隨著《中國制造2025》全面推進(jìn),面向鋼鐵行業(yè)的智能工廠集成創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)、工藝、制造、物流等各環(huán)節(jié)的智能化已經(jīng)逐步延伸,但是檢測領(lǐng)域尚處于發(fā)展初期[1]。隨著越來越多的企業(yè)開始進(jìn)行實驗室智慧化建設(shè),行業(yè)逐步對智慧實驗室有了更為清晰地認(rèn)知和共識,部分環(huán)節(jié)逐漸解放人力甚至超越人力,實現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)[2-4]。 

1.   智慧實驗室建設(shè)目前存在的問題

我國鋼鐵材料檢測智慧實驗室的建設(shè)處于剛剛起步階段,對于設(shè)備信息化、智能化、數(shù)字化建設(shè)和管理仍存在一定問題。 

1.1   設(shè)備智能化、自動化程度低

由于檢測實驗室需要的設(shè)備種類繁多,大多數(shù)設(shè)備已經(jīng)運行10 a以上,不同時期、不同功能的設(shè)備自動化程度不一樣,使得實驗室設(shè)備在使用過程中存在自動化程度低、人工干預(yù)試驗等問題。檢測設(shè)備的信息化程度低,大量試驗數(shù)據(jù)需要人工進(jìn)行采集、導(dǎo)出、保存、處理、傳遞、報告等,降低了實驗室人員的工作效率。檢測設(shè)備與計算機信息處理平臺之間缺乏相應(yīng)的信息交流平臺通道,導(dǎo)致試驗過程與情景的實時感知與檢測無法實現(xiàn)。 

1.2   不同設(shè)備缺乏統(tǒng)一通信接口

鋼鐵材料涉及物理、化學(xué)、力學(xué)等性能的檢測設(shè)備約100臺,這些設(shè)備來源于不同生產(chǎn)廠家,各設(shè)備之間缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口,無法實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)處理、上傳、報告。實驗室許多檢測設(shè)備并不具備統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信接口,對該類設(shè)備實現(xiàn)智能化、自動化檢測的難度較大,相應(yīng)的自動化數(shù)據(jù)采集也存在一定的難度。 

1.3   設(shè)備缺乏統(tǒng)一的信息管理平臺

建立智慧實驗室的前提是建立通信設(shè)備信息管理平臺和設(shè)備基本信息庫,從而進(jìn)行設(shè)備的統(tǒng)一管理,并對設(shè)備儀器進(jìn)行信息查詢和維護(hù)。目前實驗室檢測信息委托試驗對于儀器的設(shè)備管理、檢定、借用、維護(hù)、報修、報廢等一系列的流程管理比較簡單,多采用人工檢測和記錄的方式,處理過程比較繁瑣,易出現(xiàn)設(shè)備信息丟失、損壞、超期等現(xiàn)象,實驗室設(shè)備的管理效率低下,更加迫切需要建立智慧實驗室。 

2.   鋼鐵材料檢測智慧實驗室建設(shè)方案

2.1   建立信息一體化統(tǒng)一管理平臺

為加快提升科研保障能力,以更好地面向國家戰(zhàn)略需求和市場重大需求,建立集試驗管理、理化檢驗、用戶評測、生產(chǎn)管理、庫存管理、采購管理、銷售管理、能源管理和設(shè)備管理等多功能于一體的綜合性信息化平臺。該系統(tǒng)旨在通過高度集成和智能化管理,實現(xiàn)研發(fā)流程、生產(chǎn)管控、物資管理、銷售服務(wù)以及能源設(shè)備等方面的全面優(yōu)化和協(xié)同。采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu),實現(xiàn)以下目的。 

（1）建立企業(yè)管理與決策的計算機管理平臺,遵循的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)信息資源共享,以消除網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息孤島。 

（2）建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源中心,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中存儲與管理。 

（3）建立對數(shù)據(jù)的授權(quán)訪問控制機制。 

（4）實現(xiàn)企業(yè)各部門協(xié)同工作,規(guī)范企業(yè)流程,提高工作效率。 

（5）實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備與應(yīng)用的安全可靠運行。 

（6）為企業(yè)的經(jīng)營管理提供科學(xué)的技術(shù)決策支持。 

（7）建立信息與應(yīng)用規(guī)范,統(tǒng)一應(yīng)用訪問接口,實現(xiàn)相互訪問數(shù)據(jù)和功能,并有效組織和管理多個應(yīng)用系統(tǒng)。 

（8）提供集成個性化服務(wù),滿足企業(yè)多樣化的應(yīng)用服務(wù)需求。 

2.2   打造“黑燈實驗室”

智慧實驗室的建設(shè)是從單個模塊開始的,直到形成“黑燈實驗室”,逐步通過自動化來實現(xiàn)解放人力的目標(biāo)。從單個自動化模塊開始,檢測儀器設(shè)備上的自動化方案是“解放人力”,如硬度計自動打點、金相試樣自動磨拋等單個操作；然后將各模塊連在一起,逐步形成可以執(zhí)行某些特定任務(wù)的功能島,如硬度壓痕自動測量、顯微組織智能識別等,功能島之間互聯(lián),創(chuàng)造出可以完成某些特定流程的實驗室平臺。最后,配合智慧化管理系統(tǒng),使整個實驗室的多線任務(wù)有效、高效地進(jìn)行,徹底解放人力,打造“黑燈實驗室”。 

2.3   數(shù)智驅(qū)動“解放大腦”

經(jīng)過信息化、數(shù)字化處理后,實驗室逐漸“解放大腦”。與此同時,對數(shù)據(jù)的存儲、處理和應(yīng)用能力承擔(dān)著“解放大腦”的重任。順應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G（第5代移動通信技術(shù)）、大數(shù)據(jù)及人工智能的發(fā)展,智慧實驗室“解放大腦”的推進(jìn)也在逐步經(jīng)歷從信息化、數(shù)字化到數(shù)智化的過程。信息化可使所有試驗、試樣的管理流程和狀態(tài)從傳統(tǒng)紙質(zhì)版轉(zhuǎn)化為電子版,有利于準(zhǔn)確、長久地存儲；在此基礎(chǔ)上,利用數(shù)字化手段實現(xiàn)遠(yuǎn)程、高效地試驗和運營管理,并繼續(xù)產(chǎn)生試驗及管理相關(guān)數(shù)據(jù)；最終,大量高質(zhì)量、多維度的數(shù)據(jù)被人工智能充分學(xué)習(xí),進(jìn)行智慧化數(shù)據(jù)應(yīng)用,從而自動分析試驗結(jié)果、優(yōu)化試驗流程及管理[5-6]。 

2.4   多維協(xié)作建設(shè)智慧實驗室

智慧實驗室需要軟硬件螺旋式發(fā)展,當(dāng)“解放人力”和“解放大腦”同時走到極致,智慧化實驗室的誕生也就水到渠成,“大腦”按需求生成高成功率任務(wù)流程,“黑燈實驗室”精準(zhǔn)執(zhí)行任務(wù)并實時反饋情況。智慧實驗室需及時優(yōu)化、調(diào)整試驗進(jìn)度和流程,最終高效滿足需求。目前,“解放人力”的進(jìn)程整體快于“解放大腦”,但要達(dá)到極致,均還有一段距離。兩者的共同進(jìn)步需要彼此扶持。 

2.5   智慧實驗室應(yīng)用前景

高質(zhì)量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與應(yīng)用是智慧實驗室發(fā)展的核心。目前,“解放人力”和“解放大腦”都在快速前進(jìn),并取得突破性進(jìn)展,這有賴于行業(yè)整體在自動化領(lǐng)域的發(fā)展,在提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時也在規(guī)?；脑黾訑?shù)據(jù)量,以達(dá)到快速收集數(shù)據(jù)的目的?；诖?可以在原有文獻(xiàn)研究和公開數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,不斷得到真實試驗產(chǎn)生的“失敗”數(shù)據(jù),算法因而不斷迭代,以變得更加精準(zhǔn)[7]。應(yīng)用自動化產(chǎn)品、柔性機器人、實驗室信息管理系統(tǒng),可以達(dá)到無紙化、無人化操作,在此基礎(chǔ)上,實驗室建設(shè)逐漸融入了AI（人工智能）算法,通過自然語言處理、機器學(xué)習(xí)、計算機視覺識別、數(shù)據(jù)處理與分析等模塊,達(dá)到24 h動態(tài)監(jiān)測環(huán)境安全。還可根據(jù)通量和產(chǎn)出要求,自主評估最佳運行配置、優(yōu)化試驗進(jìn)度,全方位管理實驗室核心要素,打造自我驅(qū)動的“黑燈實驗室”。可以預(yù)見,在AI的幫助下,可以真正實現(xiàn)數(shù)字化、數(shù)智化,進(jìn)而搭建試樣進(jìn)、報告出的智慧實驗室[8-9]。 

3.   結(jié)語

鋼鐵材料檢測智慧實驗室的建設(shè)目前還處于初步發(fā)展階段,數(shù)字化和智能化技術(shù)發(fā)展給智慧實驗室的發(fā)展帶來無限的可能性,打破了智慧實驗室建設(shè)存在的設(shè)備平臺局限性,構(gòu)建了鋼鐵行業(yè)的智能工廠,為“中國制造”向“中國智造”的轉(zhuǎn)變提供有力支撐。

文章來源——材料與測試網(wǎng)