钢铁行业检测实验室中智能制造的应用

1、钢铁行业检测实验室中智能制造的应用摘要:为实现制造强国战略目标，提升市场竞争力，企业 积极转型，提高生产过程的智能化。随着中国制造2025 全面推进，面向钢铁行业的智能工厂集成创新，覆盖了产品 研发、工艺、制造、检测、物流等各环节的智能化已经逐步 延伸，但是涉及到检测领域尚属于空白，在此背景下，钢铁 行业检测实验室推进智能制造已迫在眉睫。关键词:智能制造;检测;视觉识别;激光切割引言中国制造2025发展战略明确提出:着力发展智能装 备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式， 全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平1。 伴随着我国高新技术的不断发展，智能制造技术成为影响市 场经

2、济环境的重要因素，智能制造技术一改传统人工工作流 程，是新时代科技领域的创新结品，将其应用到自动化工业 生产中能够有效降低产品成本，提高产品工作效率。随着技 术的更新，现在的智能制造技术越来越有秩序，将智能制造 技术应用于自动化工业生产中的现实意义非凡，为工业生产提供了可靠的保障】2。1智能制造的现状智能制造最早兴起于20世纪90年代，由日本最早提出， 并联合美国、加拿大等国一起意图突破柔性制造系统和计算 机集成制造系统存在的局限性，随后各主要国家都相继展开 智能制造的研究，以德国的“工业4.0”计划和美国提出的 “工业互联网”最具有代表性。所谓“工业4.0”就是第4 次工业革命的简称，旨在充

3、分结合信息物理系统(Cyber - PhysicalSystem，CPS)与信息通信技术，使人、机器以及产品 实时互联以实现智能制造3。“工业互联网”是指开放、 全球化的网络，将人、数据和机器连接起来，是利用物联网 技术进行大规模工业制造技术，其目的是升级那些关键的工 业领域。前面的3次工业革命分别为18世纪末的“蒸汽革 命”、20世纪初的“电气革命”、20世纪中期及以后的“电 子信息革命” 4。而现在以智能制造为主要核心的制造 业革命就自然而然被称为第4次工业革命。智能制造并不是 人们凭空设想的制造模式，而是随着科学技术的不断积累特 别是新技术的出现与当前制造业模式存在的弊端日益突出 而顺应

4、产生的。目前世界各国对智能制造的认识与研究还处 于初级起步阶段，许多构思与设想还只是停留在理论阶段。有的学者提出将智能制造未来的发展划分为3个阶段:第一 个阶段是实现企业和工厂之间的互联，在不同的工厂车间和 企业之间，实现数据共享，使生产的每个环节能够更好地协 调，达到提高企业整体效率的目的;第二阶段是利用计算机技 术对产品和数据进行建模和仿真处理，初步达到“制造智 能”，使产品的设计更优化和个性需求能更好地实现;第三个 阶段是在不断完善增长的智能制造基础上创新产品和创新 制造工艺，使现有的商业模式和消费模式得到智能化的改变5。2智能制造实现的关键实现智能制造需具备以下三个关键条件：1)物联网

5、 IOT(TheInternetofThings)物联网指通过各种信息传感器、射频 识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种 装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或 过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等 各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、 物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别 和管理。物联网IOT是神经网络，采集、连接各种数据，通 过学习与总结，将物数字化。2)人工智能 AI(Artificiallntelligence)人工智能是研究、开发用于模拟、延 伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新 的技术科学

6、。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了 解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式 做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、 图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能AI是大脑， 根据数据的实时变化做出恰如其分的指令。3)云计算 (CloudComputing)云计算(cloudcomputing)是分布式计算的一 种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解 成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处 理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。云计算是心 脏，为整个智能制造决策提供充分而富有弹性的计算力支 持。3智能制造在实验室的应用智能实验室

7、是积极推进中国制造2025，推进企业工 业化、信息化两化融合，提升品牌、质量和劳动效率，强化 风险防控能力的重要举措。面向智能制造，全面采用工业互 联网、在线检测、图像识别与闭环控制及智能数据挖掘新技 术;工业互联网不仅作为解决数控设备通讯的网络平台，更实 现生产设备和工位智能化联网。采用先进的在线检测、图像 识别技术实现流程自动化、信息化、智能化。采用网络化数 据管理和挖掘分析，实现灵活柔性智能加工、检测和数据分 析，实现任一网络用户都可以通过访问该系统的网页获得该 系统的相关信息。以下是笔者对智能实验室的一些体会和建 议:1）机器视觉识别技术机器视觉识别技术，是一门涉及人工 智能、计算机科

8、学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉 学科。机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观 事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实 际检测、测量和控制。在实验室中可实现的功能包括送检样 品的自动识别、弯曲试样裂纹识别与判断、拉伸试验断后伸 长率的视觉测量。2）激光切割技术的应用激光技术是20世纪 与原子能、半导体及计算机齐名的四项重要发明之一，激光 切割被称之为“最快的刀、最亮的光、最准的尺”，激光切 割是将能量聚焦到微小的空间，利用高密度的能量进行非接 触、高精度、高质量、高效率的切割方法，随着加工技术的 飞速发展，激光切割将会逐步成为钢铁产品力学检测样品的 主流加工方法，并

9、得到广泛应用，激光切割将会改变传统的 机加工方法，但是有一点必须注意，就是激光切割属于热加 工，在材料的被加工面会形成热影响区，而热影响区会对材 料的性能产生影响，为检测出材料的真实性能，必须在去除 热影响区。GB/T2975-2018钢及钢产品力学性能试验取样 位置及试样制备资料性附录B中，已明确采用激光切割方 法的加工余量，这是笔者在大量试验的基础上，联合多位业 内专家共同向钢标委提出的建议，并最终被采纳。3）样品物 流运输系统在智能实验室中，样品的物流运输系统是至关重 要的，是实现智能检测的基础，按照整体流程设计，可采用 AGV小车完成试料、试样及废料的运输。AGV小车 （Automat

10、edGuidedVehicle，简称AGV），指装备有电磁或光学 等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保 护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬 运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可通过电脑来 控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道 （e-lectromagneticpath followingsystem）来设立其行进路线， 电磁轨道黏贴于地板上，无人搬运车则依靠电磁轨道所带来 的讯息进行移动与动作。4）质量管控智能系统通过基于可扩 展的智能质量分析算法库和仿真模拟进行质量缺陷诊断、溯 源、调控，在不断的经验积累和算法库优化中逐步改进试样 加工工艺、排程、检

11、验技术等，实现质量体系的闭环控制， 最终达到质量智能精准管控。5）其他关键智能应用除上述功 能以外，在智能实验室中还要设计安全防护智能监控系统、 能源管理智能管控、关键设备质量预警与管控等。4结语综上所述，伴随着现阶段智能制造持续进步发展及材料 检测行业的转型发展，在钢铁行业检测实验室推行智能制造 是完全可行的，智能制造的体现就是智能检测技术的全面应 用，智能与检测二者缺一不可，在检测实验室向智能制造的 发展过程中，必须坚持从实际出发，以实际需求为导向，不 可一味只追求智能化，要结合实验室的实际需求，科学合理 地应用智能检测技术，确保智能检测技术优势得以充分发 挥，助力钢铁行业检测实验室的持续发展。参考文献聂珍.面向“中国制造2025”的机械工程学科研 究生培养