近期,国家工业信息安全发展研究中心正式公布《2020年人工智能优秀产品和应用解决方案入围名单》。经过材料征集、形式审查、专家初审、终审答辩、网上公示等环节,中铁装备自主研发的智能化、信息化湿喷台车脱颖而出,成功入围。
据了解,“2020年人工智能优秀产品和应用解决方案”征集评选活动,是由国家工业信息安全发展研究中心发起,面向全国企业、院校、科研机构和相关单位公开征集优秀产品和案例成果,旨在加强人工智能等新型基础设施建设,落实《新一代人工智能发展规划》《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(2018-2020年)》等文件要求,切实掌握我国人工智能技术产业创新发展和应用状况,以典型案例的示范推广带动产业发展。
中铁装备智能化、信息化湿喷台车
智能化、信息化湿喷台车是中铁装备自主研发的可应用于全断面和台阶式开挖隧道的智能化支护设备,其涉及到机、电、液、光、测、大数据等多学科的交叉融合。该设备具有快速定位、三维扫描、拱架识别、超欠挖分析及方量计算、路径自动规划、一键智能喷射、双重防堵管、强大的数据处理和传输等功能。
其核心功能是采用三维激光扫描仪实现隧道内的快速定位,三维激光扫描仪可实现隧道轮廓扫描及超欠挖分析,并及时呈现施工面的3D模型,清晰直观。根据点云扫描,实现喷涂路径规划,通过数据分析,实现一键智能喷射,智能防堵管功能,保证混凝土喷射高效运行,作业数据采集、处理、传输,适应海拔4600米的高原环境。
中铁装备还根据高原铁路的极端环境,做了针对性的设计和解决措施,在保证施工效率和质量的同时,大大降低操作人员的劳动强度,减少了人员经验对施工质量的影响,这代表隧道湿喷设备的前沿技术和发展方向,具有广阔的发展和应用前景,在智慧隧道的建设中具有重大的推动作用。
目前,中铁装备智能化、信息化湿喷台车已成功应用中铁一局国道318项目隧道建设,该智能设备从整车定位到三维扫描、三维重构,从路径规划到自动喷浆等功能设计得到了充分验证,并表现出良好的适应性。本次入选是对中铁装备在人工智能+隧道建设领域产品研发及实践应用的充分肯定。中铁装备将在隧道智慧建造领域持续深耕,在智能悬臂掘进机、全电脑三臂凿岩台车、智能湿喷台车、高原型智能锚注一体台车等一系列智能化隧道矿山法施工装备成功研制的基础上,继续以行业思维和全局视野,以先进科技赋能隧道建造,推动隧道建造革命,助力美好生活。
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工业互联网是制造业智能化转型的重要支撑,随着5G与工业互联网融合应用在全国推广普及,我国工业的各个环节都迎来了创新发展,智慧工厂建设开始加速。
智慧工厂的前景展望
智慧工厂是工业互联网使能制造业转型升级的主要应用场景之一。随着新一代信息科技(AI、5G、物联网、计算机及网络技术、大数据等)的成熟与落地,各大工业企业纷纷基于工业互联网开始智慧工厂等新型基础设施的加快构建,并逐步实现了覆盖安全管理、生产制造、生产检测、运维服务等工厂全场景的智能协同与高效执行。】
在智慧工厂里,智能移动机器人沿着规定的路径自动行驶,搬运货物;由机械手臂、工业机器人、可视化监管平台等组成的自动生产线按照特定程序高效、有序运行;产品的质量、包装检测通过机器视觉系统即可自动识别并且准确辨别与处理;设备的运行状态和车间安全管理等以工业互联网云平台为“大脑”,通过配置在各个设备及车间场景中的各类激光雷达、高清摄像头等传感器完成实时监管、集中控制和调度,不仅使工业企业的人力成本大大降低,还大幅提升了企业智能化、个性化生产能力。
华北工控认为,未来智能工厂全场景智能化、无人化、数字化发展方向可以预见。在全工业系统与工业互联网、高级计算、数据分析与处理等技术深度融合应用的过程中,各大工业企业纷纷采用更高品质与更高性能的工业计算机作为各系统平台的关键硬件支撑。
华北工控智慧工厂全场景方案
为进一步助力工业互联网与工业企业的融合发展,华北工控打造了可用于智慧工厂全场景建设的计算机硬件方案,包括基于英特尔、海思、恩智浦、龙芯等不同芯片组的计算机板卡、工业整机、嵌入式准系统和工业平板电脑等,支持在各类智能机器人、数控系统以及其他智能互联网领域的有效应用。
机器人领域计算机硬件方案
华北工控可用于各类智能机器人中的计算机硬件,产品可搭配不同芯片组完成智能识别、人机交互等差异化功能扩展;丰富功能接口设计,支持多种外设接入需求;内核性能强大,支持快速算法与快速存储;支持windows、linux、Android等操作系统,低功耗、高可靠,高扩展。
数控系统用计算机硬件方案
华北工控可用于各类数控系统中的计算机硬件,产品集成高效计算核心,支持神经网络计算引擎加速;多网口设计,支持千兆以太网/WIFI/3G/4G网络;多串口设计,支持多种输入输出方式;扩展性强,支持PCIE 网卡、显卡、加速卡等多种扩展;ATX电源供电,支持硬件复位功能,稳定性强。
网络监控领域计算机硬件方案
华北工控有行业领先的NVR网络视频监控系统方案,可助力智慧工厂的安全管理,包括IPC网络摄像头、NVR核心板、NVR准系统等。产品支持 Neon 加速,集成 FPU 处理单元;支持USB2.0高速存储;拥有超高清图形/视频编解码引擎,支持多码流实时编码(解码)能力;支持多路视频拼接,支持高分辨率;体积小、低功耗,具有工业级优异品质。
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技术的发展永远不会止步,在尖端制造业中尤其如此,这与其他任何行业也基本类似。以工业4.0为例,正如我们被此概念所灌输那样,通过构建高度自动化的工厂环境,其中传感器、数据处理、连接和云计算等技术的整合能够带来更多业务收益。随后又出现了工业5.0,一种新的概念将人类重新引入制造过程。工业5.0有望打造一个诱人的新世界,其中机器人和人类将以前所未有的方式进行协作,从而能够实现大规模定制等新概念。究竟会发生什么?工业5.0是否真的会改变我们设计和构建未来智能产品的方式?
首先,让我们先退一步,回顾一下工业4.0如何改变了多个领域的制造业。这种转变的起点很大程度上是物联网(IoT)技术的出现,基于传感器技术的重大进步,可以实现体积更小、价格更便宜和性能更高的设备。随着传感器性能提高,这些设备已在许多任务厂中得到广泛应用,从而可以从大量的工业设备中收集数据。由于无处不在的连接性,这些数据能够快速传输到云端,之后进行处理和分析,并越来越多地使用机器学习和人工智能等技术来提供实时决策。这种基于IoT的流程是工业4.0的核心原则,自动化的广泛使用和数据收集可以带来真正的业务收益。
但这里也存在一个问题,这种高度自动化环境只能在特定层面发挥作用。例如,作为生产流程中预先确定的一部分,机器人执行一系列重复功能,在制造过程中,使用机器人技术可提供极高的一致性和可重复性。如果您希望产品的外观和感觉大致相同,那会很容易实现。但是,如果客户想要不同的产品怎么办?如果制造出的产品要求不同装饰或个性化又该怎么办?在消费者期望变得越来越复杂的世界中,这种可能性越来越大。
这就是Industry 5.0的用武之地。在这种新模式下,人类被重新引入参与到制造过程,增加了他们与智能机器的协作,甚至需要在工厂车间与机器人并肩工作。据说,工业5.0将能够实现两全其美,即可以把公认的机器人技术优势与人类先进的批判性思考等认知能力相结合。在这个更加多元化的环境中,生产线可以变得更加智能,而人类能够监督更高水平的产品定制。在汽车,消费电子产品和珠宝等多个领域,甚至对精酿啤酒等行业,这都是令人兴奋的想法,在这些产品上添加触感体验可以提高产品对消费者的吸引力。
如何实现工业5.0
工业5.0是一个概念,但现实又是怎么样?如何以确定的方式应用工业5.0,以提高未来工厂的效率和多功能性?最重要的考虑因素之一是人与机器之间的物理接口。从历史上看,机械臂一直被配置在安全罩后面,以防止人类受到伤害。但是在工业5.0新世界中,无论从字面意义还是在象征意义上,都需要建立更紧密的关系。
看来,这将通过开发新一代轻型协同机器人(cobot)来实现。这种机器人具有一系列定位传感器,使它们能够在瞬间对周围工人的存在做出反应。这些更小、更快、更灵活的协同机器人对于工业5.0的发展至关重要,因为先进的安全特性将使人类能够在更广泛的生产过程中占据中心位置。在自动化领域中,这一因素并没有被忽视,ABB,Fanuc、西门子和Kuka等全球工业机器人制造商加入了丹麦的通用机器人(Denmark’s Universal Robots)等专业机构,以便设计和推出新系列的协同机器人产品。实际上,根据BIS Research最近的一项研究发现,全球协同机器人市场预计将从2018年的5.8亿美元增长到2024年令人难以置信的90亿美元。
协同机器人进展
随着越来越多的玩家进入市场,协同机器人的能力已经得到了快速提升。早期的产品型号体积很小,主要用来与人类一起执行轻型装配任务。这些开创性的桌面机械臂通常重约10公斤,有效载荷为3公斤。这种尺寸和功能使其非常适合固定螺丝等自动化工作台活动。
但是,随着时代进步,协同机器人已经变得越来越大,功能越来越强,最新的机械臂有效载荷已经是当年机器人的五倍。尺寸的增大,更加扩展的夹具和工具范围,以及更直观的编程,已经开辟了更广泛的应用,例如重型机械加工、物料搬运、包装以及处理螺丝和螺母等等。这些机械臂甚至可以在生产线员工附近使用,因为它们已经安装了完整的接近、距离和位置传感器。
探寻工业5.0应用
随着协同机器人性能提高,在工业环境中对机械臂的采用也在增加,并且出现了许多令人兴奋的新应用。汽车行业一直是最早的采用领域,例如,PSA Group(其品牌包括Peugeot、Citroën、Opel和Vauxhall)在其白车身(body-in-white)装配线上使用协同机器人进行螺丝拧紧等应用。在这种情况下,操作员将协同机器人拉到位,在汽车沿生产线向下移动时将螺钉固定在车辆的两侧。完成后,协同机器人旋转并返回到静止位置,然后再次工作于下一辆车辆。PSA表示,这种方式既节省成本,又改进了几何公差。
其他汽车制造商也同样积极地在制造工厂内部使用协同机器人。BMW已使用协同机器人执行了碰撞罐(crash-can)组件的铆接制程,这些工作过去一直是手工进行。当员工进行其他装配任务时,使用协同机器人将铆钉固定到位,对缩短周期时间产生了巨大影响,完成时间从64秒缩短到52秒。
汽车供应商也开始采取类似行动,组件制造商在生产线末端使用协同机器人来执行关键的检测任务。在汽车领域,似乎几乎每天都有新应用出现,Kenneth Research最新报告预测,到2022年,汽车领域协同机器人导致的出货和销售收入将以每年约43%的速度增长。
在其他领域,协同机器人正在用于多种不同的任务。例如,在金属行业,它们被用于执行一系列抛光和去毛刺活动,执行传统上工人完成的劳动密集型任务。根据自动化专业机构WiredWorkers的报告,协同机器人已被证明能够一致且重复地抛光平坦和不平坦的表面,对于力的控制易于编程,并且针对新产品能够快速更改设置。协同机器人也越来越多地用于CNC机器的装卸,从而使金属行业工人不必执行那些对体力要求苛刻,有时甚至是危险的任务。
即使在制造市场,协同机器人也正在担当新的角色。添加剂制造初创企业开始使用这些机器人来提供3D打印零件个性化设置。在这里,协同机器人可用于帮助创建不同的饰面和雕刻图案,例如可为消费性电子设备创建真正的定制特性,这种做法可能很受欢迎。在珠宝领域,工匠们正在研究如何使用机器人来辅助宝石的拾取、放置和装饰。
对自动化态度的改变
那么,显而易见的是,协同机器人在许多行业中都具有很大潜力。尽管由于行业不同,它们的应用范围和程度相差很大,但有一个问题必须共同考虑:这就是需要在文化层面改变对自动化的态度。自动化的历史是基于相当确定的参数,机器人大多在围栏后面执行任务。但是,在工业5.0的全新世界中,机器人和人类本身必须作为协同者,而不是竞争对手来一起工作,并需要心态的完全转变来建立一种新型关系。
这些又进入围绕自动化和是否需要人工干预展开的更广泛辩论。主导的思想流派一直认为,机器设备的发展最终将导致整个工业部门广泛失业。工业5.0改变了人们辩论的话题,人类得以重新进入其中价值链,从而可以继续扮演更多的增值角色。
世界经济论坛(World Economic Forum)的一份重要报告调查结果也反映了这一点,该报告评估了2022年全球技能需求变化概况。随着自动化变得越来越复杂,并且在关键领域得到越来越广泛应用,某些传统行业无疑将消失。但是这些将不可避免地被其他新兴学科所取代,这些新学科专注于大数据分析、人工智能、软件和应用以及数字转换等领域。所有这些新行业都能够很好地适应工业5.0的世界,从而加强了人和机器关系的协同性。实际上,根据该报告,这种转变很可能会导致产生1.33亿个新职位,同时造成约7500万个工作岗位流失,这表明自动化程度的提高总体上将带来巨大的净收益。
通往更智能生产系统之路
总而言之,我们可以看到工业领域的技术进步仍在继续加速发展,工业4.0和工业5.0可能只是引起关注的流行语。尽管如此,它们却描绘出了在高度自动化环境中设计、构建和维护产品方式的真正变化。这种转变将越来越多地导致机器与人类思想之间的共生关系,正是这种交织在一起的能力,才有可能创建未来更智能、更高效的工厂。
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日本安川电机日前推出了对于半导体制造设备和机床的精密控制不可或缺的伺服电机的新产品。新款伺服电机的转速提高至世界最高水平,停止时的精度也大幅改良。电机在埼玉县的入间事务所生产,未来计划在中国生产。
新产品名为“AC Servo Drive Σ-X”,转速从此前的每分钟6000转提高至7000转。停止电机时的精度相当于环绕JR山手线1圈后以误差4毫米停住列车,此前的误差为2厘米。
新款伺服电机
在产品发布会上,安川电机的执行董事上山显治表示,“希望开拓光伏发电和锂电池相关需求”。据了解,新款伺服电机除了供应半导体制造设备厂商等现有客户之外,还将深挖去碳化等环境相关市场,实现增长。
安川AC伺服电机累计出货破2000万台
2020年10月,安川电机日本总部发布消息称,截至2020年8月,安川AC伺服电机累计出货已突破2000万台。
作为AC伺服驱动行业领先企业,安川电机自1983年首次将生产现场设备的运动控制必不可少的AC伺服电机及控制器投入市场以来,深受国内外客户好评。
AC伺服驱动器的历史沿革
安川电机于1958年在全球首次发售AC伺服的原型Minertia电机(直流伺服电机),1983年将AC伺服电机产品系列化,并于1992年10月推出新一代 “Σ-系列”等。此后不断向AC伺服驱动器市场推出技术创新产品,持续引领FA领域的发展。2012年2月,AC伺服电机累计出货量突破1000万台。2013年11月,安川在业界领先伺服性能基础之上,进一步提升其安全性和节能性,推出旨在实现提高从组件到系统整体附加价值的现阶段主力产品——“Σ-7系列”,并被客户广泛使用。
安川变频器累计出货突破3000万台
2021年2月,安川电机日本总部发布消息称,截止至2021年1月其变频器累计出货量已突破3000万台。自1974年晶体管变频器投入市场以来,安川的变频器产品一直深受国内外客户的好评。
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食品饮料行业的工厂需要在追求高生产力的同时兼顾可持续发展,这意味着企业要不断削减能耗并降低碳足迹。为此,ABB运动控制全球食品饮料行业经理Brith Isaksson提出了两步法来释放工厂的节能潜力。第一步,锁定主要耗能对象。第二步,根据相关数据制定科学的决策,在变频器和电机发挥重要作用的领域,升级高效解决方案。
节能之路应从准确锁定工厂中的耗能大户起步。这也是新一代无线智能传感器在电机和泵中大展拳脚的地方。除了实现高性价比的工厂级状态监测外,智能传感器还可结合变频器的能源监测功能来收集海量数据以分析能源使用情况。
此外,工厂还可借助其他丰富多样的能源优化服务来发掘泵、风机和压缩机的节能潜力。获得设备数据后,运营商即可轻松优化生产过程,提高能效。
耗能最多的特定设备因工艺而异。通常,用来驱动泵、风机、尤其是制冷压缩机的电机是耗能大户。因此,根据经验法则,关注泵和制冷设备可以优化能耗并降低将近60%的成本。
解决耗能大户
一旦找准低能效的症结所在,运营商就可着手升级设备。通常,大多数能源被泵、风机和压缩机中低效控制和功率过大的电机所浪费。在这些应用中,电机往往选型过大,以应对很少或永远不会发生的峰值需求。同时,当使用风门、叶片或阀门等低效控制方法时,电机全速运行,而流量却受到机械限制。
一个常见的低效示例是通过阀门降低管道的液体流量。这会造成巨大的浪费,因为无论需求如何,泵电机都保持额定转速运行。同样,在食品厂中,尽管负载在白天可能会有比较大的变化,但是驱动制冷系统的电机始终全天候运行。
节能的秘诀是使用变频器来精确控制电机转速。在无需全速运行时,通过变频器对电机进行调速控制,使电机的转速与实际生产需求相匹配。这一点至关重要,因为电机的转速与功耗息息相关。仅需适当降速即可节省大量能源。例如,半速运行时泵或风机仅消耗全速运行时1/8的功率。因此,安装使用变频器通常可显著降低能源开支,帮助客户快速获得投资回报。
变频器与高效电机的“紧密配合”
为了达到最佳的节能效果,变频器应与新一代高效电机配套使用。例如,相比于食品饮料行业中广泛使用的IE2电机,升级到IE5超高级同步磁阻电机可以将能耗降低多达50%。
IE5的效率水平是通过将永磁技术的的性能优势与感应平台的简单性和服务友好性相结合实现的,IE5电机的其他优点是降低轴承和绕组温度、提高可靠性和延长使用寿命,该设计还可以降低电机噪音,改善工作环境。
IE5电机适用于各种高要求的食品饮料应用,即使在部分负载情况下,依然能在全转速范围内保持高效率,使之成为在泵、风机和压缩机的标准感应电机以及更高要求的应用,如挤出机、混凝土机、绞车和输送机等应用的理想升级之选。
节能投资回报快
变频器和高效电机的结合使用,既可以帮助食品饮料行业降低多达60%的能源成本,又可减少二氧化碳排放。一套变频器和电机的初期购置价格仅为设备生命周期中能源开支的一小部分。因此,大部分情况下,仅需数月即可获得投资回报。这种快速回报不仅对企业的盈利能力产生重大影响,而且有助于全球食品饮料行业实现其环保目标。
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