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智能產品的基礎功能要素

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智能產品的基礎功能要素

發布日期:2021-12-13 作者:納祺科技 點擊:

智能產品的基礎功能要素

  不同類型的產品滿足不同的、特定的目標功能訴求,特定的目標功能成千上萬,相互迥異。但殊異的目標功能卻是由一些基礎的技術方案或器件去實現,某種意義上,這些基礎技術方案或器件也完成一定的功能,如感知、控制等,只不過這些功能只是實現目標功能的手段。

  1)感知

  微處理器芯片持續發展已經達到一個轉折點,儀器儀表的成本持續下降。尤其是近些年來MEMS(微電子機械系統)器件的成熟,使微傳感器在很多設備和產品上(如汽車)得到應用,大大提升了產品主動感知的能力。圖5是華中數控把“心電圖”概念用于數控機床的監測與控制,主要手段是通過測量主軸電流。

  現在很多裝備產品,尤其是大型設備,需要考慮運維,其基礎便是狀態感知。裝備需要告知自身的狀態,所謂“聰明的產品會說話”,正在進行什么工作?需要用戶協同做什么?運行狀態如何?通過主動感知從而使設備能以一個比過去更經濟更高性能的方式運行。

  2)控制

  控制是多數智能產品都具有的基礎功能。經典的自動控制此處不再贅述。下面簡單介紹智能產品中常見的智能控制形式。

  (1)補償控制:在智能感知的基礎上,基于檢測到的誤差,實施相應的補償。補償對象可以是綜合的,如溫度變化、振動、刀具磨損等引起加工尺寸偏差,Z終施加的控制可直接針對尺寸。需要注意的是,通過一定的模型,可以實施預測補償控制。這才是真正有智能意義的補償控制。

  (2)遠程控制:有些設備需要遠程操作,如在危險場地工作的機器人,人可以遠程控制,或者人機協同控制。目前很多家電的智能控制就包含遠程控制功能,如對燈光照明進行場景設置和遠程控制,家用電器(如電飯煲、空調)的遠程控制等。

  (3)交互式智能控制:可以通過語音識別技術實現智能家電(如彩電)的聲控功能;通過各種主動式傳感器(如溫度、聲音、動作等)實現智能家居的主動性動作響應。

  (4)環境自動控制:一般的空調系統,都帶有環境溫度自動控制。有的企業因為精密加工的需要,希望車間溫度恒定在某一范圍,這就需要相應的環境溫度控制措施。另外,車間貨物的進出也會影響環境溫度,僅靠一般的空調自動控制系統很難滿足要求,需要另外采取特別措施。

  3)互聯

  微電子、物聯網、無線等技術飛速發展,導致對互聯的需求越來越強烈。生產設備之間、設備與產品、設備與人、虛擬和現實、萬物之間都需要互聯,無線通信、物聯網(internet of everything,IoE)是基本手段。

  用于互聯的元器件進化非常快。如3D打印技術的出現使人們重新思考天線和電磁元件的制造。圖6是應用多工藝3D打印(multiprocess 3D)技術把導線、網格、金屬箔片嵌入到一個元件中以消除絕緣和導體結構受空間條件限制的影響,這樣可以隨意地制造把絕緣體和導電體交織在一起的、帶有復雜網格拓撲結構的元件。而且這樣制造的天線性能勝過傳統方法制造的天線。


  (a)圓柱形天線   (b) 阿基米德線天線   (c) 多平面天線

  通過多工藝3D打印技術制造的嵌入天線的元件

  企業越來越關注測控網絡的無線化。如在石化領域,工廠需要基于低成本無線技術的定位與跟蹤以及工廠無線測控網絡與Internet的融合等技術。在石化工業的生產線上,為了保證生產質量、綠色以及安全,必須對很多節點上的參數進行監測。圍繞著石化工業現場超大規模傳感器節點的互聯互通、異構感知網絡信息集成與應用,必須解決超大規模傳感器的高可靠和動態組網、工廠測控網絡的無線化、跨尺度的感知信息融合、工業低成本無線定位與跟蹤、工廠無線測控網絡與Internet融合等問題。除了保證生產質量和效率之外,互聯有助于設備預測性維護、物流跟蹤管理等目標的實現。

  日本小松(KOMATSU)把互聯的思想用于其工程機械產品。通過安裝在工程機械上的 GPS 和各種傳感器,對機械當前所處位置、工作時間、工作狀況、燃油余量、耗材更換時間等數據進行收集,并使用衛星或移動網絡等通信方式,Z終通過互聯網發送到日本小松服務器上,如圖7所示。他們可以根據收集的數據,實時監控車輛運行情況;對用戶的使用習慣進行分析并建議,從而降低油耗;由于所有的設備都是互聯的,他們對大數據進行分析,還可用于預測判斷未來挖掘機市場的需求從而調整生產計劃。


  小松數字化機聯網KOMTRAX

  互聯已經成為消費品中用得越來越多的基礎功能。通過智能感知與移動互聯網結合,產品可以與用戶交互,如前面提到的掃地機器人。

  4)記憶

  記憶、識別和學習都是某些智能產品所具有的功能,從學術上講都屬于人工智能范疇的內容。關于記憶、識別和學習,這里只作粗淺的介紹,詳細方法可參閱相關的人工智能文獻。

  人們日常生活中使用的智能手機就已經具有初步的記憶功能。如在手機上搜索什么,之后它能向用戶自動推送他常常使用的搜尋。這就說明它留下了記憶。當然這只是Z簡單的記憶功能。復雜的記憶是與學習聯系在一起的。不能把記憶簡單理解成存儲,記憶是為了能夠有效回憶。記憶需要存儲,但存儲并非一定帶來記憶。人工智能中有一些記憶方法,如長短期記憶網絡,由被嵌入到網絡中的顯性記憶單元組成,以記住較長周期的信息;彈性權重鞏固算法,目的是讓機器學習、記住并能夠提取信息,在一個需要記憶的新任務中把每個事件連接所附加的保護(為了記憶)比作彈簧,彈簧的剛度(stiffness),也就是連接的保護值正比于其連接的重要程度。還有其他一些記憶方法,讀者可參閱某些人工智能文獻。

  5)識別

  識別的內容很多,文字識別、語音識別、圖像識別……一些簡單的識別技術已經走進我們的生活。如手機上的“全能掃描王”能夠把圖片上的文字進行識別,翻譯成可以處理的word文字;語音識別在家用電器中多有應用;圖像識別在工業場景中的應用也日漸增多。這里僅簡單介紹通過機器視覺識別產品或工藝缺陷。

  利用計算機視覺模擬人類視覺的功能,對采集的實物圖像進行處理、計算,進而作出相應的判斷。隨著視覺技術的發展,人工檢測的精度已經遠遜于機器視覺檢測。產品的表面缺陷檢測是機器視覺檢測應用Z廣的一部分,其檢測的準確程度直接影響產品質量。機器視覺檢測技術已被廣泛用于產品或工藝的缺陷檢測中。如用視覺體系檢測電子部件的缺陷或針腳的偏移,發現檢查安裝錯誤等。華星光電公司與騰訊合作,對面板海量圖片進行快速學習與訓練, 實現機器自主質檢,分類識別準確率88.9%,節省人力60%。據前瞻產業研究院的數據, 中國每天在產線上進行目視檢查的工人超過350萬,但人工檢測準確度不高,而且強度大。尤其未來工業高清視頻經過5G和邊緣計算與中心云相連,結合AI能力,其識別能力將大大提高。可見,此技術的應用前景之廣闊。

  另外,隨著智能制造的進一步推進,智能工廠甚至無人工廠是未來的發展趨勢。無人化則更離不開機器視覺識別。

  6)學習

  某種意義上說,學習是智能Z重要的標志。真正意義上的智能產品在于是否具有學習功能。



本文網址:http://www.o-musubi.com/news/539.html

關鍵詞:智能控制,智能控制技術,機器視覺識別

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