物联网在机械工业中的应用

吴宇鹏

（黑龙江工业学院158100）

摘要：将物联网和云端技术运用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，是国内外机械产业发展的一个重要趋势。本文在阐述物联网在机械工业应用中的优势的基础上，立足于机械工业的特点，重点分析了物联网在机械工业中的应用形式和发展趋势。为我国制造业的信息化改造提供参考依据。

关键词：物联网；机械工业；生产；销售；应用

一、引言

互联网、物联网及云计算等技术的发展，为机械工业的智能化发展提供了新的契机。利用物联网和云计算技术对制造业进行集成化、网络化、敏捷化、虚拟化、智能化和绿色化改造。将物联网和云端技术运用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程已经取得了较好的成效。是国内外机械产业发展的一个重要趋势。本文在阐述物联网在机械工业应用中的优势的基础上，立足于机械工业的特点，重点分析了物联网在机械工业中的应用形式和发展趋势。为我国制造业的信息化改造提供参考依据。

二、物联网在机械工业应用中的优势

机械零组件与机床相关产业，我国制造业的核心重点产业。由于机械零组件与机床设备，在应用上容易受到机械零件随着使用时间老化，而产生精度下降，衍生后续加工使用上的种种问题。因此，通过整合物联网的云端智能监控技术，来协助解决监控零件磨损，避免因零件过度或者无预期的磨损，而造成各种的质量缺陷与时间金钱成本等浪费，成为国内外机械产业发展的一个重要趋势。

整合云端智能监控等物联网技术，进入机械产业中，具有如下优点：

（1）智能型传感器与通讯设备，可以协助监控机械，判断机械零组件的健康状况，并且在机械零组件过度磨耗造成机械精度不良之前提出警讯，降低因机械精度不良，衍生出不合格的加工件，甚或停工造成不必要的损失。

（2）通过整合云端智能监控架构的通讯技术，机械零组件等运作状况，可以传送到远程的云端平台等，提供远程运行状况信息收集与监控等目的。机床与机械零组件制造商，可以通过云端智能监控的协助，了解机床与机械零组件销售到客户端之后的运作情形，并且可通过提供客户订阅商业模式以增加客户端系统的可用性与可靠性，同时让机床与零组件制造商带来额外收入，达到制造商与用户双赢的最终目标。在我国强大的信息工业背景下，整合云端智能监控技术到机械工业，必然可以有效提升我国机械工业的实力，并且将机械产业层次提升到领先世界的地位。

三、物联网在机械工业中的应用分析

（一）在生产环节中的应用

可以通过在机床上安装预压传感器，并且把监测到的型号利用Zigbee无线通信方法传送给操作端。供操作员判断设备运行及零件磨耗状况。如利用温度与震动传感器安装在滚珠螺杆的螺帽上，通过测量不同状况下的温度与震动变化。判断滚珠轴承运作时所产生的振动的频率强度、和温度变化状态。如图1右下角的图，我们可以看到预压越大时（9%，代表新的滚珠轴承），滚珠螺杆的震动频率越集中，从左上角的图可以看到，当预压最小时（0%，代表旧的滚珠轴承），滚珠螺杆的震动频率就变得比较分散。从这个现象可以得知，当预压越大，也是就是新的滚珠螺杆的情况下，滚珠螺杆所造成的震动频率较集中；反之当滚珠螺杆老化时，预压下降，滚珠螺杆所造成的震动频率较分散。除了震动以外，磨耗也会影响到温度的变化，如图九所示，当预压越大时，表示滚珠螺杆内的零件之间越紧，滚珠螺杆运作时温度会因为磨擦力大而上升的越快；反之预压越小，温度上升的越慢。从可以看到不同颜色的线代表不同的预压，当预压越大时（新的滚珠轴承），温升越快，最终达到的温度也越高；预压越小，温升越慢，最终达到的温度也越低。综合上述结果，我们可以推论可以通过温度以及震动的变化量这两项参数，可以有效判断滚珠螺杆的新旧状况与剩余使用寿命。

此外，机械加工中的金属有热涨冷缩的特性，因此相同的金属组件或者加工机床，在不同的运作温度下也会影响其加工的精度。加工平台在运作时会产生热量，部份热量被机台内的零件吸收之后，会导致零件的热形变，进而造成加工不精确。在机床上内嵌入温度传感器，并根据温度计算热形变的程度，接着再针对不同的结果做出对应的补偿移动，就可以减少加工不精确的问题。如有磨耗产生的滚珠螺杆会使得伺服马达驱动时，所施加的力矩不稳定，这些不稳定的力矩也会造成运作时的震动，导致加工件精度不足。如果在机床嵌入温度传感器和振动传感器，就可以通过频率去观察伺服马达的运作情形，来做为是否替换机床零件的依据。如FAG推出了一款应用于机械设备上的有线感测系统——SmartCheck，就可以通过互联网对设备、设施进行震动、温度、压力、流量等物理信号监测。具有可靠性高、成本低廉、使用简便、容易部署等优点。同时。通过整合无线通信网络、云端数据、无线传感器通信，就可以进行大范围、大数量的机械组件工作信号的采集、分析与控制。便于工厂或者设备管理者，随时随地通过手机或者计算机浏览器，随时查看所有设备的原型状况，并进行相应的操作管理。

（二）在产品销售、应用及售后服务中的应用

物联网的立体通信技术，可以为制造业企业打造一个集销售、应用于售后服务的一体化平台。便于制造业打破传统的卖方、买方信息壁垒，实现高效率沟通，不仅有利于产品的销售、应用和售后服务。还有利于降低企业运营成本。如物联网和云计算的应用，可以将人、机械有机的连接起来，使制造商与机械产品、机械产品与客户、制造商与客户之间形成联系，有效的共享机械产品的数据、信息以及解决方案。从而能更快的解决生产、销售、应用及售后服务中的一些问题。如一些应用技术复杂、售后服务要求较高的设备售出后，这就要求必须依赖物联网技术，将设备安装RFID芯片，并与互联网控制系统连接，就可以实现厂家、用户及设备之间的三相连接，厂家技术员通过无线传感网络就可以远程查看设备的温度、转速、油表等物理信息，判断运行状况和故障所在。并可以通过社交系统指导和协助用户进行设备检修。这样，厂方就不再需要派出专门的技术人员亲临现场进行维修指导，可以大量的节省售后维修成本。同时，近年来，电子商务的蓬勃发展，也为机械制造行业提供了良好的发展机遇。厂方只要利用电子商务平台，可以有效改善产品的销售和服务。

四、结语

物联网的蓬勃发展，为信息电机领域的专家带来一个新的机会。将物联网整合进机械工业，目前已经在生产、销售、应用和售后服务中获得了重要的成效，不仅为制造企业节省了大量的运营成本，还有效的提高了运营效率。由于巨大的市场体量，我国制造业在信息化技术的应用仍落后于美国、日本、德国等制造业发达国家。尤其是大型生产线无线传感器嵌入和云端监测方面存在巨大差距。因此，我国机械工业企业和研究机构，应进一步强化实际应用的研究。

参考文献：

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