数字化车间技术是数字化、自动化、物联网技术(IoT)在制造业车间的典型应用,它将柔性制造技术与工艺设计系统、智能识别技术、生产组织系统以及其他管理系统的信息进行高度集成,构成具有综合信息流及自动化性质的集成制造系统。本文结合国内柴油发动机行业智能制造生产线建设的先进经验,研究了面向智能制造的柴油发动机数字化车间建设的基本需求、总体框架和构建策略。采用柴油发动机企业的实际项目案例说明了研究内容,并结合已经建成的数字化车间对其效率进行分析和对比,以及针对现有生产线数字化建设中存在的问题提出了进一步优化的思路和方法。

当前制造业企业面临着生产模式由大规模生产转为大规模定制的挑战,开发信息物理生产线系统是迈向大规模定制的第一步。针对信息物理生产线系统混合异构的开发工具间多领域信息交互及自动化信息集成,提出一种基于Au?tomationML(AML)的模型驱动开发方法,基于该系统的信息集成架构实现模型集成及模型转换;提出实现模型开发验证流程一体化的工具链作为该方法的实现,并以木雕产品的加工包装为例进行实验验证。实验结果表明,该方法支持面向个性化定制产品需求的信息物理生产线系统模型构建、规划调度及形式化验证等开发流程,实现了系统的开发统一化及信息集成的自动化。

根据制造企业工厂/车间生产组织结构的层级划分方法,基于信息物理系统的实现原理,提出了一种工厂/车间智能制造系统的总体架构设计方法,并介绍了系统各组成要素的构成。根据所提出的架构,讨论了基于信息物理系统的工厂/车间智能制造系统的实施问题。所提出的设计和实施方法为工厂/车间智能制造系统建设提供了参考。

设备互联和信息互通是车间智能制造系统建设的两个典型特征。随着物联网技术的发展和广泛应用,基于物联网的智能车间设备互联技术受到越来越多的关注。针对制造企业的智能车间设备互联问题,基于CPS实现原理和物联网参考架构,提出了一种智能车间设备物联网系统的总体架构,并对系统实施技术进行了研究,所提出的方法为智能车间设备互联提供了一种参考解决方案。

随着智能制造的快速发展,信息物理系统作为企业智能制造的核心内容,在企业智能制造系统设计和实施中得到了广泛的应用。与此同时,信息物理系统的安全问题也受到了越来越多的关注。在分析了制造企业安全风险问题以及典型的安全防护技术基础上,根据信息物理系统的构成类型进行了相关安全技术的研究,一方面为信息物理系统的应用安全性提供了技术参考,另一方面为企业智能制造系统设计和实施过程中的安全技术解决方案奠定了技术基础。

随着智能制造技术的快速发展,建设智能制造车间成为企业智能制造系统建设的基础。与此同时,信息物理系统作为智能制造系统建设的核心内容,成为制造企业重点关注的问题。文中首先对信息物理系统的机理和构成进行了阐述,之后基于智能制造车间建设的层次结构,从信息物理系统的角度,提出了一种车间智能制造信息物理系统智能服务平台的技术框架,并对平台相关的实现技术进行了研究,旨在通过所提出的架构为车间智能制造系统建设提供统一的管控平台解决方案。

为了解决信息化条件下数控机床故障监测效率低、维修成本高、时延高等问题,同时满足网络技术、边缘计算、故障预测与健康管理技术相结合的智能诊断需求,提出基于信息物理系统的智能诊断系统。系统设计为4层:智能感知层、数据决策层、网络层、应用层。与传统的故障诊断与健康管理相比,该系统引入边缘计算技术与人工智能相关技术,解决系统的实时性、网络可靠性、数据安全性等问题,进一步实现智能化的故障预测与健康管理。以数控机床滚珠丝杠副为例,通过分析其故障现象并设计PHM流程,应用网络技术远程部署和配置PHM算法从而实现对机床的在线监测,同时能够识别丝杠的早期、中期和晚期故障。结果表明:该系统对进一步提高数控机床故障诊断可靠性以及实现设备智能运维和健康管理具有重要的意义。

三大手段融合气动试验是新一代航空航天飞行器研制的必然需求,当前由于链路不通、设备数字化程度低等多种因素,制约了三大手段的有效融合应用;文章分析了气动试验研究体系中的信息物理系统内涵和建设必要性,阐述了信息物理系统与气动试验研究融合的目标愿景,通过构建气动试验研究体系信息物理系统,提出打通数据、流程、试验手段三个链路的方法,形成气动设备、试验研究对象(型号、标模)和人三个维度的数字化,通过气动试验研究大数据为三大手段融合注入新的驱动力,促进气动试验研究能力从数据组织、信息价值、管理能力三个维度螺旋提升,有力推动气动试验研究体系的建立。

根据多年实施SOLIDWORKS 3D数字化平台软件项目的经验,笔者认为,企业要成功构建3D数字化平台,其关键就在于：建立标准化和模块化的核心基础。只有在科学高效的标准化平台环境下通过标准操作流程完善企业产品的模块化、参数化,才能达到3D数字化平台的快速和有效,实现一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

机床是信息物理系统(CPS系统)中主要的执行单元和感知单元,对其加工状态的动态监测和实时感知可以提高产品质量。为了实现加工现场信号采集和刀具加工状态在线监测,设计了主轴功率信号采集系统,同时引入力信号作为对比分析,应用希尔伯特-黄变换和小波变换根据特征频率段的信号特征构造了刀具磨损系数,将刀具磨损状态和磨损系数对应起来,在加工现场实现了刀具状态的在线监测。通过和小波变换的对比,证明了希尔伯特-黄变换在处理功率信号方面可以有效抑制噪声信号,提高监测的准确性。