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智能产品的基础功能要素

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智能产品的基础功能要素

发布日期:2021-12-13 作者:纳祺科技 点击:

智能产品的基础功能要素

  不同类型的产品满足不同的、特定的目标功能诉求,特定的目标功能成千上万,相互迥异。但殊异的目标功能却是由一些基础的技术方案或器件去实现,某种意义上,这些基础技术方案或器件也完成一定的功能,如感知、控制等,只不过这些功能只是实现目标功能的手段。

  1)感知

  微处理器芯片持续发展已经达到一个转折点,仪器仪表的成本持续下降。尤其是近些年来MEMS(微电子机械系统)器件的成熟,使微传感器在很多设备和产品上(如汽车)得到应用,大大提升了产品主动感知的能力。图5是华中数控把“心电图”概念用于数控机床的监测与控制,主要手段是通过测量主轴电流。

  现在很多装备产品,尤其是大型设备,需要考虑运维,其基础便是状态感知。装备需要告知自身的状态,所谓“聪明的产品会说话”,正在进行什么工作?需要用户协同做什么?运行状态如何?通过主动感知从而使设备能以一个比过去更经济更高性能的方式运行。

  2)控制

  控制是多数智能产品都具有的基础功能。经典的自动控制此处不再赘述。下面简单介绍智能产品中常见的智能控制形式。

  (1)补偿控制:在智能感知的基础上,基于检测到的误差,实施相应的补偿。补偿对象可以是综合的,如温度变化、振动、刀具磨损等引起加工尺寸偏差,Z终施加的控制可直接针对尺寸。需要注意的是,通过一定的模型,可以实施预测补偿控制。这才是真正有智能意义的补偿控制。

  (2)远程控制:有些设备需要远程操作,如在危险场地工作的机器人,人可以远程控制,或者人机协同控制。目前很多家电的智能控制就包含远程控制功能,如对灯光照明进行场景设置和远程控制,家用电器(如电饭煲、空调)的远程控制等。

  (3)交互式智能控制:可以通过语音识别技术实现智能家电(如彩电)的声控功能;通过各种主动式传感器(如温度、声音、动作等)实现智能家居的主动性动作响应。

  (4)环境自动控制:一般的空调系统,都带有环境温度自动控制。有的企业因为精密加工的需要,希望车间温度恒定在某一范围,这就需要相应的环境温度控制措施。另外,车间货物的进出也会影响环境温度,仅靠一般的空调自动控制系统很难满足要求,需要另外采取特别措施。

  3)互联

  微电子、物联网、无线等技术飞速发展,导致对互联的需求越来越强烈。生产设备之间、设备与产品、设备与人、虚拟和现实、万物之间都需要互联,无线通信、物联网(internet of everything,IoE)是基本手段。

  用于互联的元器件进化非常快。如3D打印技术的出现使人们重新思考天线和电磁元件的制造。图6是应用多工艺3D打印(multiprocess 3D)技术把导线、网格、金属箔片嵌入到一个元件中以消除绝缘和导体结构受空间条件限制的影响,这样可以随意地制造把绝缘体和导电体交织在一起的、带有复杂网格拓扑结构的元件。而且这样制造的天线性能胜过传统方法制造的天线。


  (a)圆柱形天线   (b) 阿基米德线天线   (c) 多平面天线

  通过多工艺3D打印技术制造的嵌入天线的元件

  企业越来越关注测控网络的无线化。如在石化领域,工厂需要基于低成本无线技术的定位与跟踪以及工厂无线测控网络与Internet的融合等技术。在石化工业的生产线上,为了保证生产质量、绿色以及安全,必须对很多节点上的参数进行监测。围绕着石化工业现场超大规模传感器节点的互联互通、异构感知网络信息集成与应用,必须解决超大规模传感器的高可靠和动态组网、工厂测控网络的无线化、跨尺度的感知信息融合、工业低成本无线定位与跟踪、工厂无线测控网络与Internet融合等问题。除了保证生产质量和效率之外,互联有助于设备预测性维护、物流跟踪管理等目标的实现。

  日本小松(KOMATSU)把互联的思想用于其工程机械产品。通过安装在工程机械上的 GPS 和各种传感器,对机械当前所处位置、工作时间、工作状况、燃油余量、耗材更换时间等数据进行收集,并使用卫星或移动网络等通信方式,Z终通过互联网发送到日本小松服务器上,如图7所示。他们可以根据收集的数据,实时监控车辆运行情况;对用户的使用习惯进行分析并建议,从而降低油耗;由于所有的设备都是互联的,他们对大数据进行分析,还可用于预测判断未来挖掘机市场的需求从而调整生产计划。


  小松数字化机联网KOMTRAX

  互联已经成为消费品中用得越来越多的基础功能。通过智能感知与移动互联网结合,产品可以与用户交互,如前面提到的扫地机器人。

  4)记忆

  记忆、识别和学习都是某些智能产品所具有的功能,从学术上讲都属于人工智能范畴的内容。关于记忆、识别和学习,这里只作粗浅的介绍,详细方法可参阅相关的人工智能文献。

  人们日常生活中使用的智能手机就已经具有初步的记忆功能。如在手机上搜索什么,之后它能向用户自动推送他常常使用的搜寻。这就说明它留下了记忆。当然这只是Z简单的记忆功能。复杂的记忆是与学习联系在一起的。不能把记忆简单理解成存储,记忆是为了能够有效回忆。记忆需要存储,但存储并非一定带来记忆。人工智能中有一些记忆方法,如长短期记忆网络,由被嵌入到网络中的显性记忆单元组成,以记住较长周期的信息;弹性权重巩固算法,目的是让机器学习、记住并能够提取信息,在一个需要记忆的新任务中把每个事件连接所附加的保护(为了记忆)比作弹簧,弹簧的刚度(stiffness),也就是连接的保护值正比于其连接的重要程度。还有其他一些记忆方法,读者可参阅某些人工智能文献。

  5)识别

  识别的内容很多,文字识别、语音识别、图像识别……一些简单的识别技术已经走进我们的生活。如手机上的“全能扫描王”能够把图片上的文字进行识别,翻译成可以处理的word文字;语音识别在家用电器中多有应用;图像识别在工业场景中的应用也日渐增多。这里仅简单介绍通过机器视觉识别产品或工艺缺陷。

  利用计算机视觉模拟人类视觉的功能,对采集的实物图像进行处理、计算,进而作出相应的判断。随着视觉技术的发展,人工检测的精度已经远逊于机器视觉检测。产品的表面缺陷检测是机器视觉检测应用Z广的一部分,其检测的准确程度直接影响产品质量。机器视觉检测技术已被广泛用于产品或工艺的缺陷检测中。如用视觉体系检测电子部件的缺陷或针脚的偏移,发现检查安装错误等。华星光电公司与腾讯合作,对面板海量图片进行快速学习与训练, 实现机器自主质检,分类识别准确率88.9%,节省人力60%。据前瞻产业研究院的数据, 中国每天在产线上进行目视检查的工人超过350万,但人工检测准确度不高,而且强度大。尤其未来工业高清视频经过5G和边缘计算与中心云相连,结合AI能力,其识别能力将大大提高。可见,此技术的应用前景之广阔。

  另外,随着智能制造的进一步推进,智能工厂甚至无人工厂是未来的发展趋势。无人化则更离不开机器视觉识别。

  6)学习

  某种意义上说,学习是智能Z重要的标志。真正意义上的智能产品在于是否具有学习功能。



本文网址:http://www.nonclb.com/news/539.html

关键词:智能控制,智能控制技术,机器视觉识别

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