用户的姓名和生物特征识别信息早已记录，当他走到终端机跟前，使用手形或指纹扫描才可以登录系统，从而打开枪柜或枪架。整个系统还可以限制用户使用枪支的范围，哪怕他获准可以打开枪支的储存装置，也并不意味着他可以使用任何一枝枪。

LEID Products公司的营销主管Georgia Whalen表示，通过这套系统，一个或多个管理员可以使用PC，本地或远程控制枪柜使用。目前，美国几个政府部门已安装或正考虑安装LEID的BACS枪柜。美国国家卫生研究所在2009年采用了这项技术，保护军械库的安全。“美国国家公园管理局也在考虑在部级文物单位的不同地方安装枪柜，以便警员在紧急情况下使用。”

目前，BACS的终端机和软件就要大约18000美元，一个枪架大约8000美元。“的确，这套系统的造价过于高昂，不适合家庭使用。”Whalen说。

链接

政治和社会环境才是控枪的关键

智能枪支技术的支持者坦率地承认，这些系统并非无懈可击，没有哪项技术或哪部法律可以完全解决枪支安全问题。特别是当那些实施枪击犯罪行为的罪犯是通过合法渠道购枪的授权用户，这些技术就如同虚设。而且，这些技术还存在实际运作问题，比如说，要是警员忘带RFID标签，无法使用其武器，该怎么办？

佐治亚理工学院的Dowling说：“就算你手里有智能枪，那些想滥用枪支的人也会找到办法绕开这些技术。这些智能技术能不能阻止桑迪胡克小学这样的大规模枪杀事件，也是个未知数。不过这些技术在滥用枪支前增加了一道障碍，如果能把滥用枪支的事件概率减小一定比例，就有其价值。”

智能制造技术的特征篇8

一、 引言

后金融危机时期，面对金融危机冲击和世界不断增强的竞争压力，全球主要发达经济体纷纷推行“再工业化”战略，2011年～2015年初，美国、德国、法国、英国、日本先后推出“先进制造业国家战略计划”、“工业4.0”战略、“工业新法国”战略、“工业2050”战略和“机器人新战略”，力图重振本国制造业，并谋划在未来的产业竞争中抢占制高点。以中国为代表的新兴经济体也加快产业转型升级步伐，于2015年5月推出《中国制造2025》，被称为中国版“工业4.0”。

尽管上述主要国家所提的工业发展新战略的名称有所不同，但从其内容看，核心是通过互联网、下一代互联网、大数据等新兴技术与生产制造的深度融合，以推动制造业向“智能制造”升级，这一发展新趋势建立在信息技术和互联网技术变革基础之上，并正在对全球制造业生产模式和结构产生广泛而深刻的影响，全球以数字化、网络化、智能化为特点的新一轮工业革命已经初露端倪。

二、 互联网技术的新发展及其影响

近十多年来，以互联网为代表的信息技术飞速发展，即将全面进入以IPv6（Internet Protocol version 6，互联网通信协定第6版）和第五代移动通信技术（5G）为技术基础的时代，互联网技术的蓬勃发展也正在对全球商业模式和生产制造模式带来深刻改变。

1. 互联网技术引领商业模式的变革。互联网技术的快速发展，大大降低了信息成本以及传统上买卖双方之间的信息不对称，正在深刻影响着企业的销售模式和消费者的购买方式。近年来，各种形式的电子商务蓬勃兴起，并从B2B、B2C、C2C等模式向O2O模式发展，“互联网+”正在成为主流的商业模式。以中国为例，根据中国互联网络信息中心在过去五年的《中国互联网络发展状况统计报告》，2012年～2016年，网络购物和网上支付的用户分别从2.42亿人和2.21亿人增加至4.67亿人和4.75亿人，年均各自增长17.86%和21.08%，带动电子商务逐渐替代传统的销售渠道。而从全球层面看，根据世界银行最新的统计数据，2000年～2015年，全球每100人中互联网用户荡6.77人增加到了44人，年均增长13.29%；而根据国际货币基金组织2016年4月12日的《世界经济展望》，2015年全球总人口为73.16亿人，由此可以推算出到2015年底全球互联网用户总数大约32亿人，如此庞大的用户群奠定了基于互联网商业模式的持续成长及壮大根基。

2. 工业互联带来生产制造模式的变革。网络技术不仅越来越广泛地应用于商业和消费领域，近年来还加快向工业领域的应用渗透，工业互联网（Industrial Internet Revolution）正在形成。从技术层面看，目前IPv6技术已经趋于成熟，与IPv4技术相比，其地址比特数从32位扩充到128位，理论上的地址空间上限由此从232个拓展2128个。IPv6有足够的地址使智能对象间通过互联网大范围直接互联（工业4.0工作组、德国联邦教育研究部，2013）。从应用层面看，自2012年6月6日全球IPv6网络正式启动以来，其应用推广发展十分迅速，根据全球IPv6论坛主席Latif Ladid在今年3月9日北京举办的“全球IPv6论坛媒体见面会暨IPv6 World Leader，2017颁奖仪式”上的发言，比利时的IPv6用户占全网用户比例已经高达56.56%，美国的这一比例从2014年的5%上升到了目前的33.2%，印度则已经拥有近1亿的IPv6用户数。从工业互联网的发展前景看，未来物联网和服务网将于生产制造深度融合，从而将传统的工厂升级为智能工厂，带来生产制造模式的变革。

三、 工业4.0时代的“智能主义”生产模式

工业4.0被称为基于信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）的第四次工业革命（Kagermann，2013；森德勒，2014），将对既有的大规模批量化生产制造模式产生革命性影响。

第二次世界大战之后，“福特主义”生产方式迅速成为主流的生产制造模式。“福特主义”是指以福特公司为代表的建立在流水线分工基础上的劳动组织方式和大批量生产模式（陈秀山，2003），这种生产方式建立在专业化劳动分工、生产流程标准化和规模经济基础之上。从市场需求来看，“福特主义”模式建立在高度同质的大众化需求基础上；从投入生产要素看，采用的是专门化的机器，雇佣能熟练掌握专项任务的低技能工人进行生产；从产品特征看，生产的是标准化产品；从空间特征看，主要是根据资源禀赋所形成的比较优势进行功能性的区域分工，不同区域之间形成上下游的分工合作。概括而言，“福特主义”模式是用低技能劳动力和高度专门化机器的组合以流水线作业形式大规模生产标准化产品，可以说是工业2.0时代的代表性生产模式。

“福特主义”模式最大的局限是其成功是建立在消费者需求同质化的基础之上。然而，随着社会经济的发展，在以电子计算机和信息技术为核心的第三次工业革命推动下，20世纪80年代以来主要发达经济体先后进入后工业化时期，居民收入水平的提升使得消费者的差异化需求日益增大，企业不得不对这种变化做出反应，信息和通信技术的发展恰恰为企业满足这种差异化需求提供了可能，“后福特主义”生产模式应运而生。从市场需求来看，“后福特主义”模式考虑了消费者需求的差异，可以满足小众化的特色需求；从投入生产要素看，采用的是多功能的机器，雇佣能熟练应对多项任务的技术工人进行生产；从产品特征看，生产的是多样化产品；从空间特征看，上下游的企业聚集在特定的区域内，可以保证个性化零部件或服务的及时供应，有效解决了制约灵活化柔性生产的库存问题。概括而言，“后福特主义”模式是用具有一定知识水平的技术工人和多功能机器的组合以灵活形式小批量柔性生产多样化产品，可以说是工业3.0时代的代表性生产模式。

“后福特主义”模式虽然满足了消费者的差异化需求，有效开拓了各种细分市场，但这种生产仍无法满足真正意义上的个性化需求。然而，就每一个的本质而言，都是一个具有个性的主体，因此有效满足个性化需求成为新的工业生产模式应解决的核心问题，这也是工业4.0时代到来的市场基础。与既有的“福特主义”模式和“后福特主义”模式不同，工业4.0时代建立在满足消费者的个性化需求基础上。网络技术的广泛应用，可以实时感知、监控生产过程中产生的海量数据，实现生产系统的智能分析和决策，使智能生产、网络协同制造、大规模个性化制造成为生产方式变革的方向（王喜文，2015）。从投入生产要素看，采用的将是智能化的机器，雇佣具有丰富知识和技能的高素质工人进行生产；从产品特征看，生产的是智能产品；从空间特征看，地理位置不在成为制约生产的关键因素，生产组织模式将由集中转向分散。概括而言，这种新的生产模式是用知识型员工和智能机器的组合以适度的规模定制化生产个性化智能产品，鉴于该模式生产设备、生产过程以及生产产品都具有智能特征，本文将其概括为“智能主义”生产模式。

四、 “智能主义”生产模式下管理创新探讨

在工业4.0时代“智能主义”生产模式下，大规模标准化生产将被适当规模的个性化定制化生产所取代，由此无论对产业发展还是对企业发展，都内生出一系列的管理创新要求，核心的是需求层面的个性化需求导向、技术层面的协同创新网络参与机制以及人才层面的知识型员工培养管理制度体系建设。

1. 面向并满足个性化需求。过去产业发展所依赖的市场基础主要是大众化需求，然而随着经济社会的发展，尤其是互联网、物联网技术的深入发展及普及应用，真正意义上的个性化需求将成为工业4.0时代的主流。工业4.0允许在设计、配置、订购、规划、制造和运作等环节能够考虑到个体和客户特殊需求，而且即使在最后阶段仍能变动（工业4.0工作组、德国联邦教育研究部，2013）。对企业而言，获取和提升竞争能力的核心是满足市场需求的能力，因此面对即将到来的个性化需求时代，企业应建立个性化需求导向的研发设计、生产制造及营销服务体系，主动挖掘并适应消费者的个性化需求，重点是提升满足个性化需求的能力，这方面需要充分利用新一代的信息技术工具。

个性化也意味着特色化，这对企业而言，需要更加重视创新设计的地位。此外，借助高度发达的移动通讯网络，客户可以随时随地将个人的需求反馈至生产端，这突破了传统实体店客户体验和参与的时空局限，因此利用网络工具让客户参与设计将成为产品体现和满足客户特色需求的重要手段。

2. 积极参与协同创新网络。工业革命既是产业革命，也是技术革命。根据波士顿咨询公司的研究报告，工业4.0主要是以工业物联网、网络安全、云计算、增材制造、现实增强、大数据、自动机器人、模拟以及水平和垂直系统整合技术等9项数字化技术为基础的变革（BCG，2015）。这些新兴技术是产业和企业向工业4.0升级的关键。鉴于新兴技术研发所具有的研发投入资金量大、研发周期和产业化过程较长等特点，风险与不确定较大，因此以单个企业为主进行研发难以适应技术创新、产业发展以及国际产业竞争的需要，有必要采用系统创新网络的模式的组织形式开展技术创新。

在学者较早的研究中，创新网络被看作是应付系统性创新的一种制度性安排（Imain Baba，1989；Freeman，1991）；协同创新网络则是一种基于网络的合作创新，被看作不同的创新参与者的协同群体，具有复杂性、动态性、系统性、开放性、中心性、协同性等特点，通过该网络可以实现各个主体间的资源共享、知识传递和技术扩散，实现知识、技术的增值和创新的产生（刘丹、闫长乐，2013）。对于工业4.0时代的企业而言，采用协同创新网络模式进行创新的重要性毋庸多言，关键是要形成构建或参与协同创新网络的机制。固然，这一工作主要由行业内的主导厂商承担；但对一般企业尤其是对技术需求强烈但自身技术创新能力或水平受较多约束的中小微企业而言，也应从企业自身考]参与机制，积极主动参与协同创新网络，凭借网络资源共享的模式弥补自身的不足，从而有效提升竞争力。

3. 知识型员工培养管理制度体系建设。工业4.0时代，随着智能化生产设备和智能生产工艺的普遍采用，生产对人员的需求量将会减少，但对人员素质和能力的要求将会发生“质”的变化，正如夏妍娜、赵胜（2015）所言，人在生产制造中的角色将由服务者、操作者转变为规划者、协调者、评估者、决策者。这意味着工业4.0对劳动的需求将从一般劳动力到知识型高素质技术型员工，这类员工不仅需要具备良好的知识水平，还需要得到系统的技能培训。

针对网络化时代知识型员工自主性较强和喜欢以网络化方式参与的特点，企业可以借助网络化沟通交流平台或工具开展学习型组织建设，形成企业良好的学习氛围。专业知识和技能的培训也可以借助信息技术和网络平台实现，如利用虚拟现实技术开展培训或模拟训练。就日常管理制度而言，重点是创造有利于激发知识型员工创新思维和高效率工作的工作环境；在薪酬设计上，也应考虑对员工创新能力的激励。

五、 结论与建议

技术和政策因素共同推动以工业4.0为代表的新一轮工业革命的兴起，对传统的生产制造模式将带来革命性影响，推动其从目前的“福特主义”模式和“后福特主义”模式逐渐向“智能主义”模式升级。“智能主义”生产模式内生出一系列管理创新需求，需要管理创新方面，主要是从大众化需求导向转向个性化需求导向；技术管理创新方面，主要是从以单个企业为主体的创新模式转向协同创新网络模式，这需要相关的平台建构及参与机制设计；人才管理创新层面，主要是探索适应网络时代知识型员工特点的管理方式。

面对第四次工业革命，中国拥有工程技术人才储备多、本土市场大、经济增长势头良好、储蓄率高等优势，但制度会否成为制约创新的桎梏也令人担忧（李稻葵，2016）。中国拥有的诸多优势有利于产业界和企业进行上述管理创新，但破解制度层面的体制机制束缚或制约因素也不可或缺，这方面正是政府应该而且能够有所作为的地方，政府可以通过适当的政策提供引导、支撑和配套服务。为此，本文对相关政府部门提出以下三点建议：第一，积极引导鼓励工业4.0重大共性技术协同创新网络的形成，加强对该模式研发创新的支持力度，以加快我国在这些技术领域的突破，也由此诱发网络外广大企业乃至个人的技术创新或技术改进活动，为“中国制造”向“中国智造”的成功升级奠定坚实的技术基础；第二，提供人才培训，一方面，针对工业4.0发展新趋势、新特征，对企业管理层开展培训，帮助企业经营管理者认清工业4.0的发展大趋势，以促使他们结合本行业、本企业特点制定恰当的发展战略决策，主动顺应并推动工业4.0的发展；另一方面，采用单独组织、与行业协会联合组织或直接与企业合作组织的方式，开展针对企业骨干技术人才的专业知识、专业技能培训，提高他们未来对智能设备的适应能力，也同时引导激励他们的创新行为。第三，加强公共平台建设，主要是公共研发平台、公共信息平台和人才流动平台的建设，重点为科技型、创新型中小企业提供技术支撑和信息服务，为人才资源的恰当配置提供平台。

参考文献：

[1] 工业4.0工作组、德国联邦教育研究部.德国工业 4.0战略计划实施建议（上）[J].机械工程导报，2013年7-9月刊。

[2] Kagermann， H.，Wahlster， W.，& Helbig， J.Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0： final report of the Industrie 4.0 Working Group[R].Frankfurt： National Academy of Science and Engineering，2013.

[3] [德]乌尔里希・森德勒主编，邓敏、李现民译.工业4.0：即将来袭的第四次工业革命[M].北京：机械工业出版社，2014.

[4] 陈秀山.从“福特主义”到“后福特主义”――区域经济发展面临的新挑战[J].经济理论与经济管理，2003，（9）：67-70.

[5] 王喜文.工业4.0：通向未来工业的德国制造2025[M].机械工业出版社，2015.

[6] BCG.工业4.0：未来生产力与制造业发展前景[R].波士顿咨询公司，2015.

[7] 李稻葵.中国会错过第四次工业革命吗？[J].财经界，2016，（6）：63-65.

[8] 刘丹，闫长乐.协同创新网络结构与机理研究[J].管理世界，2013，（12）：1-4.

[9] 夏妍娜、赵胜.工业4.0：正在发生的未来[M].北京：机械工业出版社，2015.

智能制造技术的特征篇9

0引言

为应对全球节能减排、能源综合利用效率提升的挑战，发展能源互联网成为推动后危机时代经济转型、发展低碳经济的重要手段[1]。能源互联网的建设使得现代电网向开放、互联、以用户为中心的方向发展，实现多类型能源开放互联、各种设备与系统开放对等接入。2019年，国家电网有限公司提出了“三型两网”的战略发展目标，在建设坚强智能电网的基础上，重点建设泛在电力物联网，以构建世界一流能源互联网。泛在电力物联网将充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，实现电力系统各个环节万物互联、人机交互，打造电网状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的能力。泛在电力物联网的建设主要包括感知层、网络层、平台层、应用层4个部分，其中感知层重点实现终端标准化统一接入，以及通信、计算等资源共享，在源端实现数据融通和边缘智能。在此背景下，智能表计、新一代配电终端、源网荷友好互动终端、电动汽车充电桩等多类型电力系统智能终端在电网中得以广泛应用[2]，成为连接电力骨干网络与电力一次系统、用户的第一道门户。电力系统智能终端作为能源互联中多网“融合控制”的纽带节点，实现了电网监测数据的“本地疏导”以及电网对外控制的“功能聚合”[3]，其安全性直接关系到电网的安全稳定运行，研究电力系统智能终端的信息安全防护技术意义重大。

针对电力系统信息安全防护问题，自2002年起中国提出了以网络边界隔离保护为主的电力二次安全防护体系[4]，有效保障了电力监控系统和电力调度数据网的安全稳定运行。电力二次安全防护体系制定了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的安全防护策略，重点强调了通过内网隔离保护的方式确保电力二次系统的安全防护[5]，然而对新形势下电力系统智能终端的安全防护并未考虑。一方面，与传统信息安全相比，泛在电力物联网中各环节数亿规模终端具有异构与分散特性，后天标准化的终端自身安全防护理论与技术难以获得，如何兼顾实时性和安全性双重约束进行电力系统终端自身安全防护成为需要考虑的问题，电力系统智能终端自身安全性保证需求迫切。另一方面，随着泛在电力物联网建设推进，电力系统智能终端广泛采用无线传感网络等公共网络与电网主站系统进行通信[6]，在电力二次安全防护体系隔离保护边界外形成具有泛在互联、开放共享特性的边缘计算网络。这必然会将网络攻击威胁传导至电力系统本体，使得因网络攻击造成的大停电风险陡增。

为应对以上安全威胁，2014年国家发改委和能源局发布了《电力监控系统安全防护规定》[7]，要求电力生产控制大区设立安全接入区，对使用无线通信网等方式纵向接入生产控制大区的电力系统智能终端进行网络隔离。因此，在当前网络攻击手段呈现高级定制化、特征不确定化的严峻形势下，如何解决异构多样、数量庞大的电力系统智能终端边缘接入过程中的网络攻击实时监控发现和防渗透成为需要考虑的另外一项重要问题。

为此，本文围绕电力系统智能设备安全互联需求，首先分析电力系统智能终端业务特征和信息安全风险，明确电力系统智能终端信息安全防护特性；在此基础上，本文总结提出了电力系统智能终端信息安全防护面临的关键技术问题；然后，设计构建了覆盖芯片层、终端层、交互层的电力系统智能终端信息安全防护研究框架；最后，对电力系统智能终端信息安全防护关键技术进行了展望。

1电力系统智能终端信息安全风险

近年来网络空间安全事件频发，部级、集团式网络安全威胁层出不穷[8-10]。电力等重要基础设施领域成为“网络战”的重点攻击目标之一，信息安全形势异常严峻[11]。2010年“震网”病毒事件中，西门子可编程逻辑控制器(PLC)终端受病毒攻击导致1000多台离心机损毁，使得核电站瘫痪。2015年乌克兰停电事件，以终端为攻击跳板瘫痪电力控制系统导致，成为全球首例公开报道的因黑客攻击导致大范围停电事件[12]。以上事件均表明，电力系统智能终端已成为攻击电网的重要目标和主要跳板[13]，面临着严峻的信息安全风险。本文从信息安全防护的保密性、完整性、可用性3项重要目标角度出发[14-15]，结合电力系统智能终端的组成结构和业务特征对信息安全风险进行分析，具体涉及芯片层、终端层、交互层3个方面，如图1所示。

1)芯片层：电力系统智能终端芯片自主可控性和安全性不足，在非受控环境下面临后门漏洞被利用风险。

2018年Intel芯片漏洞事件，爆出Intel芯片存在融毁漏洞以及幽灵漏洞，利用该漏洞进行攻击，可获取用户的账号密码、通信信息等隐私，智能终端均受波及，电力系统智能终端芯片同样面临漏洞、后门隐患的巨大问题。随着电力系统智能终端的开放性逐渐增强，与外界交互范围逐渐扩大，电力系统智能终端芯片安全性的不足逐渐凸显，主要表现在电力系统智能终端芯片自主可控程度低、芯片安全设计不足，导致当前电力系统智能终端存在“带病”运行，漏洞隐患易被攻击利用造成安全事件。为此，需要在芯片层面提高电力系统智能终端芯片的安全性，从芯片层面提高电网的安全防护能力。

2)终端层：异构电力系统智能终端计算环境安全保证不足，存在终端被恶意控制破坏的风险。

据数据统计表明，目前中国电网已部署各类型电力系统智能终端总数超4亿，规划至2030年接入各类保护、采集、控制终端设备数量将达到20亿。各类电力系统智能终端覆盖了电力“发电、输电、变电、配电、用电、调度”等各个环节，终端形态各异且业务逻辑差异巨大。终端复杂多样的嵌入式硬件计算环境、异构的软件应用环境和多类型私有通信协议等特性，使得其安全防护尚未形成统一标准。各类终端安全防护措施和水平亦参差不齐，在面对病毒、木马等网络攻击时整体安全防护能力薄弱。同时，电力系统智能终端在研发、生产、制造等环节无法避免的漏洞后门隐患也存在被攻击者利用的巨大安全风险。随着电力系统智能化水平的不断升级，各类型电力系统智能终端越来越多地承载了大量异构封闭、连续作业的电力生产运营应用，运行可靠性、实时性要求较高。电力系统智能终端一旦遭受恶意网络攻击，将可能导致终端生产监测信息采集失真，甚至造成终端误动作引发停电风险，传统事后响应型的终端被动防护技术无法满足电力安全防护的需要。因此，确保电力系统智能终端软硬件计算环境安全的标准化防护技术，以及事前防御型的主动防御技术研究需求迫切。

3)交互层：电力系统智能终端广泛互联互通导致网络开放性扩大，引入网络攻击渗透破坏风险。

泛在电力物联网的建设，其核心目标是将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务。以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。因此，泛在电力物联网环境下的电力系统智能终端将广泛采用电力无线专网、NB-IoT、北斗定位、IPv6和5G等无线、公共网络与电网主站系统进行通信，使得电力系统智能终端的通信交互形式将呈现数量大、层级多、分布广、种类杂等特点，极大地增加了遭受网络攻击的暴露面。无论是电力系统智能终端，还是主站电力系统，被网络攻击渗透破坏的风险均进一步增大。在当前网络空间安全异常严峻的形势下，新型网络攻击手段不断衍变衍生，呈高级、定制化、持续性发展，尤其是面向工控环境的攻击更具有高度定制化、危害大的特点，使得电力系统智能终端通信交互过程中面临着新型网络攻击被动处置的局面。例如在乌克兰停电事件中，黑客通过欺骗电力公司员工信任、植入木马、后门连接等方式，绕过认证机制，对乌克兰境内3处变电站的数据采集与监控(SCADA)系统发起攻击，删除磁盘所有文件，造成7个110kV和23个35kV变电站发生故障，从而导致该地区发生大面积停电事件。

综上可知，电力系统智能终端面临的芯片层、终端层信息安全风险主要由终端芯片、计算环境安全性不可控和漏洞被利用等原因造成，可归纳为终端“自身安全”问题。交互层信息安全风险产生的原因主要为电力系统智能终端在互联接入过程中存在被渗透攻击可能性造成的，可归纳为“攻击防御”问题。

2电力系统智能终端信息安全防护技术问题剖析

为了解决电力系统智能终端“自身安全”和“攻击防御”问题，国内外学者开展了诸多信息安全防护技术研究，主要从传统信息安全的角度探索密码技术在终端自身数据保护、通信协议安全、安全接入传输方面的应用[16]。然而，受制于当前中国的芯片自主可控水平限制，以及电力系统智能终端异构多样的复杂计算环境和高安全、高实时运行特性限制，加之网络攻击特征不确定的混合约束，电力系统智能终端的整体安全防护尚存在待突破的技术问题，具体如下。

1)技术问题1：覆盖电路级、CPU内核及片上内嵌入式操作系统的芯片全通路安全防护机制及适应各类异构终端的普适性主动免疫问题。

根据安全风险分析可知，解决电力系统智能终端“自身安全”问题，必须实现芯片安全和终端计算环境安全。

在电力系统智能终端芯片层，面临的安全隐患表现为芯片各层次防护理论和技术无法满足安全需求。然而，当前电力系统智能终端采用了大量先进工艺条件制造的芯片，此类芯片主要由国外掌控，自主可控程度很低，其安全性保障技术更是存在空白。随着中国自主先进芯片技术发展，电力系统智能终端芯片在实现自主可控的同时应充分考虑芯片的安全防护，同步设计、同步发展。首先需从芯片设计理论的安全建模方面进行技术突破，确保理论层面的可证明安全。其次，应突破电路级、CPU内核以及片上内嵌入式操作系统等芯片核心组件的安全防护技术，从而构建芯片全通路安全防护技术体系。在电力系统智能终端计算环境安全方面，由于电力系统智能终端异构多样、资源受限、长期运行，传统终端被动式、个性化安全技术无法适用。因此需开展结合芯片层面的终端安全技术研究，构建适用于电力系统智能终端不同硬件架构、不同系统环境、不同应用环境的标准化安全防护框架，且能够在网络安全事件发生前、发生时确保终端计算环境的安全性和完整性，最终形成电力系统智能终端的普适性主动免疫技术体系。

2)技术问题2：攻击特征不确定、终端/业务/网络强耦合条件下，终端安全状态建模、精确感知及威胁阻断问题。

解决电力系统智能终端“攻击防御”问题，重点需突破电力系统终端远程接入交互过程中的攻击监测和防渗透技术。然而，电力系统智能终端点多面广、业务系统专业性强、互联网络组成复杂度高，且三者间相互耦合，而针对电力系统的网络攻击呈现定制化、隐蔽化和高级化等特点，难以清晰描述基于零日漏洞的高级持续性网络攻击的机理和特征，不同电力系统智能终端、系统、网络在攻击下的表现不一，因此无法单一根据攻击特征进行识别和阻断。传统监测手段缺少对电力业务场景的安全建模，监测数据源仅涉及CPU内存等基础资源状态和基础网络流量，未面向电网业务流、专用协议和应用特征进行深度监控与分析，难以精确、深入地感知电力系统智能终端系统安全状态，需要探索终端安全精确感知与攻击阻断技术。同时，在电力设备广泛互联后，边缘侧安全防护能力不足，需突破混合电力业务可信边缘接入与多级安全隔离技术。

3电力系统智能终端信息安全防护技术研究思路

针对电力系统智能设备安全互联的需求，以解决电力系统智能终端“自身安全”和“攻击防御”问题为核心，本文提出了覆盖“芯片层、终端层、交互层”的3层安全防护研究脉络，构建电力系统智能终端安全防护技术研究模型，如图2所示。

具体来说，首先需解决“覆盖电路级、CPU内核及片上内嵌入式操作系统的芯片全通路安全防护机制及适应各类异构终端的普适性主动免疫问题”，从芯片层安全和终端层安全开展关键技术研究，以确保电力系统智能终端自身安全。在芯片层，需开展芯片电路级安全、专用CPU内核、片上内嵌入式操作系统安全等3方面技术研究，为电力系统智能终端计算环境安全提供满足安全性、实时性要求的电力专用芯片，为终端主动免疫能力构建提供基础。在终端层，需从终端计算环境安全、应用安全、通信安全角度，重点研究具有主动免疫能力的电力系统智能终端内嵌入式组件和控制单元技术，并研制具备主动免疫能力的电力嵌入式组件、控制单元和终端。芯片层研究和终端层研究的成果共同解决终端主动免疫问题；同时，终端层将为交互层提供终端安全监测数据，并向交互层终端边缘接入防护提供业务场景和接入需求。

在此基础上，为解决“攻击特征不确定、终端/业务/网络强耦合条件下，终端安全状态建模、精确感知及威胁阻断”的问题，需从交互层安全开展关键技术研究以确保外部攻击防御。具体来说，面向主动免疫终端的互联应用场景，研究提供网络监控防御和安全交互保障技术；从终端状态感知、攻击识别、威胁阻断等3个监控与防渗透必要环节，研究终端、业务、网络多维融合状态感知、关联电力业务逻辑的深度攻击识别、终端网络联动的威胁阻断技术，实现终端安全威胁精确感知与阻断，为电力系统智能终端提供网络攻击防渗透决策控制服务。同时，研究电力系统智能终端的统一边缘接入场景安全防护，为终端的边缘接入安全、数据安全和隔离保护提供技术支撑，为具有自免疫能力的电力系统智能终端的边缘接入提供安全传输通道。

4电力系统智能终端信息安全防护关键技术

下文将从芯片层、终端层、交互层等3个方面对电力系统智能终端安全防护需突破的关键技术展开阐述。

1)芯片层安全防护关键技术：芯片电路级可证明安全防护技术和内核故障自修复技术。

针对复杂环境、先进工艺条件以及新型攻击模型带来的一系列芯片安全问题，研究覆盖电路级、CPU内核以及嵌入式操作系统的具有完全自主知识产权的电力芯片安全技术[17]。满足电力系统终端对电力专用芯片的高安全、高可靠、高实时性要求。

首先需要进行芯片级安全防护理论研究，针对集成电路器件的信息泄露产生源问题[18]，具体理论研究方法为：研究先进工艺下电流、光、热等物理信息的产生机理[19]，掌握其内在物理特性和工艺间的关系；分析芯片电路元件的组合物理特性，以及多元并行数据在信息泄露上的相互影响；在芯片内部特征差异和外部噪声环境下，研究先进工艺下电力专用芯片物理信息泄露的精准建模方法，构建普适性物理信息泄露模型；研究可证明安全的泄露信息掩码、隐藏技术以及抵御高阶分析和模式类分析的防护技术，提升芯片安全设计理论与方法；研究层次化芯片安全防御体系架构。通过研究芯片运行电磁环境监测、运行状态监测、多源故障检测技术，实现芯片的环境监测和内部监测。研究CPU指令流加密和签名、平衡电路构建、数字真随机数电路等技术，实现芯片内部数据的存储加密、总线扰动、电路掩码。提出可证明安全的自主知识产权芯片电路级防护方法，满足电力专用芯片的高安全要求。

在理论研究基础上，需基于可证明安全的芯片电路级防护方法进行芯片电路级防护实现技术研究。首先，基于自主知识产权的CPU架构，研发带有高安全、高可靠特性的CPU内核，并对以上技术进行仿真验证，研究形成CPU内核故障自修复技术，满足电力专用芯片的高可靠性要求；然后，确定仿真验证可行性，并采用以上关键技术研制低功耗、高速特性的电力专用芯片，开发适用于电力应用的片上内嵌入式操作系统，满足电力专用芯片的高实时性要求。

最后，对研制的电力专用芯片和内嵌入式操作系统进行全套模拟测试，以确定满足后续电力智能终端的开发应用。通过芯片层安全研究方法确保电力专用芯片满足安全防护要求，实现功耗电磁隐藏、数据命令掩码、电路屏蔽，以抵御模板攻击、电磁注入攻击等新型信道攻击、故障攻击、侵入式攻击。具体研究框架如图3所示。

2)终端层安全防护关键技术：融合可信计算和业务安全的异构智能终端主动免疫技术。

针对电力智能终端异构、资源受限条件带来的终端易被恶意控制和破坏的风险，提出研究融合可信计算和业务安全的异构智能终端主动免疫技术。首先，根据电力多场景业务应用情况，分析各类电力系统智能终端的安全防护需求，提取异构智能终端的主动免疫需求特征；然后，根据异构终端的主动免疫需求特征，研究建立适应电力系统智能终端的普适性主动免疫安全架构。①在硬件安全架构技术研究方面，针对电力终端特性研究基于电力专用芯片的电力终端可信根[20]，实现对电力终端操作系统、业务应用程序的可信量度，保证终端状态的可信[21-22]；设计以可信根为基础、以嵌入式微控制单元(MCU)为应用的终端可信逻辑硬件架构，研究端口安全访问机制和接口驱动安全机制，实现终端的主动免疫能力。②在软件架构技术研究方面，针对电力终端在数据交互、访问机制、检查机制、审计机制方面存在的漏洞，研究数据安全保护机制[23]，保证各个应用和各部分数据的独立安全；研究满足电力系统需求的安全访问控制机制，外层访问和软件平台之间的安全检查机制；研究适应外层、软件平台访问的安全访问审计机制。

在电力系统智能终端普适性主动免疫安全架构基础上，为实现终端计算环境安全、业务应用安全和对外通信安全，提升多种场景下异构电力系统智能终端的安全防护能力。需开展系统安全访问、数据安全保护、信任链构建、可信量度与可信管理、可信证明与可信证据收集、数据安全交互、核心功能保护、快速恢复及通信完整性保护等方面的关键技术研究，建立适应电力系统异构终端的普适性主动免疫体系。具体研究框架如图4所示。

3)交互层安全防护关键技术一：面向不确定攻击特征的终端威胁精确感知与阻断技术。

针对电力终端接入和互联过程中的攻击监测、异常处理与安全防护需求存在的问题，研究基于“异常监测—阻断响应—安全防护”的交互层安全技术。

首先，研究多级分布式监测与防渗透架构，构建监测布点机制和终端防渗透模型：①针对典型电力终端业务场景，分析不同场景的脆弱性和安全威胁，研究基于业务场景的终端网络渗透路径；②对终端系统中已有的安全防御措施进行建模；③综合防御模型与终端网络渗透路径，形成不同业务场景的监控与防渗透模型。

其次，针对网络渗透攻击特征的不确定性，需研究终端、业务、网络多维融合安全状态建模与感知方法，建立各维度安全状态基准，采用异常特征抽取技术获取各类攻击和异常特征的映射关系，反向推导可能发生的渗透攻击，实现异常识别。在终端安全状态感知方面，需分析多源异构嵌入式电力智能终端硬件资源、可信模块、配置文件、关键进程等运行状态特征，构建面向终端状态异常行为的分类和诊断模型，实现对多源异构终端的有效异常感知。在业务安全状态感知方面，开展基于协议深度分析的业务异常感知的研究。分析电力协议的格式规范、业务指令特征和操作逻辑，对协议进行深度解析并提取指令级特征[24]；分析单一数据报文的合规性，识别畸形报文；分析组合数据报文，还原业务操作行为，实现对违规行为的异常感知。在网络安全状态感知方面，从通信路径、通信频率、流量大小、流量类型等多维角度分析电力终端流量特征[25]，并融合归一化处理，以自学习的方式确定行为基线，实现流量异常识别。

在此基础上，针对电力系统遭受渗透攻击后的准确有效响应需求，结合各类电力系统业务场景，研究基于特征提取和模式识别的攻击关联分析方法，构建概率关联模型和因果关联模型，对攻击特征进行关联分析[26]，作为攻击识别技术的支撑基础。对具有较显著特征的攻击行为，构建多模式快速匹配模型，实现攻击的快速匹配识别，对特征相对不很显著的复杂攻击行为，利用机器学习，实现攻击的有效检测。

最后需研究防渗透策略管理和隔离阻断技术，形成网络和终端设备的策略下发、执行和优化等综合管理方法；对于被入侵的高风险终端，产生终端隔离策略或网络阻断策略，对于受影响终端，生成风险规避策略。并需要研究策略优化、冲突检测、冲突消除算法，实现融合“终端隔离”与“网络阻断”的多层协同防御策略，最终基于攻击危害评估的隔离阻断技术实现攻击的抵御和消解。具体研究框架如图5所示。

4)交互层安全防护关键技术二：电力系统智能终端互联场景下终端边缘安全接入和混合业务隔离保护技术。

首先研究电力系统智能终端边缘接入体系架构和安全防护体系，为电力监控系统、智慧能源系统、能源计量系统的终端互联安全提供基础支撑。

在此基础上，针对电力系统智能终端互联、混合业务统一接入场景下，海量多样化终端的合法快速接入认证问题，需采用分布式授权接入控制、轻量级验签等方法，研究快速接入认证技术；在轻量级公钥、私钥研究的基础上，提出轻量级签名算法以及公钥对生成算法[27]，通过软硬件结合方式构建轻量级的验签体系，支撑系统的实时验签处理。实现终端分布式授权和高速安全接入认证。同时，需针对不同边缘侧业务、环境、时间、跨度，实现不同安全需求的边缘侧认证授权技术，即在知识库、规则库构建的基础上，基于自学习方法构建完整的电力系统边缘计算认证因子体系[28]，实现多种认证因子共存的“白名单”最小化授权认证。

针对边缘接入过程中的数据安全防护问题，需研究轻量级密钥更新和数据安全处理与质量保障技术，实现全实时数据安全防护。首先设计密钥管理、协商、更新机制，重点研究混合业务分级分类安全存储、高速接入场景动态协调存储方法，满足数据高速增量存储。在此基础上，研究高性能的安全多方计算方法，实现实时数据流的安全、高速处理和隐私保护，在计算能力和带宽约束条件下解决数据篡改、数据失真等安全问题，并在边缘计算能力和带宽约束条件下实现数据清洗、融合、治理，定量化提升数据质量。

最后针对多业务互联过程中的业务隔离困难的问题[29]，需结合资源虚拟化调度和切片技术，研究多业务安全隔离技术，选择合适的切片粒度和生命周期，平衡切片的灵活性和复杂性，实现多业务共享资源的切片式安全隔离，支持混合业务可信敏捷接入与多级安全隔离。同时为了确保业务连续性不受影响，充分利用不同通道的优势，需采用通道切换的方法进行多模通道自动倒换，实现通道使用优化，提高业务接入和备份能力，确保业务状态不中断。具体研究框架如图6所示。

5电力系统智能终端信息安全防护能力测试验证技术

电力系统智能终端信息安全防护需要多方面的关键技术，目前国内外尚无适用于电力系统智能终端业务环境的安全性测评验证技术。本文尝试从安全防护技术集成优化、实验室测试验证、多业务综合试验验证等3个方面，对电力系统智能终端信息安全防护技术有效性进行分析和展望。

1)安全防护关键技术集成优化。电力系统智能终端安全防护涉及了芯片层、终端层、交互层3个方面，相关技术在应用过程中需兼容电力不同业务系统应用场景、防护要求及措施的差异。同时，需要兼顾与各业务系统在功能模型、性能指标、安全策略等方面的匹配性，考虑与已有防护策略的优化集成应用需求，以支撑芯片层—终端层—交互层安全防护技术的整体研发与应用。

2)安全性实验室测试验证。为满足电力系统智能终端信息安全防护技术有效性验证需求，需基于电力业务系统运行场景模拟，研究安全防护能力的实验室测试技术，构建终端安全性检验测试平台，实现安全功能符合性、穿透性测试。此外，需研究考虑不同攻击密度、攻击特征及目标定位的攻击用例，构建安全攻防验证平台，实现主动免疫电力系统智能终端及安全监测与防渗透系统安全功能的有效性测试。

智能制造技术的特征篇10

CAPP是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP的支撑技术是信息建模技术、工艺设计自动化和产品数据交换标准。随着MID产品设计技术的发展及多品种小批量生产的要求，特别是CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展，传统的工艺设计方法已远远不能满足要求，基于于这种背景下，本文通过对现代CAPP技术体系的探讨，构建智能工艺设计模型。

1 CAPP发展历程

从20世纪80年代以来，国内外在CAPP技术的研究与系统的开发上已投入大量的资金与力量，在智能化决策及与其它应用系统的集成化方面提出了许多技术方案，并已开发出为数众多的CAPP系统。当前CAPP发展和应用的主流是采用结构化数据，工艺管理易于实现，能够保证产品工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成，实现了工艺设计与工艺管理一体化、工艺信息的数字化和集成化，体现了企业信息化技术及现代先进制思想。

2 CAPP功能模块

基于魍CAPP系统，本文定义工艺智能开发模型基本功能体系为：

（1）工艺智能设计与管理，基础产品工艺数据管理及开发；

（2）工艺协同设计，实现基于知识的跨平台的多工艺部门/人员的协同工艺设计；

（3）工艺智能管理功能，与企业信息化系统深度集成，对工艺过程各项数据进行针对性挖掘；

（4）工艺知识库工程，建立工艺知识大数据库，运用先进算法进行设计智能优化与调整；

（5）制造资源管理功能；

（6）智慧决策，提供可视化决策分析系统，便于管理层统部署协调；

（7）系统管理功能，基本权限分配。

3 系统技术路线

3.1 智能传感技术

智能无线传感网络具有快速部署、自组织成网、较强的抗毁和协同工作能力等优点，能够实时地感知和采集网络监测区域内的环境或监测对象的相关信息，并对信息进行协作处理和网络传送。

3.2 云计算技术

由云端系统实现软硬件资源和信息共享，利用互联技术提升信息存储、加工、共享和分配的效率。

3.3 大数据处理技术

基于智能传感系统，将工厂所有生产数据，包括产品数据、生命价值数据、以及工艺数据进行结构化深度挖掘，以此指导智能生产经营活动。

3.4 物联网技术

是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。通过物联网技术的应用，智能制造系统的设计可以更加开放地考虑智能制造系统内部之间及其与外部环境的沟通和协作。

4 工艺编码信息系统

编码信息系统作为智能工艺设计模型一个非常重要的环节，为工艺人员提供交互式的特征库，基本设计原理是通过建立“工艺模型”，快速实现工艺产品的几何设计制图。“工艺模型”具备三层架构分别是：

（1）加工面特征库，定义加工面的基本特征信息；

（2）非加工面特征库，定义非加工面的轮廓信息；

（3）零件总体特征库，涵盖了知识库累积的共性基本特性。

本模型采用了多个子模型相互引用的方式，将零件的形状信息和加工要求信息完整而有机地结合起来。形成零件编码系统的基础。

5 智能工艺设计模型系统分析

5.1 工具化和工程化

智能工艺设计系统强调工具化和工程化，以此提高企业的通用性。将整体系统分解为多个相对独立的工具进行开发，面向制造和管理环境做系统二次开发，并将各专项子系统集成在一个统一平台上。

5.2 集成化和网络化

智能工艺设计系统实现CAD/CAPP/CAM的全面集成，设计数据双向信息交换与传送；实现与生产计划、调度系统的有效集成；建立与质量控制系统的内在联系。

5.3 知识化和智能化

基于复合智能系统、专家系统、人工神经网络技术和模糊推理技术的发展和应用，智能设计系统可以进行各种层次的自学习和自适应，具有一定的智能性。

5.4 柔性化和规范化

现代CAPP系统以交互式设计为基础，体现柔性设计；以工艺知识库为核心，向产品实现工艺设计与管理的柔性化。

5.5 交互式和渐进式

现代CAPP智能工艺设计面向工艺设计人员提供基于工艺知识和判断的交互式输入输出界面，同时为企业管理层提供可视化管理平台，本系统是渐进式地推进智能制造的发展进程。

6 结束语

本文回顾CAPP的发展历程，提出基于传统系统的7大功能模块体系。分析了编码信息系统的重要作用，同时指出现代CAPP智能工艺设计系统应朝工具化、工程化、集成化、网络化、知识化、智能化、柔性化、规范化、交互式和渐进式等方面进一步发展，以使企业信息化建设的基础打得更坚实、更牢靠。

参考文献

[1]李美芳.CAE技术及其发展趋势[J].制造业信息化，2005（04）.

智能制造技术的特征篇11

中图分类号：TH16 文献标识码：A

一、现代机械制造技术及其特征

中国机械工程学会研究提出了未来20年机械工程技术发展路线图。选择了机械工程技术最重要的产品设计、成形制造、智能制造、精密与微纳制造、再制造和仿生制造等6大技术领域，以及在我国机械工业发展中处于基础地位、对主机和成套设备性能产生重大影响的流体传动与控制、轴承、齿轮、模具、刀具五大基础领域，研究、制定了面向2030年的技术路线图。从上述11个领域凝练出影响我国制造业发展的8大机械工程技术问题，即:复杂系统的创意、建模、优化设计技术，零件精确成形技术，大型结构件成形技术，高速精密加工技术，微纳器件与系统（MEMS），智能制造装备，智能化集成化传动技术和数字化工厂。

现代机械制造技术具备以下特征：（1）机械制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合而发展起来的一门跨学科的综合科学，它随不同对象和时间而改变功能结构及信息系统。（2）柔性、集成、并行工作。现代机械制造系统具有多功能性和信息密集性，能够制造生产成本与批量无关的产品，能按订单制造，满足产品的个性要求。（3）制造智能化。能够代替熟练工人的技艺，具有学习工程技术人员多年实践经验和知识的能力，并用以解决生产实际问题。智能制造系统能发挥人的创造能力和具有人的智能和技能，强调以人为系统的主导者这一总的概念。在智能制造系统中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撑，反过来智能又促进集成水平的提高。（4）设计与工艺一体化。传统的制造工程设计和工艺分步实施，造成了工艺从属于设计、工艺与设计脱离等现象，影响了制造技术的发展。产品设计往往受到工艺条件的制约，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，设计与工艺必须密切结合，要以工艺为突破口，形成设计与工艺的一体化。（5）精密加工技术是关键。精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标之一。当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。（6）产品生命周期的全过程。现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直到处理报废的集成活动和系统。在产品的设计中，不仅要进行结构设计、零件设计、装配设计，而且特别强调拆卸设计。使产品报废处理时，能够进行材料的再循环。节约能源，保护环境。

二、现代机械制造技术的未来发展趋势

（一）精密工程技术

精密工程技术以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表,将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代;超精密加工的加工精度在2000年已达到01001μm(1nm),在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程(STE)可使加工精度达到010003～010001μm(013～011nm),现在精密工程正向其终极目标――原子级精度的加工逼近,也就是说,可以做到移动原子级别的加工。

微型机械是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，面临许多课题，涉及许多关键技术。当一个系统的特征尺寸达到微米级和纳米级时，将会产生许多新的科学问题。例如随着尺寸的减少，表面积与体积之比增加，表面力学、表面物理效应将起主导作用，传统的设计和分析方法将不再适用。为摩擦学、微热力这等问题在微系统中将至关重要。微系统尺度效应研究将有助于微系统的创新。

微型机械不是传统机械直接微型化，它远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面，都与传统机械截然不同。微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。

在微系统的研究工作方面，一些国内外研究机构已在微小型化尺寸效应，微细加工工艺、微型机械材料和微型结构件、微型传感器、微型执行器、微型机构测量技术、微量流体控制和微系统集成控制以及应用等方面取得不同程度的阶段性成果。微型机械加工技术是微型机械发展的关键基础技术，其中包括微型机械设计微细加工技术、微型机械组装和封装技术、为系统的表征和测量技术及微系统集成技术。

（二）制造系统的柔性化、集成化和智能化

现代制造技术的发展，使高质量和高效率成为可能。现代制造系统的发展是：NC（数控）FMS（柔性制造系统）CIMS（计算机集成制造系统）IMS（智能制造系统）。计算机集成制造系统是一个工厂的全盘集成制造系统，它借助计算机将经营决策、产品设计、生产准备、零件加工、产品装配、检查和销售等各个自动化子系统有机地综合集成起来，成为高效益、高柔韧性、自动化、智能化的生产系统。先进工业国的柔性制造系统已相当广泛。我国起步较晚，但数控技术和柔性制造技术也已得到较广泛的应用，CIMS（计算机集成制造系统）的研究已取得了相当的成就，并开始在全国进行试点、推广，现已取得了良好的效果和效益。

（三）机械制造的灵捷化

灵捷化是指使生产推向市场准备时间缩为最短，使机械制造厂的机制能灵活转向。未来市场的一个基本特征：不确定性表现为动态多变和不可预期。面对高度不确定的市场，经营上和生产上的灵活性、机敏性变得相当重要。

虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误，提高系统快速响应市场变化的能力。

（四）特种加工技术

特种加工技术是一种直接利用电能、热能、光能、化学能、声能、电化学能来进行加工的方法。它可以加工高强度、高硬度、高脆性、耐高温等难切削材料，以及精密细小和复杂形状的零件。特种加工如电化学加工、电解加工、电子束加工、超声波加工和激光加工、水射流加工等加工方法，已经开始在一些先进的制造厂家中应用。

（五）绿色化趋势

制造业新的课题就是快速实现制造的绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程(绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理)生产出绿色产品,产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。目前绿色制造技术有以下几个方面：

(1)精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括:精密铸造(湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯)、精密锻压(冷湿精密成形、精密冲裁)、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。

(2)无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业,无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题,如废液排放和回收等等。

(3)快速成形技术快速原型零件制造技术(RPM),其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则,而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造(LOM),熔化沉积制造(FDM)等等。

以上这些技术之所以都被归于绿色制造工艺,是因为这些工艺和技术不仅减少了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、减少了成本,而且有些工艺的改进对环境起到保护作用。这一切除了工艺革新外,还必须依靠信息技术,通过计算机的模拟、仿真,实现绿色制造。

参考文献

智能制造技术的特征篇12

中国制造2025战略规划以来，中药制造业对采用先进制药技术有了强烈愿望，中药工程科技创新驱动力正在形成。为实现“制药强国”建设目标，我们应该以更高的站位和更宽的视野谋划中药制药工程科技创新发展战略，牵引中药产业技术创新升级，建立全面提高国家药品标准的支撑技术体系，占据国际天然药物制造业的科技制高点，进而使我国倡导并制定的中药工业技术标准成为全球规则。

具有现代工业形态的我国第一代中药制药技术创始于

20世纪70年代，以水煮醇沉等工艺的“机械化和半机械化”为技术特征，可称为“中药工业1.0”，20世纪90年代出现了第二代中药制药技术，以中药制药设备的“管道化自动化和半自动化”为技术特征，可谓“中药工业2.0”；21世纪初笔者率先提议运用高新技术改造中药传统制造方式，重视发展中药制药工程技术，应尽快实现中药工业数字化网络化自动化及智能化等技术突破，提高产品质量及资源利用度并降低物耗（即提质增效），引导中药制造业步上先进产业台阶这可视作提出“中药工业3.0”构想：面对“云计算”和大数据时代的到来，笔者提出创新发展以制药工艺“精密化、数字化及智能化”为主要技术特征的第三代中药制药技术，实现中药制药技术的升级换代，迎接第三次工业革命。2013年7月在天津举办的国家人社部高级研修项目“现代中药制药质量控制技术高级研修班”上，笔者分别介绍了新一代中药制药技术及中药数字制药；同年8月在中国工程院主办的第165场中国工程科技论坛上，笔者在专题报告“从数字制药到智慧制药；大数据时代的制药工程科技”中提议：大力发展数字制药技术，打造数字化中药先进制造平台，并推动中药工业从数字制药迈向智慧制药时代；在2015年4月召开的第201场中国工程科技论坛上，笔者阐述了“对制药工程科技创新与中国医药工业4.0的思考”。本文根据国际先进制药技术最新进展，对笔者以往论述进行整理和归纳，结合我国制药强国建设中现实情况，进一步思考中药制药技术创新升级策略，提出发展“中药工业4.0”的战略性构想和技术路线图。

1中药制药工程科技前瞻分析

中医药是实现“健康中国梦”的重要支撑力量，中成药是中华民族贡献给人类的拥有特定临床优势的药品，中药工业是在我国生物医药领域中具有重要战略地位的核心产业，确保中药产品安全、有效和质量可控是医药工业界肩负的重大使命。为切实提高中药产品质量，必须将制药工艺与制药工程技术创新研究延展前移到中药新药研发阶段；而对于已上市中成药品种，应当实施制药技术升级改造，这也是制定中药配方颗粒制备工艺标准及生产技术规程中必须重视的问题。如何使用化学组成差异度较大的药材原料制造质量一致性较好的中药产品是世界性难题，唯有通过中药制药工程科技创新才有可能破解。

1.1中药工业的历史遗题 受制于药品原研时代在医药知识、工艺技术、制药设备以及药品监管政策等诸多方面的历史局限，大部分中成药品种的制药技术较落后，存在粗放、缺控、零乱、低效、高耗等问题，导致相关药品标准难以提升，这是做大做强中药产品必须直面的关键性挑战。

1.2中药工业的新动能 数字化是当今世界的技术潮流，前所未有的巨量数据喷涌给人们带来大数据时代的空前机会。笔者认为，应尽快推动大数据技术在制药业的应用，当前须对药品生产全过程注入“数字技术NDA”，即实施制药车间数字化改造，收集、管理、分析及利用制药过程数据；倘若大量使用工业传感器和智能检测仪表甚至分析仪器等过程检测设备，将使制药过程数据呈指数级增长，积累形成制药工业大数据，这是极为重要的信息资产，具有不可估量的知识资源价值，从而引发颠覆性的制药技术理念和模式创新；应采用数字技术将制药工艺系统与生产管理系统相融合，由此提升制药过程管控技术水平，依据真实数据而不是经验及直觉做出控制和管理决策，这将为制药过程质量控制、制药工艺品质优化、降低生产成本及节能减排、药品质量风险管控、生产车间管理及企业经营决策等提供强有力的技术支撑，为中药工业跨越发展提供新动能。

1.3中药工业的重大挑战 中药制药车间的现实技术表现远达不到人们理想的要求，更不是理论上完善的技术设计，设计和建造优质中药产品生产线已成为中药制药工程界的紧要任务。中药制药过程的分段式工艺布局形成了“各自为政”的割裂式控制现状，积累的大量数据分散在各自的“信息孤岛”，无法有效用于制药过程控制与管理决策，导致实现中药生产全程质量控制目标的技术难度极大；另一方面，药品要求的均质性与药材以及制药工艺过程的异质性形成了中药制造的复杂性，如果不对制药过程进行全面而深刻的持续性跟踪考察与系统研究，就难以透彻地认知控制药品质量的各项要素；再者，不同种类的中药工业数据都是以彼此独立的方式收集，对众多来源的庞大数据集群进行整合及自动化分析存在难以想象的困难，考验着业界的智慧和能力，上述这些都是设计和建造数字化制药工厂所面对的艰巨挑战。

目前，中药制药工程界技术概念陈旧落后，没有围绕制药过程质量控制这一提高药品质量的关键核心技术开展系统深入的研究。在中药生产车间技术改造中，有人将制药工艺设备自动化说成是数字制药，甚至出现将近红外光谱检测等同于在线质量检测并等同于过程质量控制的怪象，严重误导中药企业，造成花大钱没有解决质量控制实际问题的不良后果。因此，如何引领我国中药工业迈向数字制药时代面临极严峻的技术挑战

1.4中药制药工程科技战略思考 面对新一轮工业革命的机遇与挑战，应当认清中药产业乃至全球医药产业大格局，着眼于未来国际制药业竞争，思考中药工业战略性定位，注重中药制药技术的后发优势，进行前瞻性技术布局，制定中药制药工程科技创新的大战略（grand strategy），即开展中药工业大设计（grand design）。布局未来需要我们显示战略勇气和智慧，也需具备全球眼光及产业战略思维。通过启动中药制药工程科技创新的引擎就能激发中药产业发展的新活力，建立撬动显著提升中药产品质量和生产效能的“新支点”。

当制药工业跨入大数据世界，依赖经验对制药过程进行操控和管理的传统方式将沦为落伍。谁拥有药物“智”造的核心技术，便拥有了改变医药产业格局的话语权，仍采用陈旧制药技术的企业将可能淘汰出局

时不待我，中药制造业应集结千帆竞发的聚合之势，加快推进中药工业数字化和信息化，谋势而动，顺势而为，乘势而上，借梯登高，迎接和把握国际制造业科技变革大趋势，借助数字化网络化智能化制药技术提高药品标准，实施中药工业技术标准国际化战略，造就一批中药企业成为附加值更高的价值链环节

中药制造业应当采用制药工业物联网及医药大数据等领先一步的前沿技术，建设智能制药的“未来工厂”，将中药产业从粗放型向智慧性升级

1.5中药制造业的“未来工厂”德国工业4.0所引发的工业革命悄然而至，其技术特征是将信息物理融合系统（GPS）广泛应用于制造业，构建智能工厂并实现智能制造，这标志着世界即将进入以智能制造为核心的智能经济时代制造中药的“未来工厂”应瞄准国际前沿技术水平，以制药工业物联网为核心，将所有结构性与非结构性数据整合进“大数据仓库，”构建功能强大的中药工业信息智能管理系统通过大数据分析从巨量数据中提炼出有价值信息，同时通过可视化技术将数据转变成明晰易懂的制药过程信息，并进一步转化为知识，应用于改善过程管控模式、提高药品质量、避免生产事故、减少质量风险、降低能耗和物耗、预测制药过程结果、增加生产效力等。

中药制造由多个单元工艺组合而成，导致其制药过程数据集合以分段式的复杂多维空间为基本特征。因此“未来工厂”应在信息技术的主导下多段融合，建立多维多段一体的全过程管控模式，重构制药过程控制与管理体系。运用数据挖掘工具发现制药过程动态规律、各类关联和最佳控制模式，构建预测模型以优化控制和管理决策，弥补操作和管理经验的不足，提高生产精益化程度，进而持续提升中药产品质量和生产效能，实现智能制药和绿色制造目标。

2中药制药工程领域若干概念、术语及定义

中药制药界许多概念、术语或技术名词在中药制药工程理论上尚无明确的定义，某些术语含义不确切，在有歧义时仍含混使用，导致不同的人使用同一个名词时，其词意差别很大，易引发技术困惑或误导，甚至影响某些先进技术方法的声誉，阻碍了先进制药技术在中药产业的应用与发展。因此，极有必要厘清这些概念、术语或技术名词的真实含义，对其涵义作准确的定义。

2.1中药制药过程管控 通常简称过程管控，包括过程控制与过程管理两大方面，制药过程控制主要包括：①提取浓缩、干燥、纯化、制剂等工艺的制药设备控制，②制药工艺品质控制，③制药过程质量控制，④中药产品质量检验，⑤质量风险控制。制药过程管理主要包括：①GMP管理，②以设备为中心的全员生产管理，③IS010012测量管理，④AQ/T9006企业安全生产管理，⑤IS014000环境保护管理等。

2.2在线检测 这是一个常被混淆的技术名词。在线检测系指在生产线上检测制药过程参数，而过程参数通常包括工艺参数、状态参数、质控参数、物料属性参数及环境参数等不同类别参数（如密度，pH，水温，乙醇浓度，蒸气压力，气温，流量等）。显然，在线检测不等同于在线检测药品质量或检测药用物料质量，更不意味着在线质量控制。

2.3质量在线检测 通常是指在生产线上检测药用物料质量。在不至于混淆的情况下，有时也将检测与药品质量相关的过程参数称之为质量在线检测。有必要指出，物料质量属性并不等同于质控参数，质控参数不一定是药用物料成分当检测的物料属性参数与药品质量无关时，则无法表征药用物料质量；即检测物料属性参数并不一定能检测出药用物料质量。因此，在使用近红外光谱等过程分析仪器检测药材或某工艺环节的药用物料质量前，必须全面深入研究哪些成分与药品质量相关，以及这些成分含量的范围。

2.4过程质量监测 一般是指不仅检测药用物料质量参数，而且在给定的范围内进行观察和判断质量状况，通常设置越限报警功能。因此，检测与监测的工业意义不同，监测质量比检测质量更为重要，难度也更大。

2.5过程质量监控 一般是指不仅检测药用物料质量参数，而且将这些质量参数调控在给定的范围内。显然，近红外光谱在线检测并不一定能在制药过程中准确检测出药用物质，也难以应用于监测过程质量；过程质量监控需要多种技术方法的融合才能实现，仅靠单一的近红外光谱检测技术无法控制中药产品质量，不少企业盲目投资建设近红外在线检测系统失败的主因就在于此。

2.6过程质量控制 一般是指在中药生产全程中通过调节各种关键的过程参数来控制药品质量，使制药工艺流程制造出来的中药产品符合特定的质量要求。

由上述定义可知，在线检测方法包括工业传感器、过程检测仪表及过程分析仪器等；不能将在线检测视作为在线质量检测，也不能将在线质量检测等同于过程质量监测，更不能视作为过程质量控制；过程质量监测不等同于过程质量监控，也不能视作为过程质量控制。

3中药数字制药技术概述

中药数字制药是采用统一的数字化技术，不仅对制药工艺参数、质控参数、状态参数、物料属性参数、环境参数等过程参数进行数字化检测、控制及储存，而且对药材原料及制药过程中药用物料进行数字化检测，监测各类过程参数与药用物质在制药过程中的变化轨迹，综合判断过程状态并控制工艺进程，从而控制中药产品质量；同时，对CMP，计量器材，安全生产，生产车间，环保，仓储及物流等实施数字化管理按照制造业国际上目前通行的观点，可称之为“中药工业3.0”。

中药数字制药的主要技术特征是：原料药材数字化、药用物质数字化、制药过程各类参数的数字化（包括工艺参数、状态参数及质控参数等）、单元工艺模型化及定量化、生产车间各类管理体系数字化、全过程测管控信息一体化、各类信息集成管理和综合应用。

中药数字制药技术包括：①提取、浓缩、干燥、纯化、制剂等工艺的制药设备自动控制技术；②制药工艺模型化及定量化/制药工艺品质优化技术；③复制药过程各类参数在线检测技术；④制药过程质量数字化控制技术；⑤制药过程分析建模/PAT技术；⑥制药过程测管控信息一体化技术；⑦质量风险数字化管理及控制技术；⑧药效物质数字化辨析技术；⑨数字GMP系统；⑩精益生产MIS系统；⑾药品质量检验LTMS系统；⑿数字化仓储系统等。经过十余年的努力，本团队已建立中成药二次开发核心技术体系（包括中药数字制药技术），促进了中药产业的数据制药时代到来。

笔者认为：在中药数字制药技术体系建设中，单元工艺建模是前提，数字化设备是基础，全过程测管控信息融合是关键，管控质量风险是底线，药用物质全程监测是核心，数据集成管理及应用是根本，数字CMP管理是保障。中药制药工程界应当在中药制药工艺模型化和定量化方面聚焦发力，根据单元工艺流程将制药过程质量控制序贯化、精准化和规范化并具备预测性，将精益生产理念渗透到中药制造过程的每一个工艺环节，打造“数字化透明”的中药制造平台，实现制药过程数字追溯，为持续性提升中药产品质量奠定技术基础。

4中药智能制造技术概述

21世纪的工业信息科学将像20世纪的硅信息科学一样具有变革性意义，将产生全新的产业技术并使药物制造方式发生根本性改变伴随着数字制药技术广泛应用而产生的以各种形式存储的海量数据可创造丰硕的知识财富和经济价值，这就需要制药工业的大数据分析师“点石成金”。超大规模的信息交互与多维融合必将引发制药过程控制模式和生产管理方式的深刻变革，在制药过程高度信息化前提下实现知识发现管理和应用，牵引“数字化透明”中药制造平台向智能化发展，从而升华形成中药智能制造技术，即中药工业4.0。

中药智慧制药的主要技术特征是，使用大量的工业传感器过程检测仪表以及过程分析仪器等组成一张庞大而灵敏的可反映制药过程全貌的感知网，并将信息技术与制药技术深度融合，进而实现人与人、人与机器机器与机器生产管理与过程控制等之间互通互联，通过制药设备、生产管理、质量检测等与过程控制系统网络化联接，形成集聚了原料/制药生产/药品流通/临床使用等中药产品全生命周期信息的智能网络，使制药过程的每一个工艺细节均被注入“智慧基因”通过赋予中药制造平台学习和思考能力，用充满智慧的数据整合、分析与挖掘，从多种来源的中药工业数据中寻找关联，发现制药过程规律，洞察引起药品质量波动的因素，不仅实现制药工艺精湛控制，而且达到管理精益化要求，实现优质保量低耗绿色高效能制药。

中药智能制造技术主要包括：①制药信息处理、信息解释、信息利用、知识发现与管理等关键技术；②测管控信息融合智能管理技术；③中药产品质量智能预测技术；④质量风险智能预警及预控技术；⑤制药过程智能预测控制技术；⑥制药过程轨迹智能追踪分析技术；⑦水、汽、电系统智能优化管理技术；⑧精益生产智能管理技术等。

5中药工业4.0技术路径

制药工业数据储备、数据分析、数据建模、数据挖掘及可视化能力将成为医药产业未来最重要的核心竞争力。工业信息感知技术的发展，使获取制药过程全貌的数据描述成为可能，通过分析各类数据集群间关联关系，不仅能认知制药工艺各环节输入/输出的药用物料变化规律，而且可以揭示在生产全过程中物质、能量、信息等变换规律，发掘出中药工业数据的内在价值，创新定义数据制药技术，开辟获取中药工艺知识的新路径，重新建构中药工业技术格局，这是建设中药工业4.0的战略价值所在。

目前，我国有些地方已出现智能制造园区及智能工厂建设热潮，许多地方政府在规划未来5年建设上千个智能工厂或车间，但至今未见制药企业参与，以工业互联网为代表的信息技术如何进入制药工业领域仍面临巨大困难。一方面工业互联网和大数据在制药业并无技术应用基础，缺乏制药信息工程技术人才，容易出现只做“表面文章”而没有促进企业提质增效现象；另一方面，很多制药企业生存艰难，无暇顾及新概念技术，缺乏应用新技术的积极性或足够资金。我国中药制造业仍处于工业2.0进程中，传统制药工艺与现代制药技术共生，落后与先进并存。

根据中药工业的上述现实情况，笔者认为在实现中药工业4.0战略目标的征程中应实行分步走策略，倡议在现阶段首先大力推进中药数字制药技术的广泛应用，促进中药工业化与信息化融合，以应用目标牵引，构建“信息主导、系统集成”的中药数字制造技术平台，为实施中药工业4.0技术升级工程建设夯实数字化基础，创造必要的技术条件。人才是第一资源，组建科技创新团队是我国中药工业跨越发展的关键，应当构建成长性环境以及多样性、包容性学术生态，使中药制药工程科技创新力量成为中药产业可持续发展的发动机和推动力。

智能制造技术的特征篇13

高电压设备在线监测技术主要是利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。同时随着近几年新技术的发展带动了在线监测技术的进步，为高电压设备的智能发展提供了机遇。结合今后中国智能电网建设的发展规划，根据高电压设备状态检测的需要，分析了在线监测技术在智能电网建设中的应用，探讨了区域电网智能电网建设中高电压设备智能化发展的具体建议。

1　智能电网的特征及研究进展

根据目前收集到的资料和初步研究，智能电网可以理解为是将信息技术、通信技术、计算机技术和原有的输、配电基础设施高度集成而形成的新型电网，它具有提高能源效率、减少对环境的影响、提高供电的安全性和可靠性、减少输电网的电能损耗等多个优点。因此智能电网也是现有输配电网的智能化升级。智能电网应该具备以下特征。

（　1）　坚强。能够监测电网的实时运行状态，预测电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患，提高电网运行的可靠性。

（　2）　交互。用户积极参与电网的运行，根据实时电价调整用电模式；　支持用户使用分布式电源，变电站可以实时监控用户的用电情况。

（　3）　环保。支持分布式电源并网运行，做到“即插即用”；　支持风力发电和太阳能等大规模可再生能源发电的应用，提高电能利用率。

2　在线监测技术在智能电网中的研究与应用

中国自开始研究智能电网以来，十分重视在线监测技术在未来智能电网中的应用。先后与国内主要高压设备制造商、设备在线监控技术供应商和高等院校进行了交流，在多年从事高压设备检测和诊断技术的基础上，对在线监测技术在智能电网中的作用进行了更加清晰的分析和定位。认为在线监测技术可以实现智能电网中高压设备状态的可视化和自动化，为智能电网提供了最基础的功能支撑。

对于在线监测技术在智能电网中的应用，需要考虑到所应用的技术应具有通过传感器自动采集设备状态信息的能力，同时应具有上传采集信息到数据网络以及从数据网络自动复制其他状态信息的能力，包括家族缺陷信息、现场试验信息等，便于开展设备状态的综合分析和诊断。在不影响测量和可靠性的前提下，宜采用外置型传感器，确需内置的，仅内置最必要部分。不论内置或外置，传感器的接入应不影响高压设备的安全运行。

变压器、断路器、GIS、电力电缆、高压套管等高压设备，或故障率相对较高，或故障影响较大，因此在智能电网建设中具备了在线监测的需求。另一方面，对于这些设备，可用的在线监测技术已有一定的研究基础和应用经验，具备开展高压设备智能化应用的基本条件。因此可以针对不同设备的故障模式与特点，可以逐步开展在线监测技术的现场应用，具体实施原则是在线监测技术应具有检测价值、技术相对成熟并有一定应用经验。对于油浸式电力变压器，目前可推荐的监测状态参量如表　1　所示。对于SF6断路器以及　GIS　设备而言，可监测的状态量如表　2　所示，其中备注为　GIS　的仅适用于　GIS　设备。

传感器将设备的状态信息转化为可测量信息，是设备状态的感知元件。以前高压设备制造商很少关注设备的状态检测功能，大多数检测功能是设备投运之后由监测技术提供商加装的。由于一部分传感器需要改装高压设备，这不仅或多或少地影响了设备的安全，传感器也往往不能置于最佳位置。对于外置传感器，虽然不需改装主设备，但影响设备的美观甚至外绝缘。还有部分传感器，一旦设备制造完毕，就无法植入，如变压器绕组光纤测温等。综合这些情况，首先应从高压设备的设计开始就考虑在线监测技术的需求，对需要内置的传感器在设计时就应充分考虑，制造时就安装好，且有规范的信号接口，出厂试验时应带着传感器进行。对于外置传感器，应留有专门的安装位置，或者也由高压设备制造商集成。这样处理之后，不仅设备的整体性和美观方面得到改进，也会提升自检测的质量，保障高压设备的安全。

3　在线监测技术在智能电网中的具体实施

为了在区域电网中，比如在某电网中积极推进智能电网建设，利用在线监测技术对高压设备的运行状况进行实时监控，进而实现电网设备可观测、可控制和自动化，可分　3　个阶段开展实施该电网的智能电网状态监测建设。第一阶段为规划试点阶段，大约　1　～2　年时间，主要开展高压设备在线监测关键技术研究，实现对设备状态和可靠性水平的在线智能监测和评估，开展智能变电站在线监测系统试点。针对高压设备全面采集能够反映系统主设备运行的电脉冲、气体生成物、局部过热等各种特征量，进行相关参量数字信息的采集，进而根据电网需求进行相关的状态预判，保证设备安全和供电的可靠性。

第二阶段为全面推广阶段，大约　5　年时间，在第一阶段基础上，全面推广智能变电站在线状态监测系统建设。变电站内分散的监控系统基本融为一体，进行动态数据处理，深化基于状态的全寿命周期管理，建立精益化的评估体系，基本完成变电站全方位、多层次监控的智能化变电站系统。基本实现的主要监测特征量有：　主变压器与高压电抗器（　油中溶解气体分析、局部放电、铁心接地电流、高压套管的介损、油中微水含量等）　、断路器（　SF6压力、温升、机械特性、过热）　、GIS（　SF6压力、温度、微水含量、局部放电、机械振动、机械特性）　、避雷器（　泄漏电流、动作次数）　等。高压设备状态监测基本实现一体化设计、集成在线监测功能。

第三阶段为引领提升阶段，大约也为　5　年时间。在前一阶段智能化建设的经验积累和技术完善基础上，继续提升智能化水平。枢纽及中心变电站全面建成或更新改造成为智能变电站。变电站内各监控系统全面融为一体，全面实现高压设备的智能在线监测，形成变电站全方位、多层次监控的智能化变电站状态监测系统。根据在线监测数据，对设备的可靠性做出判断，对设备的剩余寿命做出预测，应用专家分析系统实现输变电设备的智能状态检修。在智能设备广泛实用的基础上，对设备的检修模式进一步优化，电网可靠性水平和检修效率大幅度提高。

4　结　论

介绍了智能电网的基本特征及研究进展，结合今后中国智能电网建设的发展规划，根据高电压设备状态检测的需要，提出了高电压设备智能状态检测的分阶段实施的具体建议，为今后规模化的智能电网建设提供可借鉴的参考。

参考文献