基于工业物联网的工程机械智能装配关键技术分析.docx

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基于工业物联网的工程机械智能装配关键技术分析

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张如伟李媛张圆圆

摘?要：针对基于工业物联网的工程机械智能装配关键技术进行了分析论述。首先回顾了工程机械装配的发展历史和现状，分析了目前存在的自动化程度低、信息不透明等不足。以工业物联网为主要架构，对工程机械装配过程的状态感知技术，数据处理、存储与演化技术，数据分析与优化技术等进行了分析论述。

关键词：工程机械;智能装配;工业物联网;状态感知

中图分类号：TU606?????文献标志码：A?????文章编号：2095-2945（2019）06-0139-02

引言

制造业的核心业务是物料的制造生产，但由于业务类别繁多，物料的种类多样，生产过程错综复杂，因而企业提高效率降低成本的关键在于对物料与产品的生产制造过程进行监管与优化[1]。工程机械、装备制造等类型企业的产品装配是一项涉及物料、人员、机器等众多因素的复杂性活动[2]。物联网技术的快速发展，使得在物与物之间、物与人之间建立广泛联系成为可能，为工程机械生产管理以及在线监测提供新的途径[3]。将物联网的技术充分嵌入到工程机械生产装配过程之中，实现实时地监测和管理设备的原料采购、生产、流通的各个环节的实施，并为企业的智能决策提供依据，实现企业的智能化管理，是未来工程机械智能制造的重要方向。

工程机械的生产量较小，自动化程度落后，虽然近年来有了较快发展，但装配工艺水平整体仍然不高，一是输送自动化程度低，除总装线外，绝大部分仍然采用固定式装配，通过起重机或叉车进行车间之间的转运;二是依靠人工作业，由人工完成工件的搬运、安装等，国内国际尚无自动化程度较高的装配生产线。针对大型工程机械装配车间中的数据采集困难、信息反馈滞后、能耗较高等诸多问题，建立基于工业物联网的工程机械智能装配系统，提升工程机械复杂装配执行过程的透明性、敏捷性及容错性，提高过程响应能力与对生产现场的动态控制管理能力，达到对生产过程进行全方位的跟踪、分析、优化和控制，实现生产过程更精确和及时的监控与主动感知，推动装配生产模式的改善，对加快运用信息技术改造提升传统产业，转变发展方式，推动两化深度融合有着重要意义。

1基于物联网的状态感知技术

研制环境适应与抗干扰能力的工业现场传感器。装配生产线上需要多种传感器，包括工件定位、力矩、压力传感器等。传统的传感器存在环境适应性低、抗干扰能力差、接口功能单一等不足，不能适应工程机械智能制造的需求。因此需进行传感器智能化、可靠性、安全性、低功耗方面的研究设计，开发嵌入式软硬件平台，实现生产过程的智能化数据采集、数据处理等功能，提高整机平均无故障时间和采样精度;分析工程机械生产现场环境特点和噪声特点，研究基于模拟滤波和数字滤波器的混合滤波方法，提高数据采集精度，保证数据的准确性和正确性。

工业物联网核心软硬件产品研制及组网研究。工程机械装配车间需要在控制成本的前提下，构建由大量无线传感器网络节点组成的大型网络，建立节点与车间现场物理实体之间长期稳定有效的关联，通过实时信息的交互，对多源、海量状态信息进行感知及监控，到达对生产车间的全面监控。但车间环境复杂，信号干扰源多，以及要面对工程机械装配过程中的复杂性、多样性、不确定性等问题，因此需要开展针对性的工业物联网核心产品研究。研究可靠稳定、抗干扰能力强的组网技术，实现生产现场网络的大规模数据节点可靠互联。

复杂传感器网络的工作模式、拓扑结构、异构网络互连技术研究。在复杂现场环境中，不同工段具有不同的环境要求，在其中构建的传感器网络的工作模式和拓扑结构有很大不同，各网络具有异构性，要实现各异构网络的互连，使得不同区域或工作面的网络既可以独立运行，又可以联合运行，互相支撑，共享数据资源。

无线传感器网络是一种与具体应用高度相关的网络，在进行路由设计时，需要考虑其环境适应性。在面向工程机械装配车间的应用中，要求路由协议能够具有好的能量均衡性、可扩展性、鲁棒性以及安全性，并且能够实现一定的数据融合，从而减少数据传输量，降低网络能量消耗。

网络冗余与可靠性研究。复杂工况环境增加了无线信号传输的难度，大量的不规则金属会对无线信号产生强烈干扰，因此需要开展复杂环境下的网络通信可靠性研究，通过理论分析、实际测试等方法获得信号无线传送的阻碍因素、干扰因素和解决方法。

2工业物联网数据处理、存储与演化技术

基于多源数据集成与异构数据融合的数据协同管理技术研究。由于现有计算机软、硬件信息平台的复杂性与异构性，严重阻碍了生产信息的数据融合，因此必须研究多源数据的协同管理问题，特别是数据标准化、应用系统的互操作性、信息的安全性以及数据源的动态配置能力。在此基础上，将多个分散的、异构的数据源中的数据，集