智能化生产最初的构思就是产品集成拥有通信能力、感知能力和动态化的数字存储能力，同时也承载着整个生命周期和供应链当中所需要的必备信息。集成化的生产设施在整个生产价值链当中能够实现自配置和重组，同时能够根据现场的状况对生产过程进行灵活控制。智能化生产的最终目标就是能够满足用户不同需求，建立起高度灵活的数字化和个性化生产模式。而智能技术系统就是促进智能生产的重要手段。
1 智能技术系统
1.1 三大技术发展
随着时代的发展，我国的通信技术和信息技术都取得了较快的发展，三种重大技术的进步共同推动了我国智能技术的发展。首先是电子零件微型化，随着电子自动化设计和半导体技术的发展，各种新型微控制器也层出不穷，多核微处理器研制速度也开始提高，产品更新速度加快。这种新出现的电子零件具有能耗低、抗干扰能力强、性价比高、集成度高等优势，提高了信息处理能力。为智能化技术系统研制提供了良好的硬件基础。其次就是软件的发展，推动了技术创新。随着功能增多，交付变化、组织技术融合以及用户的多样化需求，工业生产制造系统也愈加复杂化，尤其是嵌入式软件系统，依然在逐渐提高复杂性，系统管理难度也开始加大。随着软件在现代化生产中的应用，产品制造系统也开始由原来的传统硬件依赖逐渐转化为软件依赖模式。最后就是工业生产系统逐渐朝着网络化的方向发展。随着技术发展，互联网未来能够实现物物联通，从而促进物理世界和信息世界的有机融合，物联网也因此而诞生。工厂的生产系统想要实现控制目标，在进行物理设备联网过程中，也需要将通信和计算融入到实物之内，从而诞生了信息物理的融合系统，也可以叫做工业物联网，在一定程度上推动了物联网的发展。
1.2 智能技术系统特征
智能系统主要具有下面几项特征，第一是适应性，也就是说智能技术系统可以实现和环境之间的相互交互，同时自主适应运行模式[1]。根据这种形式，智能技术能够在设计者制定框架内，在运行期间逐渐进行自我完善，提高使用期限，维持最佳状态。第二是坚固性，也就是说智能技术系统可以在动态环境下进行自治运行。系统可以对各种不足信息进行科学处理，从而能够满足某种使用要求。第三是可预期性，也就是说智能技术系统能够在以往累积的知识经验的基础上，预测未来效果。通过这种特点，系统也能提前识别出各种潜在风险，及时更新发展策略，提高问题的解决效率。最后是用户友好性特征，也就是说智能化的技术系统可以及时使用用户特性，能够和用户之间进行交互作用，对于用户来说，系统具有较强的理解能力。
2 认知信息处理模型的研制
2.1 认知信息处理的参考模型
认知科学以生物行为认知为基础研究出智能信息处理系统。因此要想判断系统是否满足智能化要求，应该看其是否具备下面三种特征[2]。首先是能够自主嵌入环境当中，同时和所在的生产环境进行信息交换。其次是通过系统相关信息和周围环境的内部表达，产生能够适应环境的灵活的控制动作。最后是参与、学习处理信息的综合能力。为了能够体现出上述特征，研究员司徒伯研制出处理认知信息的三层模型，如图1所示，
图 1 处理认知信息三层模型
2.2 智能控制模块的研制
为了促进三层模型的有效实现，在帕德博恩的带领下，还研制出了控制器模块。其中信息处理主要可以分成三级，分别是认知操作器、条件反射型的操作器和控制器[3]。控制器任务就是通过更优方式控制系统动态性能。其中的控制回路则是能够调节信号以及获取信号的有效链路。因此也被称作是原动回路。条件反射型的操作器能够指挥、监督控制器。无法对系统执行机构直接访问，但是可以通过修改结构参数的方式来修改控制器，和控制器联系密切。条件反射型操作器控制数个OCM的实时通信，而数个OCM可以形成一个最优化的控制系统。认知操作系统能够通过各种方法使用周围信息和自身内部信息，从而提高自身系统性能。
3 智能系统的实现
德国科技从2007年开始主要通过分布在全国的十五个创新集群来进行技术创新，不同的创新集群具有不同的研究领域。北威州的创新集群主要是研究智能技术系统及其产品研发，也是欧洲产品开发能力最强的地区之一。2012年，德国教研部还增加了一亿欧元的资金用来支持当地的产品研发项目，计划在五年内完成。主要包括可持续项目、创新项目和平台项目等三种类型。
平台项目，就是促进集群内的所有企业能够在未来几年内发展智能技术系统业务，将技术成果向中小企业转移，创建出系统工程、能源效率、智能网络、人机交互以及最优自寻控制系统等几个基础的技术平台。创新项目，也是集群内重要企业为了满足战略目标通过上述技术平台研制出的网络系统和子系统等解决方案。可持续项目，也就是进行项目研究过程中所使用的七种有效措施，在结束政府计划支持时间后，依然能够维持长时间的可持续发展。尤其是中小企业在项目内依然能够进行智能技术系统的自主研发工作。
4 工业4.0智能生产系统产品和应用
菲尼克斯这一电气企业是北威州创新集群中的关键组成，为了促进工业4.0的早日落实，根据智能技术系统相关概念，研制出自适应生产系统。这一系统主要是分散式的模块结构，使用的是企业近期研制出的新型plug and produce智能化技术。模块化分散结构代表着整个制造过程应用的通信系统、控制系统和机械系统都是通过模块化设计，从而让生产系统可以根据生产和工艺的要求进行随意组装，而系统的适应性则可以通过模块移除或是插入的形式来实现。如图2所示，
图 2 自适应的生产系统
即插即生产的技术拥有网络自配功能和自寻最优特性。自配功能是以模块、生产系统、自配置方法和零件语义自描述功能的基础上实现的，不需要任何工具的辅助。生产系统通过理解、分析各种信息，实现系统内部个部分的自动扩充、重组和协调，实现产品质量、性能、种类、数量的自适应，从而能够提高对各种变化工作任务的适应能力。这种自适应的生产系统已经在菲尼克斯企业的I/O装置生产中进行使用，同时取得了良好的成效。根据相关计划，自适应产品和生产技术也将走进市场。创新集群中的各个企业也会将各种智能产品和技术系统分批发布出来，同时逐渐推广应用到机电一体化系统当中。这些产品技术创新将为中小企业升级转型提供良好条件，同时为实现工业4.0创造出新的解决途径，提供新的解决方案。
5 结语
综上所述，我国在2015年也提出了中国制造2025的发展计划。这一计划将制造业当作我国的发展基础，强国手段，同时提出来建设制造强国的发展战略，首先是到2025年能够加入制造强国，其次是到2035年，能够到达制造强国中级水准，最后是到2049年能够成为真正的制造强国，同时建设成全世界范围内的产业体系。为此应该学习工业4.0的方针路线，推进我国逐渐朝着制造强国迈进。
参考文献
[1]牛宁伟.智能控制在矿山机电一体化系统中的应用[J/OL].世界有色金属,2018(15):42+44[2018-09-29].
[2]缪学勤.工业4.0推动机电一体化走向智能技术系统[J].自动化仪表,2016,37(01):1-5+8.
[3]李嫄.基于移动物联自主学习平台的机电一体化技术与系统课程的改革研究[J].教育教学论坛,2018(38):160-161.
论文作者:刘雷
论文发表刊物:《红地产》2017年5月
论文发表时间:2018/12/13
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