计量科学在智能制造产业中的应用_任孝平

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机器人产业
专用测量、测试装备,计量 技 术 和 计 量 测 试 项 目 能 力、 计量科技创新能力
2015.12.23
国家工业机器人质量监督检验中 心(广东)[14]
广东省质量监督工业机器人检验 站(顺德)
广东产品质量监督检验研究院
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工业机器人
质量检测、型式试验、企业 中试、标准验证、产品研发
2016.3.11
第 10 期 2016 年 10 月 10 日
计算机教育
Computer Education
文章编号:1672-5913(2016)10-0085-04
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中图分类号:G642
计量科学在智能制造产业中的应用
任孝平 1,杨 帆 1,塔 娜 2,何运飞 3
(1. 中国计量科学研究院 科技管理部,北京 100029 ; 2. 内蒙古计量测试研究院,内蒙古 呼和浩特 010020 ;3. 贵州省计量测试院,贵州 贵阳 550003)
在各类国家创新能力的驱动和评价模型中, 很少提及计量和质检工作,但是计量质检水平却 又被确认为国家竞争力和国家综合国力的最直接 的体现。这说明计量和质检工作对促进国家创新 能力的系统性作用的研究和认识还十分欠缺 [7]。 以机器人技术中的传感器为例:对于机器人来 说,传感器必不可少,同时,机器人对传感器有 非常严格的要求,主要表现为准确度高、可靠性 强、稳定性好;电磁干扰、强机械振动、灰尘和 油垢等恶劣气候环境和机械环境下抗干扰能力也 非常关键;最后就是整机性能和安全、噪声、储 能和易于校准。
这里提到的国家质量基础(National Quality Infrastructure,NQI),是由计量、标准、合格评定 (检验检测和认证认可)共同构成 [17]。这个概念是 基于联合国工业发展组织和国际标准化组织在总 结质量领域 100 多年实践经验而提出的,被国际
第 10 期
2016 年全国智能科学技术教育暨教学学术研讨会论文
此外,复杂的几何量测量也是智能制造的核 心关键。只有几何量测量仪器结合智能制造中工 业机器人,形成智能制造的全方位感知系统,才 能促进制造过程中的智能化,为真正形成智能制
造打下坚实的基础。然而,我们也要清楚地意识 到,目前几何量仪器自动化程度极低,还不能形 成网络化,难以在测量现场形成测量数据。
伴 随 着 智 能 制 造 的 快 速 发 展, 计 量 科 学 家 也在努力研究新的非接触测量技术、在线测量技 术、自动测量技术,使其能满足智能制造的高准 确度需求。在“2014 中国仪器仪表学术产业大会” 上,学术界和工业界一致将“智能制造”作为当 下的最重要的议题,指出传统仪器仪表行业应借 助“智能制造”寻求新的突破。而我国质检和计 量部门也在积极寻求和高校、研究院所合作,以 期在智能装备制造产业发展中牢牢占据科技领先 地位,表 1 为近年来寻求技术合作的情况。
中科院沈阳自动化所
机器人产业
机器人产品 / 部件认证、检 测、校准、标准化
2015.7.2
国家机器人质量监督检验中心 (辽宁)[12]
沈阳产品质量监督检验院 中国科学院沈阳自动化研究所
整机及核心零部件检测机构 专业机器人
2015.8.14
国家智能控制系统制造产业计量 测试中心(广东)[13]
智能控制系统 制造产业
而对于测量仪器和高端设备来说,提升我国 科学仪器设备的自主创新能力和装备水平也是当 前的重中之重。国家科技计划管理部际联席会还 设计了《重大科学仪器设备开发》专项来进行重
点支持,以形成具有自主知识产权、“结实耐用” 和功能丰富的重大科学仪器设备产品,并进一步 服务科学研究和经济社会发展。
在《重大科学仪器设备开发》专项的申报指南 中,提到“传感器”有 29 处,可见,《重大科学仪 器设备开发》和《国家质量基础的共性技术研究与 应用》两个重点专项对于未来我国的智能制造、高
2 计量科学是智能制造能力提升的保障
2016 年是国家“十三五”规划开局之年,也 是“十三五”规划的政策落地年。为推动中国传 统制造业转型升级和可持续发展,加快智能制造 技术与装备创新发展和产业化,不单政府在积极 制定政策助力中国制造协同创新发展,高校、研 究院所、企业等机构也自发组织产业协会和联 盟,期望通过机器人技术推动制造业实现跨越发 展,最终实现我国从“制造大国”向“制造强国” 迈进。
据进行在线校准。整个智能制造过程中,实时、 准确、可靠的计量无处不在,而这些对计量科学 提出了全新的挑战。
虽然现有的计量技术还不能满足智能制造中 对准确度、测量效率、测量环境的复杂性以及在 线测量的要求。国家已经通过各种科研项目的支 持和政策的引导,积极鼓励计量更进一步的发挥 其重要作用。相信在“十三五”期间,伴随着我 国科技体制的改革,一大批重大项目将会发挥其 应有的作用。
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端计量仪器的研究有着非常大的支持力度。
4 结语
智能制造随着全球制造业的发展而不断进 步,而计量科学的最终目的就是支撑我国智能制 造产业的不断发展。在这种新形势下,智能制造 的发展就必须以智能生产为目的,以互联互通为 手段,以计量测试为关键核心技术,并能把一切 测量结果进行综合分析和运用 [18]。在处理各种测 量数据时,能够以反馈的形式,利用实时测量数
从表 1 可以看出,地方政府、高校已经开始 围绕战略性新兴产业开始了“政产学研”的合作, 充分发挥科研机构、高等院校科研优势,有效提 升质检技术机构服务能力,而且积极开展这些合 作的省份均是我国机器人产业集群区,或者是经 济发达、对外开放程度高、高校云集以及老重工 业基地。这些监督、检验和测试中心的成立,对 于未来加强我国机器人产品质量监督、相关测量 仪器的准确度,提升智能制造产业质量水平有着 重要的意义 [1]。
3 计量科学和智能制造共同助力“中国 制造2025”
地方政府在积极推进这项工作的开展,中央 政府部门如科技部、发改委也都开始从顶层开始 支持我国智能制造、计量科学的发展。2016 年 科技部会同国家质检监督检验检疫总局等 13 个 部门,制定了国家重点研发计划《国家质量基础 的共性技术研究与应用》重点专项实施方案 。 [16] 该方案聚焦产业转型升级、保障和改善民生、提 升国际竞争力等国家重大需求。此项重点研发计 划的实施,其中涉及了多处先进制造和智能制造 方面的重点支持方向,如表 2 所示。
基金项目:国家自然科学基金项目(51405459);中央级科学事业单位修缮购置专项资金(2015N147103000326); 国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ090208);中国计量科学研究院科研项目(AKY1503)。 第一作者简介:任孝平,男,副研究员,研究方向为计量仪器、人工智能,renxp@nim.ac.cn。
精密制造中的补偿和测量关键技术 微电子半导体、新能源及精密机械
研究
制造
测量能力的提升
智能制造基础共性和关键技术标准 研究
智能制造技术、 机器人技术系
研究并形成智能制造基础国家标准、 智能制造共性技术国家标准、智能制 造关键技术国家标准(含机器人标准)
公认是提升质量竞争能力的基石,更是保障国民 经济有序运行的技术规则、促进科技创新的重要 技术平台、提升国际竞争力的重要技术手段。
1 智能制造的发展现状
智能制造源于人工智能的研究。一般认为智 能是知识和智力的总和,前者是智能的基础,后 者是指获取和运用知识求解的能力。智能制造应 当包含智能制造技术和智能制造系统,智能制造 系统不仅能够在实践中不断地充实知识库,具有 自学习功能,还有搜集与理解环境信息和自身的
信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力 [4]。 早在 2011 年,美国就率先发布了国家先进
制造伙伴计划,重点关注和支持智能化技术和智 能制造。德国作为全球制造业中最具竞争力的国 家之一,也于 2013 年发布了工业 4.0 战略。其 他制造业区域如欧盟、日本、韩国也纷纷发布了 与智能制造相关的国家机器人发展战略。可见当 前,新一轮工业革命已成为世界各国战略布局的 主要方向,发达国家和地区纷纷把智能制造和机 器人作为国家战略,抢占智能制造技术和市场的 制 高 点。 以 机 器 人、 智 能 制 造 为 代 表 的“ 工 业 4.0”时代已悄然来临。我国经过多年的高速发展 之后,已进入经济发展的新时代,目前是在由制 造业大国向制造业强国迈进的关键时期。
这 些 电 路 芯 片、 先 进 传 感 器、 精 密 测 量 和 控制技术都是机器人产业、智能制造的基础。机 器人的材料、关键零部件到整机、装备到系统集 成,都需要进行测试,才能检验其是否满足性能 的要求。伴随着机器人产业的发展,作为直接关 联的传感器、仪器仪表和计量测试行业,成为未 来的重点发展方向。
参考文献:
[1] OFweek机器人网. 整治中国机器人混乱场面 国家首个机器人质检中心成立[EB/OL]. [2016-04-13]. http://robot.ofweek. com/2015-02/ART-8321202-8420-28932979.html.
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精密轴承等。 其次,我国装备制造业中先进技术对外依赖
度高,精密测量技术、智能控制技术、智能化嵌 入式软件、机器视觉都非常缺乏。新型传感器的 感知技术、在线分析技术、大功率变频技术等构 成智能制造装备或实现制造过程智能化的重要基 础技术主要依赖进口 [6]。
摘 要:分析国内智能制造领域的各种问题,指出我国推进实施“中国制造 2025”战略,必须狠抓核 心关键部件自给率、提高精密测量技术,将计量科学真正应用于智能制造领域,实现复杂参数测量的 等效一致性和关键技术标准的国际接轨,才能从根本上摆脱高端制造业受制于人的局面。 关键词:计量科学;智能制造;人工智能;国家质量基础;
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时间
表 1 质检、计量与智能制造、机器人产业合作现状
成立机构
合作双方
服务领域
服务内容
2014.7.28 智能制造检测技术平台 [8]
安徽省产品质量监督检验研究院 智能制造技术 检测技术
合肥工业大学智能制造技术研究院
2014.12.19
浙江省工业机器人产业计量测试 中心 [9]
杭州市质量技术监督局 浙江大学先进技术研究院 浙江大学机器人研究中心
DOI:10.16512/j.cnki.jsjjy.2016.10.026
0 引言
中国对智能制造和产业自动化升级的需求, 催生了巨大的机器人市场 [1]。然而作为新兴智能 装备制造业的机器人产业,计量标准体系的缺 失,可能令机器人产业难以走入良性循环,进而 影响我国智能制造产业的发展。世界领先的工业 机器人制造商 ABB 公司质保及校准部经理 Peter Fixell 认为 [2]:“一台真正好的工业机器人,应该 在其整个生命周期内都会保持良好的精度……”。 然而在中国,一直是国外机器人的天下 [3]。因此, 尽快制定我国具有自主知识产权的机器人基础标 准和计量检测体系,打破国际技术性贸易壁垒并 实现与国际标准接轨,为推进机器人产品走向市 场奠定基础,对推动中国制造抢占高端制造业市 场具有重要意义。
国家智能制造装备质量监督检验 中心(东莞,申建中)[15]
广东省质量技术监督局
机器人智能装 备产业
智能制造装备国检中心
章节号 2.1 2.2
5.3
表 2 国家重点研发计划中关于智能制造、计量领域的研究方向
专项支持方向
支撑服务领域
成果形式
先进制造中关键参量的计量标准和 溯源技术研究
先进制造
测量能力的提升
中国工程院院士卢秉恒就中国制造业的发展 提到了支撑智能制造的三大技术:机器人、智能 装备、3D 打印机 [5],其中机器人技术是助推智能 制造的关键之一。与此同时,自 2013 年起连续三 年时间内,我国已提前步入机器人时代,产业急 速井喷,目前已然成为世界第一大机器人市场。
然而,我国的机器人产业大而不强。首先, 我国的装备制造业中,关键零部件自给率低,如 目前 80% 的集成电路芯片制造装备还严重依赖 进口,更别说高性能传感器、先进材料以及高速
机器人产业
检验检测 量值溯源 标准化
2015.2.9
国家智能制造装备产品质量监督 检验中心(浙江)[10]
宁波市产品质量监督检验研究院
智能制造装备 监督检验
国家机器人检测与评定中心
上海电器科学研究院
2015.3.20 国家机器人产品质量监督检验中 心(上海、广州、沈阳、重庆)[11]
广州机械科学研究院 中科院重庆分院
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