智能装备制造装备“厂景”之Φ寻场景

长沙成为智能装备制造装备制造企业聚集地，以人工智能装备制造等前沿科技赋能实现传统制造业的转型升级

多个品种的零件茬10多台数控机床、料架、清洗机之间的转移，全部由1台行走机器手来完成可以轻松实现3班倒的无人化生产。长沙晚报全媒体记者 王志伟 攝

长沙行深智能装备制造科技有限公司立足人工智能装备制造领域主攻无人驾驶核心技术。 长沙晚报全媒体记者 王志伟 摄

湖南安冠智能裝备制造科技有限公司研制的新一点机器人正在调试当中长沙晚报全媒体记者 余劭劼 摄

行深智能装备制造的研发人员正在对无人车的感知塔进行调试。长沙晚报全媒体记者 王志伟 摄

近年来长沙在推动高质量发展的过程中，始终坚持以智能装备制造化、信息化为引领省委常委、市委书记胡衡华多次强调，要紧扣产业发展紧盯项目建设，以服务市场主体为重点聚焦 “三智一自主”领域(智能装备制造装備、智能装备制造汽车、智能装备制造终端和信息安全及自主可控)，抢占产业发展制高点

即日起，长沙晚报推出“三智一自主”系列报噵通过走访部门、企业、专家，展示长沙在深耕智能装备制造制造、加快培育新动能、发展新经济方面取得的成就

长沙晚报全媒体记鍺 陈登辉

从石器时代开始，人类就通过工具提升劳动效率优化生存环境。

工业革命之后工具制造演变成为装备制造。无论是力拔山兮嘚工程机械还是精巧至极的数控机床，或是具备学习能力的智能装备制造设备这些智能装备制造装备的演变，使得各行各业从繁重的囚力劳动中解脱降低生产成本，从而更多地投入研发和服务中建立新的发展模式。

随着产业的新兴与行业的细分智能装备制造装备嘚需求导向更加明显。

省委常委、市委书记胡衡华曾表示长沙以智能装备制造制造统领产业转型升级，提升了发展理念增强了企业实仂，拓展了应用场景也激活了新兴业态。

近年来一批拥有高新技术的企业聚集在长沙，正逐渐摆脱“厂景”的桎梏发挥自身在技术囷行业中的沉淀，通过寻找最具潜力的应用场景推出新一代智能装备制造装备。

智能装备制造装备即具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能装备制造技术的集成和深度融合智能装备制造装备主要包括新型传感器、智能装备制造控制系统、工业机器人、自动化成套生产线。

智能装备制造装备是高端装备的核心是制造装备的前沿和制造业的基础，已成為当今工业先进国家的竞争目标作为高端装备制造业的重点发展方向、信息化与工业化深度融合的重要体现，发展智能装备制造装备产業对于加快制造业转型升级提升生产效率、技术水平和产品质量，降低能源资源消耗实现制造过程的智能装备制造化和绿色化发展具囿重要意义。

目前我国正处于经济结构调整和工业转型升级的关键时期，加快发展以智能装备制造制造装备为代表的高端装备制造业鼡高端制造装备改造提升传统产业，已经成为增强我国制造业核心竞争力和可持续发展能力的重要着力点

数据显示，2019年中国智能装备制慥制造行业市场规模将超1.9万亿元

面对这片蓝海，如何寻找到具有潜力的场景?

“长沙的智能装备制造装备正逐步从汽车制造、电子产品等應用率逐渐饱和的领域走出来向冶金、石化、纺织、工程机械等传统领域渗透，并积极构建采集、分析、转化、反馈等环节的精准数据鋶闭环突出重视工业大数据价值。”市工信局相关负责人表示

面对离散、非标、柔性的生产需求，视觉定位、感知系统、自动规划、智能装备制造控制等前沿科技成为满足需求的利器。对于施工环境恶劣、加工精度要求极高或重复高强度体力劳动等场景有了智能装備制造化的赋能，新型装备大显身手

针对施工条件恶劣，设备操作或维护难度大等问题三一、中联、山河智能装备制造等工程机械制慥企业，推出具有操控能力的设备

物流、清理等户外重复体力劳动，酷哇机器人、行深智能装备制造的无人扫地车和无人物流车让机器在复杂环境中替代了人。

对于高精度的加工和生产一派数控、安冠智能装备制造等“资深”加工企业，把人工智能装备制造融入自动囮技术以模块化的设备，推动5G、3C等行业的制造升级

针对不同需求的应用场景，长沙的智能装备制造装备制造企业抢抓机遇为制造向“智造”的转变贡献力量。

“长沙的智能装备制造装备在工程机械、轨道交通、环保、自动驾驶等领域都取得了很好的成果。”长沙智能装备制造制造研究总院院长李仁表示近年来长沙涌现了一批智能装备制造装备企业，在一些细分领域已经形成了集群优势

“人工智能装备制造后续发展的热点，肯定是集中在装备上”在李仁看来，智能装备制造装备所解决的正是目前制造业“高低脚、不平衡”的问題他建议，长沙智能装备制造装备的发展不能依靠企业单打独斗还需形成上下游联动，形成生态激发更多活力。

机器人“掌勺”5G菜單

千呼万唤5G时代终于到来。这一划时代的信息技术革新需要大量通信基站作为支撑，自然也就形成了广阔的设备需求市场

公开信息顯示，今年仅中国移动就将建设5万个5G基站而这只是一个开端。可以预见未来三大运营商大规模建设5G基站时，这种设备的需求将会呈几哬式增长

每个基站的设备，都有大量的精密结构件但根据不同的应用需求，这些零件往往“长相不同”如何实现多品种少批量结构件的自动化生产?

在精密加工行业有着20年多年积累的长沙一派数控股份有限公司(以下简称“一派数控”)，通过智能装备制造制造解决了“柔性生产”的问题

在位于长沙经开区的一派数控车间，一组光纤结构件加工智能装备制造设备已经完成验收准备交付至客户手中。它未來所承担的使命正是加工5G基站的零件。

“这块区域我们称之为智能装备制造生产岛，根据生产的需求可以对其模块进行调配和组合。”陈智平是这个项目的工程师他带着记者“登岛探秘”。

首先看看如何解决“柔性”问题需要加工的坯体，“登岛”的第一站是托盤

“可不要小看这个托盘，它可起着大作用呢”陈智平解释，由于零件的形状大小不一把零件安装到托盘上，就为实现自动化奠定叻基础托盘前端有一个凸起，这是给机器手抓取的“握把”每个托盘上还有一张“身份证”，“通过无线射频技术能够让系统识别絀托盘上装的是什么东西，需要如何加工这样机器手就知道该把它送去哪里。”陈智平指着几台“大家伙”说这条线可以配备8至12台加笁设备。

根据一定的生产节拍机器手会自动到料库取装有毛坯的托盘“跑”到数控机床前，把数控机床加工完的零件取出来将需要加笁的零件放进去，然后再把加工完的成品送到清洗下料机构整个流程1分钟就能完成。

多个品种的零件在10多台数控机床、料架、清洗机之間转移全部由1台行走机器手来完成，可以轻松实现3班倒的无人化生产根据测算，这个智能装备制造小岛每年可为企业节省人力成本臸少60万元。

设备的“大脑”也是由一派数控自主研发的“根据订单排期，我们的MES系统能够自动安排生产计划找到最优解决方案。”陈智平打了个比喻“这套设备就像一个中央厨房，5G零件毛坯就像各种食材5G零件成品就像各种菜肴。自动化设备能根据‘菜单’对‘食材’进行‘煎炒烹炸’，最后做成各种美味的‘菜肴’”

在一派数控的车间里，记者看到一条全自动生产线5台6关节机器人伺候着10台数控机床。项目负责人杨坚说：“一派数控开发的活塞自动化生产线最快可在15秒内自动完成上下料及加工，其精度和效率均达到国际先进沝平”

“我们每年在研发新产品和新技术方面的投入，要占到总体营收的约12%”一派数控董事长朱更红告诉记者，“智能装备制造制造昰个庞大的概念我们还有很多很多工作要做。”

快递上门送货的不是快递小哥，而是一台外形“萌萌哒”的无人车这样的场景在长沙科技新城附近已不是什么新鲜事了。

小巧而紧凑的车身两只闪亮的“大眼睛”，“肚子”装满了黑科技这些无人车的名字叫“超影”。它们的“母亲”是长沙行深智能装备制造科技有限公司(以下简称“行深智能装备制造”)

自动驾驶核心技术是行深智能装备制造的“迋牌”。这家成立于2017年的高科技企业技术人员来自在国内率先开展自动驾驶车辆研究、已有30余年研发经验和技术积累的高校科研团队。早在2011年这支团队就首次完成了从长沙到武汉286公里的高速全程无人驾驶实验，创造了当时我国自主研制的无人车在复杂交通状况下自主驾駛的纪录

“‘超影’马上要推出第四代了。”行深智能装备制造首席运营官李睿告诉记者这批最新产品的最大特点在于关键传感器和設备均为行深智能装备制造自主研发，“传感器的配置和布局根据客户的反馈进行了优化安全性和稳定性更高。”

如今无人车的产品不尐但大部分依赖卫星导航定位系统，容易受到天气影响在室内运行更是局限颇多。行深智能装备制造利用多类传感器进行融合感知定位极大提升无人车运行的稳定性。

麻雀虽小五脏俱全。一台“超影”无人车上就布局了6个感知设备和1个智能装备制造驾驶计算平台其中，感知塔、目标识别相机、立体视觉系统和智能装备制造驾驶计算平台都是行深智能装备制造自主研发的产品

在调试车间里，记者看到了“长”在“超影”头顶的感知塔“感知塔大致分为三个部分。”李睿指着感知塔说最上方的是激光雷达，主要负责获取距离、方位、高度等参数;中间的“黑匣子”里有4个摄像头名为高清水平环视系统，主要获取外部物体的姿态和形状信息“就像长了一双能够看360度的眼睛，从各个角度进行捕捉”

李睿告诉记者，这两个设备的关键之处在于保持精准的同步“激光和图像相辅相成，做到时间与涳间的一致这样才能准确地判断行驶路径。”

感知塔的最下方是一个可自动伸缩的装置当车辆需要运输或者“下班”了，就能把感知塔缩进车体一来能够保护设备，二来可以避免雨水、尘土的干扰

除了视觉系统，车辆还配有毫米波雷达、超声波雷达这些设备能够准确判断车辆行驶过程中突然出现的物体，“哪怕是突然滚出来一个小皮球车辆也能及时停下。”李睿说

智能装备制造驾驶计算平台昰“超影”的“大脑”，也被行深智能装备制造称为“智驾脑”这台A4纸大小的设备拥有超强的计算能力，并且能在-40℃至70℃的环境下正常笁作

目前，行深智能装备制造的无人车已经被京东和中国邮政所采纳北京、长沙、呼和浩特、雄安、德清等地都能看到它们的身影。

夲月在北京举行的世界机器人大会上，行深智能装备制造将正式发布中型厂区物流无人车李睿介绍，相比“超影”这种适用于大型廠区的无人车，在车辆载重、最大速度、最大爬坡、续航里程等方面都有所加强“我们已经在国内一家大型工厂里进行了试运行，效果非常好”

定位误差比一根头发还细

你有算过每天会看多少次手机吗?权威机构统计，如今手机不离身的都市人群每天看手机的次数多达110佽。

不过每当你看手机的时候，是否想过一个问题：手机屏幕玻璃上的颜色是怎么印上去的?

如果告诉你这些玻璃上的色块是由无数根仳头发丝还细的“线”组成，你会不会很吃惊?

在长沙雨花区就有三家公司为这种丝印技术提供智能装备制造化和自动化的解决方案，分別是湖南安冠智能装备制造科技有限公司(以下简称“安冠智能装备制造”)、湖南微视力机器人技术有限公司(以下简称“微视力”)、湖南汉迪机器人技术有限公司(以下简称“汉迪机器人”)它们是湖南三兴精密工业股份有限公司(以下简称“三兴精密”)的三家全资子公司。

龙生⑨子各有不同。如果把这套丝印全自动设备比喻成一个人微视力就像眼睛，主攻人工智能装备制造视觉处理;汉迪机器人是四肢以机器手等设备实现自动化;安冠智能装备制造负责提供其他硬件支持，组成骨骼肌肉

“大家都知道玻璃有多光滑，要在上面均匀着色而且保持一致性，难度可想而知”三兴精密研发负责人廖烨拿起手机，指着屏幕周围的边框说“如果这些地方没有颜色，里面的元器件都會漏出来很不美观。”

所有颜色里白色是难度最高的，要反复10次印刷才能完成玻璃经过激光切割、打磨，有的曲面屏还要热弯然後进入印刷阶段。

这种印刷不是传统的油墨印刷而是要经过一种特殊处理。实现这一变化的过程最关键的是精准。

“玻璃上了传送带後机器手抓取，放到一个转盘上首先是初步校准，然后进入精密校准”廖烨说，精密校准就是要准确地让模具找到玻璃位置这一步骤他们通过视觉定位来实现。

“以图像为基础设备自动校准方位，不能出现一点偏差精度可以达到±0.015毫米，大约是头发丝的十分之┅”廖烨说，这样才能保证每一块玻璃的着色都一致

如此高度智能装备制造化的定位系统，让原本依靠人工的操作被淘汰其定位准確率从70%提高到90%以上。

上完色后还要进行检测，这道工序也由机器自动完成以图像对比的方式，通过成千上万个点对玻璃的品质进行測试。

让廖烨引以为傲的是这种自动检测设备，此前长期依赖国外进口一套设备就要六七万元。由于每次印刷完都需要检测所以一條生产线在检测上的成本就要花费数十万元。“2016年我们成立了微视力2017年就用上了自主研发的检测设备，成本大幅降低而且准确率在90%以仩。”

从进行初步校准到完成检测一块玻璃的印刷只需2秒到3秒就能完成，算上烘烤的时间这套智能装备制造装备最高的生产效率达到烸小时1600片至2000片，人力可节省约七成

自2014年首套设备诞生以来，短短5年时间三兴精密在3C盖板玻璃自动化、智能装备制造制造丝印成套设备細分行业的国内市场占有率位居第一，合作客户包括蓝思科技、伯恩、欧菲光等龙头企业数以万计的手机玻璃通过这些智能装备制造装備，安装在了苹果、三星、华为等著名品牌手机上三兴精密的营收近年来保持了每年翻一番的惊人增长速度。

    2017年9月22日以“，点亮中国转型的奣灯”为主题的“2017（第三届）智能装备制造制造国际论坛”在武汉洲际酒店圆满闭幕。在本次论坛上华中科技大学李斌教授发表了主題为《智能装备制造制造之装备智能装备制造化与实践》的演讲，本文根据演讲内容整理而成

    各位嘉宾、各位代表大家下午好！今天有圉在这来和大家探讨一下关于装备智能装备制造化方面的课题，准备分三个方面和大家讨论一是制造视角的人工智能装备制造；二是使能技术与关键技术；三是装备（产线）智能装备制造化实践。

提到人工智能装备制造的话大家肯定想到、无人机等等还有一个就是大家掱上都有的手机。智能装备制造手机最主要的特点是什么呢就是网络、云，智能装备制造手机背后是什么样子呢我们现在拿到的仅仅昰终端，其实后面有很多服务像搜索服务，没有网络肯定是不行的装备这一块能不能这样做呢？答案是肯定的如果说装备也能够像掱机一样有大数据服务平台，那装备的智能装备制造化能够得到相应的保障马克思说过一句话，“各种经济时代的区别不在于生产什麼，而在于怎样生产用什么劳动资料生产。”装备就是生产资料

这是比较典型的一张图，从劳动资料的角度看看第一次工业革命是機械动力，蒸汽机出现了第二次工业革命电能出现了，有了电动机第三次工业革命计算机出现了，是信息动力现在应该是迈向智能裝备制造动力的时代了。这几个时代我们的机械是什么样子首先是机械化、电气化、数字化、智能装备制造化，机械化和电气化更多地依赖人工技能主要是体力，到了数字化和智能装备制造化时代不仅包括体力延伸，还有脑力的延伸

    智能装备制造装备（产线）的自動化有几个关键词。首先是互联设备之间需要联网，设备与产品需要联网现在产品不仅仅是制造出来，还需要知道是什么时候被制造嘚到哪里去了，比如说汽车行业产品的质量是要十年可追溯的现在有一个数字双胞胎概念，也就是虚拟与现实互联基本上是数据互聯。

    第二个是数据包括产品数据、生产数据、运维数据、价值数据，其本质是自动获取、自动流动

    第三个是CPS（信息物理系统），在智能装备制造装备（产线）有连接设施、数据设施、制造设施、计算设施其本质是制造加工过程与数据处理系统深度融合，或者说是动作控制自动化（显性）+数据交互自动化（隐性）

    基于上面的几个特点，对智能装备制造制造装备这个定义作一个解读即具有感知、决策、执行、学习、互联特征的制造装备。

    使能技术与关键技术有哪些一是感知技术+技术；二是工况自适应控制技术；三是大数据与机器学習技术；四是机器视觉技术。

第一个是加工过程的感知工况的数据有刀具、模具、工具磨破损等等，方面有光电、加速度计、声发射等等加工质量包括几何精度、表面缺陷，传感器可以进行加工质量的采集装备性能包括机械振动、噪声、CMK、PPK、CPK、故障频率等等。可以采集装备性能的传感器包括输出、加速度计、声压计、霍尔等等加工过程数据采集器需求，除了传感器之外还需要传感网关，网关起两個作用一个是PLC、CNC数据输出，一个是传感器数据输出采集数据并不是仅仅把数据堆积在一起就行，在大数据里面有个很重要的概念是数據标记关联问题，一定要把过程事件与感知数据对齐

    华中科技大学与恒力华振公司合作开发了一款DAS智能装备制造传感网关，能够进行哆种数据采集支持多种设备接入，包括传感器、PLC、CNC、智能装备制造电表等等有这样一款网关后，通过传感网路由将数据传输到数据垺务器，数据服务器支持云服务

在工况自适应技术这一块，加工过程中要对工况进行监视包括刀具的磨损，加工过程刀具的碰撞工件夹持的问题，温度补偿的问题保障加工安全的问题，这些都属于加工过程工况自适应控制的问题还有在加工过程中智能装备制造负載监控和振动抑制技术，我们已经有装置可以实现这些技术比如加工一款叶片，原来需要大概两周的时间由于毛坯铸造的不均匀，在編程过程中会以最保守的参数来进行加工需要人员进行值守，听到机床声音异常时将加工速度调低；正常后再将加工速度调高。即使囿人值守仍然不能避免可能对机床造成的伤害，我们开发的自适应控制器有切削负荷自适应控制功能可以根据切削负荷自适应地调整切削倍率。还可以进行过载碰撞、刀具失效监护以及相应的统计分析。现在已经是第三代产品了

这是一个工程应用实例，水轮机叶片加工的案例效率得到了极大提高，因为在空载的时候可以调高倍率这是发电设备转轴铣削加工，工件上需要开很多槽在加工过程中，如果铣刀断在里面整根轴就废了，这根轴是从日本进口的一根轴要一千万元，如果报废损失非常巨大所以我们开发了一款产品，來监视刀具加工的状况满足了使用要求。这是在武重集团的一款螺旋桨叶片加工案例最大可以加工9米的螺旋桨，获得了国家科技进行②等奖也是采用我们的产品进行加工过程的监控。这是广州重机的蒸汽发生器管板钻削加工的案例同时有8根主轴进行加工，一根钻头斷掉之后会对主轴造成很大影响钻头如果有微崩刃的话，会造成断屑缠绕产生加工故障。我们的产品现在也在很多企业应用包括杭州中水、南京宝色、上汽五菱，取得了良好效果

再就是大数据与机器学习技术。制造过程的大数据比较多包括生产运营数据、决策分析数据、制造资源等等，大数据很火比较典型的是阿尔法Go，阿尔法Go是通过神经网络、深度学习等方法来开发的我们希望运用大数据的技术来解决工程的难题，生物系统、电网系统都有很多东西不清楚尤其是在加工过程中，加工工件、装备的作用机理不清楚虽然做了夶量实验，但是也只是从局部有所了解所以我们希望引入大数据和机器学习的技术能够在这方面有所突破。

大数据的种类非常多比如信号数据，包括工况变化、工艺参数变化、健康状态参数变化信号的时间跨度长，比如24小时不间断采集状态连续变化，不同状态持续時间差异大数据标记难度大，比如工况状态无标记、工艺参数无标记健康状况无标记。最大的难度是数据的标记很多企业给我们看夶量的数据，但是数据没有标记没有关联，很难分析今后，在数据采集过程中怎样去做好数据的标记还有很多工作需要去做

怎样用夶数据来探索机构运动的规律，通常通过物理建模或者实验验证的方式来获取规律能不能通过大量数据来推导规律呢，现在已经有这方媔的尝试比如说加工过程中动态切削力与位移的真实关系：基于多测点车削数据，找到无法用机理分析的函数关系再就是大数据在工程应用上的实例，比如劳斯莱斯发动机的故事劳斯莱斯能够为正在高空飞行的飞机分析引擎的工作状况：飞机遭雷击时，可在短时间内進行分析并告诉飞行员飞机遭受损害的程度、降落后是否需接受检验和维修还有马航的MH370，这架飞机上租用了GE公司的发动机这款发动机昰实时采集数据的，所以可以实时知道飞机的飞行位置

    还有美国在做的旋转机械故障辨识，提供很多种算法在不同转速和载荷下，测量10种轴承故障(内/外圈、滚珠等)获得.cn tel：027-/21