第二章智能集成制造技術(shù)基礎(chǔ)智能集成制造技術(shù)（IMS,IntelligentManufacturingSystem）是現(xiàn)代制造業(yè)的核心，該技術(shù)融合了現(xiàn)代制造、人工智能和計算機(jī)科學(xué)等學(xué)科，致力于提高生產(chǎn)效率、降低成本和制造流程優(yōu)化REF_Ref162256190\r\h[1]。主要通過計算機(jī)模擬制造專家的智能活動，如分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，并將這些智能活動與智能機(jī)器有機(jī)結(jié)合，貫穿于制造企業(yè)的各個子系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營運作的高度柔性化和集成化以適應(yīng)不同的場景需求。同時，該技術(shù)對于推動制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展也起到了關(guān)鍵作用，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入了新的活力。智能集成制造技術(shù)的主要包括系統(tǒng)集成、智能感知、虛擬現(xiàn)實、人機(jī)交互、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)。將這些技術(shù)的綜合應(yīng)用，使智能集成制造技術(shù)能夠更好地實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的市場競爭力。1系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成（SI,SystemIntegration）是指將不同的軟件、硬件和通信技術(shù)有效地組合起來，為用戶解決復(fù)雜信息處理問題的過程。在這個過程中，原本獨立的各子系統(tǒng)被有機(jī)地融合，以實現(xiàn)整體效益的最大化的目標(biāo)REF_Ref162256199\r\h[2]。該技術(shù)作為一種跨領(lǐng)域的綜合性技術(shù)，結(jié)合了信息化、人工智能、自動化等多個領(lǐng)域的最新進(jìn)展。旨在推動制造過程的智能化和高效化。其主要目標(biāo)在于提升制造效率、削減生產(chǎn)成本、優(yōu)化資源配置，并使制造流程更加靈活多變，滿足不同客戶的定制化需求。該技術(shù)主要包括模塊化設(shè)計、接口標(biāo)準(zhǔn)化、信息集成、測試驗證及集成管理。通過綜合運用這些技術(shù)，智能集成制造系統(tǒng)集成技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對制造過程的全面優(yōu)化和控制，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。同時，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，系統(tǒng)集成技術(shù)將在未來發(fā)揮更加重要的作用，推動制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.1模塊化設(shè)計模塊化設(shè)計有兩大原則：一是力求以少量的模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，并在滿足要求的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，模塊間的聯(lián)系盡可能簡單；二是模塊的系列化，其目的在于用有限的產(chǎn)品品種和規(guī)格來最大限度又經(jīng)濟(jì)合理地滿足用戶的要求由于其獨特的靈活性、高效性、可維護(hù)性與可持續(xù)性等優(yōu)點，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了汽車、電子、航空航天等。通過結(jié)合智能技術(shù)和集成制造技術(shù)，模塊化設(shè)計可進(jìn)一步簡化生產(chǎn)流程、降低生產(chǎn)成本，是企業(yè)競爭力提升與轉(zhuǎn)型升級的重要力量。英國新創(chuàng)飛機(jī)公司艾拉力斯(Aeralis)在飛機(jī)設(shè)計過程中引入模塊化設(shè)計，使得包括機(jī)翼、引擎甚至機(jī)艙許多組件都可以按功能不同而改變以適應(yīng)不同使用需求。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.1模塊化設(shè)計圖2-1英國Aeralis公司模塊化設(shè)計飛機(jī)1系統(tǒng)集成技術(shù)1.2接口標(biāo)準(zhǔn)化接口標(biāo)準(zhǔn)化的實施可為信息交流帶來諸多好處。首先，可顯著提高生產(chǎn)效率，減少人工干預(yù)和潛在的錯誤。其次，降低企業(yè)的技術(shù)門檻，使得新技術(shù)和新產(chǎn)品的引進(jìn)變得更加容易。此外，接口標(biāo)準(zhǔn)化還可以促進(jìn)企業(yè)之間的合作與交流，推動了整個制造行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。接口標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)智能制造的重要基礎(chǔ)之一。通過標(biāo)準(zhǔn)化，不同系統(tǒng)之間可以實現(xiàn)無縫對接和高效協(xié)作，為制造業(yè)的發(fā)展注入新的動力和活力。在未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的不斷變化，接口標(biāo)準(zhǔn)化將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，推動智能集成制造系統(tǒng)向更高水平發(fā)展。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.3信息集成信息集成是指系統(tǒng)中各子系統(tǒng)和用戶的信息采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和編碼，實現(xiàn)全系統(tǒng)信息共享，進(jìn)而可實現(xiàn)相關(guān)用戶軟件間的交互和有序工作。標(biāo)準(zhǔn)化是信息集成的基礎(chǔ)，主要包含\t"/item/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E9%9B%86%E6%88%90/_blank"通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（如MAP/TOP，制造自動化協(xié)議/技術(shù)辦公室協(xié)議等），產(chǎn)品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化（如\t"/item/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E9%9B%86%E6%88%90/_blank"STEP，\t"/item/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E9%9B%86%E6%88%90/_blank"產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)等），以及調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化，1系統(tǒng)集成技術(shù)1.3信息集成\t"/item/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E9%9B%86%E6%88%90/_blank"電子文檔標(biāo)準(zhǔn)化，\t"/item/%E4%BF%A1%E6%81%AF%E9%9B%86%E6%88%90/_blank"交互圖形標(biāo)準(zhǔn)化等。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.3信息集成信息集成在智能集成制造中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它不僅是實現(xiàn)全流程智能化管理的關(guān)鍵，更是提升生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力的有力工具。信息集成涉及多個方面的內(nèi)容，從生產(chǎn)計劃與調(diào)度到生產(chǎn)執(zhí)行與控制，再到質(zhì)量檢測與管理，以及供應(yīng)鏈管理和銷售管理與服務(wù)，每個環(huán)節(jié)都緊密相連，形成一個完整的信息閉環(huán)REF_Ref162256221\r\h[5]。在生產(chǎn)計劃與調(diào)度方面，通過高級計劃與調(diào)度軟件，企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)計劃的精確優(yōu)化，提高設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率。同時，根據(jù)實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的反饋，企業(yè)能夠靈活調(diào)整生產(chǎn)計劃，確保生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。在生產(chǎn)執(zhí)行與控制環(huán)節(jié)，自動化設(shè)備和傳感器的應(yīng)用使得企業(yè)能夠?qū)崟r監(jiān)測生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全。此外，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深度分析和挖掘，企業(yè)能夠發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的潛在問題和改進(jìn)點，進(jìn)而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的持續(xù)優(yōu)化。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.3信息集成在質(zhì)量檢測與管理方面。信息集成可借助先進(jìn)的檢測設(shè)備和軟件，企業(yè)能夠?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的檢測和評估。同時，通過對質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析，企業(yè)能夠找到影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，從而有針對性地提升產(chǎn)品質(zhì)量和客戶滿意度。同時信息集成在供應(yīng)鏈管理方面能夠?qū)崿F(xiàn)與供應(yīng)商的高效協(xié)同和信息共享，確保原材料和零部件的快速供應(yīng)。要實現(xiàn)信息集成，企業(yè)需要建立完善的信息系統(tǒng)和技術(shù)平臺，確保各環(huán)節(jié)之間的信息能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地傳遞和共享。此外，培養(yǎng)一支具備高素質(zhì)和技術(shù)能力的人才隊伍也至關(guān)重要，這些人才需要掌握先進(jìn)的技術(shù)和管理知識，能夠熟練運用信息系統(tǒng)和技術(shù)平臺，為智能集成制造的發(fā)展提供有力的人才保障，通過實現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間的信息共享和協(xié)同工作，可為企業(yè)提供強(qiáng)大的競爭優(yōu)勢和持續(xù)發(fā)展的動力。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.3信息集成圖2-2廣州普朗克工業(yè)信息集成示意圖1系統(tǒng)集成技術(shù)1.4測試與驗證測試與驗證在智能制造中扮演著至關(guān)重要的角色，主要包括以下內(nèi)容：測試環(huán)境搭建、功能測試、性能測試、安全性測試、集成測試與驗證評估。首先，測試與驗證是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過對智能制造系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行測試，可以及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的問題和缺陷，從而確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。這包括了對硬件設(shè)備、軟件程序、數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鱾€方面的測試，確保它們在實際運行中能夠滿足預(yù)期的性能和功能要求。其次，測試與驗證有助于提升智能制造系統(tǒng)的效率和性能。通過對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)試，可以使其在運行過程中更加高效、穩(wěn)定，降低故障率和維護(hù)成本。同時，通過驗證測試結(jié)果，還可以對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和升級，進(jìn)一步提升其性能和功能。此外，測試與驗證還是保證智能制造系統(tǒng)安全性的重要手段。通過對系統(tǒng)進(jìn)行安全漏洞測試和風(fēng)險評估，可以及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的安全隱患，防止黑客攻擊和數(shù)據(jù)泄露等數(shù)據(jù)安全問題的發(fā)生。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.4測試與驗證這對于保護(hù)企業(yè)的核心機(jī)密和客戶的隱私信息具有重要意義。最后，測試與驗證也是智能制造產(chǎn)品研發(fā)過程中的必要環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品研發(fā)階段，通過測試和驗證可以確保產(chǎn)品的設(shè)計符合實際需求，功能實現(xiàn)正確，從而避免因設(shè)計缺陷或功能不足導(dǎo)致的市場失敗或用戶不滿。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.5集成管理集成管理主要致力于通過整合各個制造過程管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和共享，進(jìn)而達(dá)到制造過程的優(yōu)化與協(xié)同。這種模式不僅促進(jìn)了制造過程的自動化和智能化，而且顯著減少了人工干預(yù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本REF_Ref162256248\r\h[6]。該技術(shù)的實現(xiàn)依賴于一系列先進(jìn)技術(shù)和工具，包括大數(shù)據(jù)、智能系統(tǒng)、人工智能等新興技術(shù)與工業(yè)的深度融合。這些技術(shù)和工具的應(yīng)用使得公司經(jīng)營管理、生產(chǎn)制造、銷售采購、服務(wù)、流程管理、協(xié)同生產(chǎn)等環(huán)節(jié)能夠高度融合，共同構(gòu)建一個高效、節(jié)能、綠色環(huán)保的智能工廠。1系統(tǒng)集成技術(shù)1.5集成管理智能工廠集成管理的優(yōu)勢十分明顯。首先，通過實現(xiàn)各生產(chǎn)設(shè)備、信息系統(tǒng)和供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通，可以確保信息在各部門之間的暢通無阻，從而加強(qiáng)協(xié)同作業(yè)，提高生產(chǎn)效率。其次，這種管理模式使得企業(yè)能夠從一個全局的視角來審視和協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程，為決策提供有力支持，進(jìn)一步優(yōu)化資源配置，降低成本。最后，信息透明度的提升使得企業(yè)能夠更準(zhǔn)確地掌握生產(chǎn)狀況，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提升。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深化，智能集成制造集成管理將在制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。它將成為企業(yè)提升競爭力、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。因此，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和人才培養(yǎng)，為實現(xiàn)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。2智能感知技術(shù)智能感知技術(shù)是智能集成制造中不可或缺的關(guān)鍵組成部分，它通過綜合運用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，可實現(xiàn)對工廠、設(shè)備、產(chǎn)品等各環(huán)節(jié)的實時、精準(zhǔn)監(jiān)測與數(shù)據(jù)處理。在生產(chǎn)過程中，智能感知技術(shù)能夠?qū)崟r采集各種關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，以及設(shè)備的工作狀態(tài)和產(chǎn)品的質(zhì)量狀況，為生產(chǎn)決策提供豐富而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持REF_Ref162256292\r\h[7]。通過將這些信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行深度分析和模式識別，以達(dá)到自主感知生產(chǎn)環(huán)境變化、判斷生產(chǎn)狀態(tài)，并作出相應(yīng)的決策調(diào)整，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能控制和優(yōu)化的目的。2智能感知技術(shù)同時，智能感知技術(shù)還可以與其他先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行深度融合，如物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能感知系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與工廠設(shè)備和生產(chǎn)線的無縫連接，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和實時調(diào)度，提高生產(chǎn)效率和響應(yīng)速度。而云計算技術(shù)則為智能感知系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲和計算能力，使得系統(tǒng)能夠處理海量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行更高級別的分析和預(yù)測。智能感知技術(shù)的應(yīng)用不僅局限于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它還可以為智能維護(hù)和智能供應(yīng)鏈提供有力支撐。通過對設(shè)備的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，還可以預(yù)測設(shè)備的故障和維護(hù)需求，實現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)，降低維修成本。同時，它還可以為供應(yīng)鏈管理提供實時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，優(yōu)化庫存管理和物流配送，降低運營成本。2智能感知技術(shù)智能感知技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢為智能集成制造的實現(xiàn)提供了重要的技術(shù)支持。不僅可提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗和人工干預(yù)，還可為企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級提供強(qiáng)大的推動力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的逐步拓展，智能感知技術(shù)將在未來發(fā)揮更加重要的作用，引領(lǐng)制造業(yè)邁向更加智能、高效的發(fā)展道路。2智能感知技術(shù)2.1傳感器技術(shù)傳感器是一種檢測設(shè)備，是人們認(rèn)知世界的一種工具，或者一種手段，是在我們?nèi)祟惖难鄱巧嗌淼幕A(chǔ)上建立的一種對宇宙認(rèn)知和延伸擴(kuò)展，能將檢測到的信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，它可以檢測到溫度、聲音、壓力、位移、亮度等信息，然后將他們轉(zhuǎn)換為電流或電壓等電信號，傳感器工作原理圖如圖2.3所示，有了傳感器，制造出來的設(shè)備才能實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化。傳感器經(jīng)歷了從結(jié)構(gòu)性傳感器、固體型傳感器到智能型傳感器三個階段的發(fā)展，實現(xiàn)了從電阻式傳感器的簡單結(jié)構(gòu)參量變化到可以感知外界信息從而適應(yīng)環(huán)境的能力的智能傳感器。2智能感知技術(shù)2.1傳感器技術(shù)圖2-3傳感器工作原理作為智能集成制造的關(guān)鍵組成部分，傳感器技術(shù)確實在提升制造過程的自動化、智能化和效率方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過將傳感器技術(shù)與集成制造技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)對制造過程中各種參數(shù)的實時監(jiān)測和精確控制，為制造業(yè)帶來諸多優(yōu)勢。2智能感知技術(shù)2.1傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)能夠顯著提高制造過程的自動化程度。通過安裝各種類型的傳感器，可以實時獲取生產(chǎn)線上各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量、位置等，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的精確控制REF_Ref162256565\r\h[8]。這不僅可以減少人工干預(yù)，降低人力成本，還能提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量。有助于實現(xiàn)制造過程的實時監(jiān)控和反饋控制。通過實時監(jiān)測生產(chǎn)過程中的各項參數(shù)，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行調(diào)整，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生。傳感器技術(shù)還可以提供實時的反饋控制，使生產(chǎn)過程更加穩(wěn)定可靠，提高產(chǎn)品的一致性和合格率，促進(jìn)制造過程的智能化和柔性化。此外，通過收集和分析大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)生產(chǎn)線的快速調(diào)整和重構(gòu)，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求，提高生產(chǎn)線的靈活性和適應(yīng)性。2智能感知技術(shù)2.1傳感器技術(shù)在實現(xiàn)智能集成制造傳感器技術(shù)的過程中，發(fā)高效的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，綜合運用傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)等多種技術(shù)手段，選擇合適的傳感器類型和參數(shù)進(jìn)行精確的校準(zhǔn)和標(biāo)定，是確保傳感器技術(shù)有效應(yīng)用的關(guān)鍵。2智能感知技術(shù)2.2機(jī)器視覺技術(shù)機(jī)器視覺技術(shù)在智能集成制造中的應(yīng)用日益廣泛，它利用計算機(jī)和機(jī)器模擬人類視覺功能，對圖像進(jìn)行采集、處理和分析，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)的檢測和識別。這種技術(shù)在提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量以及推動智能化生產(chǎn)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在智能集成制造過程中，機(jī)器視覺技術(shù)可以實現(xiàn)高度自動化的生產(chǎn)流程。通過捕捉和處理生產(chǎn)線上各個環(huán)節(jié)的圖像信息，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r識別零件的尺寸、形狀、位置等關(guān)鍵參數(shù)，從而確保每個零件的精確性和一致性?？蓸O大程度地降低人為因素的干擾，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率。機(jī)器視覺技術(shù)在質(zhì)量檢測方面也表現(xiàn)出色。在電子制造中，機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測電路板上的瑕疵和缺陷，避免了人工檢測可能帶來的漏檢和誤檢。在食品加工行業(yè)，機(jī)器視覺技術(shù)還可以用于識別食品中的雜質(zhì)和污染物，保障食品的安全和質(zhì)量。此外，機(jī)器視覺技術(shù)在智能識別領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，例如在安防領(lǐng)域，通過機(jī)器視覺技術(shù)可以實現(xiàn)人臉識別、車牌識別等功能，提高安全監(jiān)控的效率和準(zhǔn)確性。在物流行業(yè)，機(jī)器視覺技術(shù)可以幫助實現(xiàn)自動化分揀和貨物追蹤，提升物流效率和服務(wù)質(zhì)量。2智能感知技術(shù)2.2機(jī)器視覺技術(shù)機(jī)器視覺技術(shù)以其精準(zhǔn)、高效的特點，為智能集成制造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。該技術(shù)可提高生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、推動制造業(yè)向更加智能化、自動化的方向發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的不斷拓展，機(jī)器視覺技術(shù)將在未來發(fā)揮更加重要的作用，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展提供有力保障。圖2-4機(jī)器視覺系統(tǒng)架構(gòu)2智能感知技術(shù)2.3聲音識別技術(shù)聲音識別技術(shù)是一門涉及數(shù)字信號處理、人工智能、語言學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計學(xué)、聲學(xué)、情感學(xué)及心理學(xué)等多學(xué)科交叉的科學(xué)，其本質(zhì)是一種基于語音特征參數(shù)的模式識別，即通過學(xué)習(xí)，系統(tǒng)能夠把輸入的語音按一定模式進(jìn)行分類，進(jìn)而依據(jù)判定準(zhǔn)則找出最佳匹配結(jié)果。作為現(xiàn)代科技領(lǐng)域的一項杰出成果，正日益展現(xiàn)出其在工業(yè)生產(chǎn)中的巨大潛力。該技術(shù)能夠精準(zhǔn)地捕捉和分析聲音數(shù)據(jù)，從而幫助制造商解決生產(chǎn)過程中的一系列問題，從提高生產(chǎn)效率到優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，再到增強(qiáng)生產(chǎn)安全性，均有著顯著的應(yīng)用價值。聲音識別技術(shù)的實現(xiàn)主要依賴于聲音傳感器和先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。聲音傳感器能夠?qū)崟r采集生產(chǎn)環(huán)境中的聲音信號，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以供后續(xù)分析。而機(jī)器學(xué)習(xí)算法則通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和模式識別，能夠精準(zhǔn)地識別出異常聲音、預(yù)測設(shè)備故障，并為生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供有力支持。2智能感知技術(shù)2.3聲音識別技術(shù)聲音識別技術(shù)在智能制造領(lǐng)域，設(shè)備故障檢測、產(chǎn)品質(zhì)量控制與生產(chǎn)安全監(jiān)測等方面均能發(fā)揮作用。不僅如此，聲音識別技術(shù)還可以通過對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)流程和資源配置，提高生產(chǎn)效率。此外，聲音識別技術(shù)還可以為制造商提供生產(chǎn)過程的可視化展示，使得生產(chǎn)狀態(tài)更加直觀易懂，為管理決策提供更加豐富的數(shù)據(jù)支持。隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，聲音識別技術(shù)將在智能制造領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，其識別精度和穩(wěn)定性將得到進(jìn)一步提升。同時隨著機(jī)器學(xué)習(xí)算法的不斷優(yōu)化，聲音識別技術(shù)將能夠識別更加復(fù)雜和細(xì)微的聲音模式，為制造商提供更加精準(zhǔn)和全面的生產(chǎn)監(jiān)測和優(yōu)化方案。作為一種先進(jìn)的科技手段，聲音識別技術(shù)正為制造業(yè)帶來顛覆性的技術(shù)變革。它不僅能夠提高生產(chǎn)效率、降低成本、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，還能夠增強(qiáng)生產(chǎn)安全性，為制造商創(chuàng)造更多的商業(yè)價值。相信在不久的將來，聲音識別技術(shù)將在智能制造領(lǐng)域發(fā)揮更加廣泛和深入的作用，推動制造業(yè)向更加高效、智能和可持續(xù)的方向發(fā)展。2智能感知技術(shù)2.3聲音識別技術(shù)圖2-5聲音識別原理架構(gòu)2智能感知技術(shù)2.4空間定位和定位技術(shù)作為智能制造領(lǐng)域的核心組成部分，空間定位和定位技術(shù)正在逐步推動制造業(yè)向更高效、更精確的方向發(fā)展。這些技術(shù)通過獲取并處理目標(biāo)物體的位置、姿態(tài)和運動狀態(tài)信息，可為自動化生產(chǎn)線、機(jī)器人位姿、智能倉儲管理等多個領(lǐng)域提供強(qiáng)大的技術(shù)支持。圖2-6WIFI定位原理2智能感知技術(shù)2.4空間定位和定位技術(shù)在自動化生產(chǎn)線中，空間定位和定位技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們幫助機(jī)器人精準(zhǔn)地確定自身位置和姿態(tài)，從而實現(xiàn)一系列復(fù)雜的裝配、搬運、檢測等作業(yè)。這不僅提高了生產(chǎn)效率，還顯著提升了產(chǎn)品質(zhì)量，為制造業(yè)帶來了實質(zhì)性的效益。在醫(yī)療康復(fù)與智能倉儲管理領(lǐng)域，這些技術(shù)能極大提高倉儲效率和空間利用率，降低了企業(yè)的運營成本。同時，隨著虛擬現(xiàn)實和仿真技術(shù)的快速發(fā)展，空間定位和定位技術(shù)也在這些領(lǐng)域找到了新的應(yīng)用空間。它們可以實現(xiàn)虛擬場景的精準(zhǔn)呈現(xiàn)和交互操作，為虛擬現(xiàn)實和仿真應(yīng)用提供了更加真實、自然的用戶體驗。2智能感知技術(shù)2.5生物識別技術(shù)在生產(chǎn)制造過程中，生物識別技術(shù)的應(yīng)用將帶來更高的自動化和智能化水平。通過精確識別生產(chǎn)線上的員工和產(chǎn)品，該技術(shù)不僅可以有效防止非授權(quán)人員的進(jìn)入，提升生產(chǎn)安全以及精確追蹤產(chǎn)品的生產(chǎn)流程。此外，該技術(shù)還能實現(xiàn)員工的智能化管理，如考勤、人力資源配置等，從而提高管理效率。在質(zhì)量控制方面，該技術(shù)可通過精確識別產(chǎn)品的身份和來源，確保產(chǎn)品從原材料到成品的每一個環(huán)節(jié)都符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而為消費者提供更加安全、可靠的產(chǎn)品。隨著消費者需求的日益多樣化，個性化產(chǎn)品已成為市場的新趨勢。智能集成制造生物識別技術(shù)能夠幫助企業(yè)快速、準(zhǔn)確地識別消費者的個性化需求，進(jìn)而生產(chǎn)出符合消費者喜好的產(chǎn)品。這不僅有助于提高產(chǎn)品的市場競爭力，還能為消費者帶來更好的使用體驗。此外，該技術(shù)的高安全性特點使其在信息安全領(lǐng)域具有得天獨厚的優(yōu)勢。隨著網(wǎng)絡(luò)安全問題的日益嚴(yán)重，該將成為保護(hù)企業(yè)和個人信息的重要手段。通過應(yīng)用該技術(shù)，企業(yè)可以有效防止信息泄露和黑客攻擊，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)和客戶信息的安全。2智能感知技術(shù)2.5生物識別技術(shù)未來智能集成制造生物識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓寬。除了制造業(yè)，該技術(shù)還將廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、金融、教育、物流等多個領(lǐng)域。智能集成制造生物識別技術(shù)以其高效、安全、可靠的特點，正逐漸成為現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的重要技術(shù)手段，具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力和廣闊的發(fā)展前景。隨著科技的持續(xù)進(jìn)步，這項技術(shù)將在多個方面實現(xiàn)顯著的優(yōu)化與提升，為現(xiàn)代制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級注入新的活力。圖2-7生物識別技術(shù)應(yīng)用場景3虛擬現(xiàn)實技術(shù)人機(jī)結(jié)合、虛實融合的新一代智能界面是智能制造的顯著特征之一，它代表著物理世界與虛擬世界、人與機(jī)器之間界限的逐漸模糊。在該背景下，虛擬現(xiàn)實作為一種高級人機(jī)交互技術(shù)，正發(fā)揮著不可替代的作用。隨著智能制造的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)正逐步深入工業(yè)應(yīng)用，并展現(xiàn)出巨大的潛力。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，人們可以無需直接接觸實際的物理設(shè)備進(jìn)行虛擬操作，這不僅提高了工作效率，降低了成本，還大大減少了因錯誤操作導(dǎo)致的損失和風(fēng)險。在智能制造系統(tǒng)中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)充當(dāng)著人與智能設(shè)備之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口。通過虛擬現(xiàn)實界面，操作人員可以直觀地了解設(shè)備的運行狀態(tài)、性能參數(shù)等信息，并對其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以提供豐富的交互方式，使得操作人員能夠更加自然、便捷地與智能設(shè)備進(jìn)行溝通和協(xié)作。3虛擬現(xiàn)實技術(shù)3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR,VirtualReality），又稱靈境技術(shù)或虛擬實境，是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項新型的實用技術(shù)，它囊括計算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)等領(lǐng)域。其基本實現(xiàn)方式是以計算機(jī)技術(shù)為主，綜合利用三維圖形、多媒體、仿真、顯示和伺服等多種高新技術(shù)的最新發(fā)展成果，借助計算機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生一個逼真的三維視覺、觸覺、嗅覺等多種感官體驗的虛擬世界，從而使處于虛擬世界中的人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺REF_Ref162256330\r\h[9-10]。該技術(shù)主要包括虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實與混合現(xiàn)實三個方面。虛擬現(xiàn)實這一概念最早由美國VPLResearch公司創(chuàng)始人之一的JaronLanier在1989年提出，目前在業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實描述為由交互式計算機(jī)仿真組成的一種媒體，能夠感知參與者的位置和動作，替代或增強(qiáng)一種或多感官反饋，3虛擬現(xiàn)實技術(shù)3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述從而產(chǎn)生一種精神沉浸于或出現(xiàn)在仿真環(huán)境中的感覺。虛擬現(xiàn)實應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)創(chuàng)造出了一個包含三維物體的空間環(huán)境，于用戶而言，虛擬物體具有強(qiáng)烈的空間存在感，用戶與其交互感和與圖片或電影的感知是完全不同的。虛擬現(xiàn)實主要包含4個關(guān)鍵要素：虛擬世界、沉浸感、感覺反饋和交互性。根據(jù)用戶參與程度和沉浸感的不同，通常將虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)分為：桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于各類領(lǐng)域。在工業(yè)應(yīng)用虛擬環(huán)境中，通過虛擬現(xiàn)實交互外設(shè)進(jìn)行3D仿真試驗，以達(dá)到規(guī)避潛在問題，獲得最優(yōu)方案的目的。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR，AugmentedReality）于1990年初由波音公司Caudell和Mizell所提出，并開發(fā)了試驗性的AR系統(tǒng)，該技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的擴(kuò)展，將虛擬信息與真實場景相融合，3虛擬現(xiàn)實技術(shù)3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述通過計算機(jī)系統(tǒng)將虛擬信息通過文字、圖形圖像、聲音、觸覺方式渲染補充至人的感官系統(tǒng)，用以增強(qiáng)用戶對現(xiàn)實世界感知的技術(shù)REF_Ref161911116\r\h。增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)并沒有使用戶完全沉浸在虛擬環(huán)境，使人能夠看到的是虛擬物體合成于真實環(huán)境中的雙重世界，擴(kuò)大人類的感知能力?；旌犀F(xiàn)實技術(shù)(MR，MixedReality)由Milgram和Kishino在1994年發(fā)表的文章中所提出，是對虛擬-現(xiàn)實連續(xù)統(tǒng)一體的描述，真實環(huán)境和虛擬環(huán)境在兩端，交互形成MR技術(shù)REF_Ref162256346\r\h[11-12]，該技術(shù)結(jié)合真實世界和虛擬世界創(chuàng)造了新的可視化環(huán)境，可實現(xiàn)真實世界與虛擬世界的無縫連接，主要包含增強(qiáng)現(xiàn)實和增強(qiáng)虛擬兩部分內(nèi)容。3虛擬現(xiàn)實技術(shù)3.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)和智能集成制造的概念，利用計算機(jī)生成的三維環(huán)境，為制造過程提供了一種全新的視角和操作模式。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的核心在于將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與智能集成制造系統(tǒng)相結(jié)合，通過模擬真實制造環(huán)境，實現(xiàn)制造過程的可視化、交互性和實時性REF_Ref162256359\r\h[13]。這種技術(shù)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)更高效、精準(zhǔn)和智能的制造過程，從而降低成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。3虛擬現(xiàn)實技術(shù)3.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用VR技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用十分廣泛且深入，它為企業(yè)提供了全新的視角和工具，使得制造過程更為高效、精準(zhǔn)和智能化。利用VR技術(shù)除了模擬裝配過程并優(yōu)化流程，還可以幫助工程師在虛擬環(huán)境中進(jìn)行復(fù)雜組件的預(yù)裝配，檢查潛在的裝配干涉并提前解決。結(jié)合增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，工程師可以在真實環(huán)境中看到虛擬的裝配指南，實時調(diào)整裝配位置和角度，提高裝配的準(zhǔn)確性和效率，并通過模擬不同生產(chǎn)線配置和流程設(shè)計，評估生產(chǎn)線的效率、生產(chǎn)能力和資源利用率的同時找到最優(yōu)的生產(chǎn)線布局和流程設(shè)計，減少實際建設(shè)中的改動和調(diào)整REF_Ref161911142\r\hREF_Ref162256366\r\h[14]。VR技術(shù)還可以模擬真實的工作環(huán)境和設(shè)備操作，使新員工在安全的虛擬環(huán)境中進(jìn)行實踐操作，快速掌握技能和經(jīng)驗。對于復(fù)雜設(shè)備的操作和維護(hù)，VR技術(shù)可以提供詳細(xì)的操作指南和模擬場景，幫助員工更好地理解和執(zhí)行。3虛擬現(xiàn)實技術(shù)3.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用VR技術(shù)也可應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)，在產(chǎn)品開發(fā)初期，VR技術(shù)可以幫助設(shè)計師和工程師進(jìn)行產(chǎn)品外觀和功能的虛擬展示，獲取用戶反饋并進(jìn)行改進(jìn)。此外，VR技術(shù)還可以用于模擬產(chǎn)品的使用場景，評估產(chǎn)品的性能、耐用性和用戶體驗，為產(chǎn)品優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持REF_Ref161911151\r\h[15]。除了上述應(yīng)用，VR技術(shù)在智能制造中還有更多的潛在應(yīng)用。例如市場推廣方面，供應(yīng)鏈管理等等。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入，VR技術(shù)將與智能制造系統(tǒng)更加緊密地結(jié)合，為企業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和發(fā)展機(jī)遇。我們期待看到更多具有創(chuàng)新性和實用性的VR技術(shù)在智能制造領(lǐng)域得到應(yīng)用和推廣。4人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互技術(shù)(Human-ComputerInteractionTechniques,HCIT)是指通過計算機(jī)的輸入和輸出設(shè)備，實現(xiàn)人與計算機(jī)之間有效對話的技術(shù)REF_Ref161856925\r\h[16]。這包括機(jī)器通過輸出或顯示設(shè)備向人提供信息和提示，以及人通過輸入設(shè)備向機(jī)器提供信息、回答問題等。人機(jī)交互技術(shù)在計算機(jī)用戶界面設(shè)計中扮演著重要角色。在智能制造時代，智能工廠需要建設(shè)靈活、安全、可快速變化的智能生產(chǎn)線以滿足消費者增長的定制化產(chǎn)品需求。為了適應(yīng)新產(chǎn)品的生產(chǎn)，更換生產(chǎn)線，縮短制造時間，靈活快速的生產(chǎn)單元變得至關(guān)重要，以提高企業(yè)產(chǎn)能和效率，降低成本。智能機(jī)器人在這一過程中將成為最關(guān)鍵的硬件設(shè)備，其全面升級可以視為新一輪工業(yè)革命的重要內(nèi)容。4人機(jī)交互技術(shù)盡管人力操作在某些產(chǎn)品領(lǐng)域和生產(chǎn)線上依然不可或缺，尤其是在裝配高精度零部件和進(jìn)行靈活性要求高的密集勞動等領(lǐng)域。因此，人機(jī)協(xié)作機(jī)器人發(fā)揮著越來越重要的作用，通過機(jī)器人從事精確和重復(fù)性高的任務(wù)，讓工人可以專注于創(chuàng)意性工作。人機(jī)協(xié)作不僅使生產(chǎn)布局和配置更加靈活，還提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。這種協(xié)作方式可以是人與機(jī)器分工，也可以是人與機(jī)器共同工作REF_Ref161903824\r\h[17]。在一般的信息系統(tǒng)中，使用者通常是專門的操作員，他們的計算機(jī)專業(yè)知識有限，不太了解系統(tǒng)內(nèi)部的運作，因此需要系統(tǒng)具有直觀易懂的界面形式和防誤操作設(shè)計。這些操作員經(jīng)常使用的操作方式比較程序化和固定，可以通過培訓(xùn)使他們熟悉特定的交互方式。4人機(jī)交互技術(shù)然而，對于智能決策支持系統(tǒng)的使用者來說，情況就會有所不同。決策人員需要面對非程序化、多樣化和多變化的決策情境，而他們對計算機(jī)的了解通常較為有限，尤其是在涉及特定軟件工具或技術(shù)（如Excel、MSQuery等）時。此外，決策者通常沒有足夠的時間去深入學(xué)習(xí)過于專門化的技術(shù)。因此，在設(shè)計智能決策支持系統(tǒng)的交互界面時，需要考慮如何使用戶可以充分、靈活和方便地與計算機(jī)進(jìn)行交互，同時將計算機(jī)處理的結(jié)果以直觀、充分和合理的方式呈現(xiàn)給用戶。成功的交互界面設(shè)計是智能決策支持系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵之一。如果交互界面設(shè)計得當(dāng)，那么智能決策支持系統(tǒng)的成功也會邁出重要的一步。4人機(jī)交互技術(shù)4.1語音識別人類對自然語言理解的研究始于20世紀(jì)60年代初，其目標(biāo)是通過計算機(jī)模擬人類的語言交互過程，使計算機(jī)能夠理解和運用人類社會使用的自然語言（如漢語、英語等），從而實現(xiàn)人機(jī)之間通過自然語言進(jìn)行通信REF_Ref162256410\r\h[18]。這一領(lǐng)域的研究旨在幫助人類進(jìn)行資料查詢、問題解答、文獻(xiàn)摘錄、資料匯編，以及處理各種與自然語言信息相關(guān)的工作。語音識別研究涉及多個學(xué)科，包括計算機(jī)科學(xué)、語言學(xué)、心理學(xué)、邏輯學(xué)、聲學(xué)、數(shù)學(xué)等。語音識別技術(shù)是讓智能設(shè)備能夠理解人類語音的技術(shù)。它涉及數(shù)字信號處理、人工智能、語言學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計學(xué)、聲學(xué)、情感學(xué)和心理學(xué)等多個學(xué)科的交叉領(lǐng)域。這項技術(shù)可以應(yīng)用于自動客服、自動語音翻譯、命令控制和語音驗證碼等多種場景REF_Ref162256417\r\h[19]。4人機(jī)交互技術(shù)4.1語音識別隨著人工智能的發(fā)展，近年來語音識別技術(shù)在理論和應(yīng)用方面取得重大突破，已經(jīng)從實驗室走向市場，逐漸融入我們的日常生活。目前，語音識別技術(shù)已被廣泛運用于語音識別聽寫器、語音尋呼和答疑平臺、自主廣告平臺以及智能客服等諸多領(lǐng)域。圖2-8語音識別系統(tǒng)典型框架4人機(jī)交互技術(shù)4.1語音識別語音識別雖具有廣泛的應(yīng)用前景，但實現(xiàn)性能優(yōu)越的自動語音識別技術(shù)面臨諸多困難，如語音信號受上下文影響變化、不同發(fā)音人和口音導(dǎo)致語音特征差異、心理生理變化引起的語音變化、發(fā)音方式和習(xí)慣帶來的語音現(xiàn)象變化、以及環(huán)境和信道問題導(dǎo)致的語音信號失真等。近年來，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，語音識別技術(shù)在理論和應(yīng)用方面取得了重大突破，逐漸從實驗室走向市場，并廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中。為用戶提供了更便捷、高效的交互方式，并且隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和完善，語音識別技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大，為人們提供更多便利和智能化的服務(wù)。語音識別技術(shù)常用的方法如下：（1）基于語言學(xué)和聲學(xué)的方法?；谡Z言學(xué)和聲學(xué)的方法是最早應(yīng)用于語音識別的方法，但是這種方法涉及的知識太過于困難，導(dǎo)致現(xiàn)在并沒有得到大規(guī)模普及。4人機(jī)交互技術(shù)4.1語音識別（2）隨機(jī)模型法。隨機(jī)模型法目前應(yīng)用較為成熟，該方法主要采用提取特征、訓(xùn)練模板、對模板進(jìn)行分類及對模板進(jìn)行判斷的步驟來對語音進(jìn)行識別。該方法涉及到的技術(shù)一般有3種：動態(tài)時間規(guī)整(DynamicTimeWarping，DTW)，隱馬爾科夫模型(HiddenMarkovModel，HMM)理論和矢量量化(VectorQuantization，VQ)技術(shù)。其中，HMM算法相較于其他兩者的優(yōu)點是簡便優(yōu)質(zhì)，在語音識別性能方面更為優(yōu)異。也正因為如此，如今大部分語音識別系統(tǒng)都在使用HMM算法。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法。(ArtificialNeuralNetwork,ANN)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是在語音識別發(fā)展的后期才有的一種新的識別方法。它其實是一種模擬人類神經(jīng)活動的方法，同時具有人的一些特性，如自動適應(yīng)和自主學(xué)習(xí)。其較強(qiáng)的歸類能力和映射能力在語音識別技術(shù)中具有很高的利用價值。業(yè)界將ANN與傳統(tǒng)的方法進(jìn)行結(jié)合，各取所長，使得語音識別的效率得到了顯著的提升。4人機(jī)交互技術(shù)4.1語音識別（4）概率語法分析法。概率語法分析法是一種能夠識別大長度語段的技術(shù)，主要是為了完成“區(qū)別語言的特征”，對于不同層次的知識利用相應(yīng)層次的知識來解決。這種方法最大的不足就是，建立一個有效、適宜的適用知識系統(tǒng)存在著一定的困難。語音識別技術(shù)已經(jīng)取得很高的識別精度，特別是中小詞匯量非特定人語音識別系統(tǒng)已超過98%的識別準(zhǔn)確率。這些技術(shù)已滿足了通常應(yīng)用的需求，并可制成專用芯片大規(guī)模生產(chǎn)。在西方國家，語音識別產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于市場和服務(wù)領(lǐng)域，包括電話撥號、語音記事本和智能玩具等。用戶可以通過語音識別系統(tǒng)進(jìn)行口語對話，查詢各類信息并取得滿意的結(jié)果，調(diào)查顯示超過85%的人對語音識別服務(wù)表示滿意。4人機(jī)交互技術(shù)4.2手勢識別作為一種人體行為動作，手勢動作具有便捷、含義豐富、易理解的特點，在日常生活中扮演了重要角色。通過利用手勢動作實現(xiàn)人機(jī)交互已成為研究學(xué)者關(guān)注的熱點。手勢識別技術(shù)融合了感知技術(shù)和模式識別技術(shù)，分為基于視覺傳感器和基于可穿戴傳感器的兩種類型REF_Ref162256429\r\h[20]。這種技術(shù)具有安裝方便、成本低廉、用戶體驗好等優(yōu)勢，在智能無人系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。最初的手勢識別主要依賴機(jī)器設(shè)備，通過檢測手臂關(guān)節(jié)位置實現(xiàn)。例如數(shù)據(jù)手套通過傳感器將手部位置和指向信息傳輸至計算機(jī)系統(tǒng)。雖然效果良好，但價格昂貴。隨后，光學(xué)標(biāo)記技術(shù)取代了數(shù)據(jù)手套，通過紅外線傳輸手部位置和指向信息至系統(tǒng)，盡管效果優(yōu)秀，但設(shè)備相對復(fù)雜。4人機(jī)交互技術(shù)4.2手勢識別手勢識別的研究影響著人機(jī)交互的自然性與靈活性。當(dāng)前大多數(shù)研究集中于簡化背景下的手勢識別，但實際應(yīng)用中面臨光線、距離等復(fù)雜環(huán)境挑戰(zhàn)。為解決這些問題，需要研究人員在特定環(huán)境中綜合多種方法，實現(xiàn)適應(yīng)不同復(fù)雜環(huán)境的手勢識別，推動未來人性化的人機(jī)交互發(fā)展。4人機(jī)交互技術(shù)4.3智能圖像分析智能圖像分析就是對規(guī)律已知的物體進(jìn)行分辨，比較容易識別的對象包含物體外形、顏色、圖案、數(shù)字、條碼和二維碼等。當(dāng)然也有信息量大或者更抽象的圖像識別,比如對人臉、指紋、虹膜等進(jìn)行分辨REF_Ref162256444\r\h[21]。圖2-10智能圖像分析系統(tǒng)構(gòu)架4人機(jī)交互技術(shù)4.3智能圖像分析智能圖像分析利用機(jī)器視覺技術(shù)，準(zhǔn)確識別預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)或物體模型。在工業(yè)領(lǐng)域，圖像識別應(yīng)用于條形碼、一維碼掃描等。隨著硬件設(shè)備更新，二維碼等標(biāo)識可遠(yuǎn)距離讀取，攜帶更豐富的信息且不需聯(lián)網(wǎng)查詢。物體識別系統(tǒng)包括預(yù)處理、特征提取、特征選擇、建模、匹配、定位等步驟：（1）預(yù)處理。預(yù)處理幾乎是所有計算機(jī)視覺算法的第一步，其目標(biāo)是盡可能在不改變圖像承載的本質(zhì)信息的前提下，使得每張圖像的表觀特性（如顏色分布、整體明暗、尺寸大小等）盡可能一致，以便之后的處理過程順利進(jìn)行。預(yù)處理有著生物學(xué)上的對應(yīng)。瞳孔、虹膜和視網(wǎng)膜上的一些細(xì)胞的行為類似于某些預(yù)處理步驟，如自適應(yīng)調(diào)節(jié)人射光的動態(tài)區(qū)域等。預(yù)處理主要完成模式的采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波、消除模糊、減少噪聲、糾正幾何失真等操作。4人機(jī)交互技術(shù)4.3智能圖像分析（2）特征提取。特征提取的目的是從模式樣本中提取能代表該模式的特有性質(zhì)。這是模式識別中最關(guān)鍵的一步，但又是最難以控制的一步。其準(zhǔn)則是提取盡量少的特征，使分類的誤差最小。近年來，子空間方法，如主成分分析(PrincipalComponentAnalysis,PCA)、線性判別分析(LinearDiscriminantAnalysis,ILDA)也成為了相對重要的特征提取手段REF_Ref161904292\r\h。這種方法將圖像拉長成為高維空間的向量，并進(jìn)行奇異值分解(Singularvaluedecomposition,SVD)以得到特征方向。人臉識別便是其較為成功的應(yīng)用范例。此類方法能處理有全局噪聲的情況，并且模型相對簡單、易實現(xiàn)。然而這種算法割裂了圖像的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此在本質(zhì)上是非視覺的模型的內(nèi)在機(jī)制較難令人理解，也沒有任何機(jī)制能消除施加于圖像上的仿射變換。4人機(jī)交互技術(shù)4.3智能圖像分析（3）特征選擇。再好的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，沒有良好的特征都是不行的，而有了特征之后，機(jī)器學(xué)習(xí)算法便開始發(fā)揮自己的優(yōu)勢。在提取了所要的特征之后再對特征進(jìn)行選擇。特別是在特征種類較多或者物體類別較廣時，需要找到各自的最適應(yīng)特征的場合。嚴(yán)格來講，任何能夠在被選出特征集上正常工作的模型都能在原特征集上正常工作，反過來進(jìn)行了特征選擇則可能會丟失部分有用特征。不過由于巨大的計算成本，在模型訓(xùn)練之前對特征進(jìn)行篩選仍然是必不可少的環(huán)節(jié)。（4）建模。一般物體識別系統(tǒng)賴以成功的關(guān)鍵基礎(chǔ)在更同于同一類的物體總是有一些地方是相同的。而給定特征集合提取相同點分辨不同點就成了模型要解決的問題。因此可以說模型是整個識別系統(tǒng)的成敗之所在。對于物體識別這個特定課題，主要選擇高效精確算法，構(gòu)建特征與特征之間的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。4人機(jī)交互技術(shù)4.3智能圖像分析（5）匹配及定位。在建模完成后，接下來的任務(wù)是運用目前的模型去識別圖像中的物體屬于哪一類別，并且對物體進(jìn)行定位，找出圖片中與所建立模型中目標(biāo)特征相符合的空間分布及其在圖片中的位姿，進(jìn)一步還可以通過人為給定的真實類別及位姿來對所建立的模型進(jìn)行調(diào)整，從而得到更加準(zhǔn)確和高魯棒性的匹配定位模型。5云計算技術(shù)云計算(CC,CloudComputing)是由分布式計算(DC,DistributedComputing)、并行處理(PC,ParallelComputing)、網(wǎng)格計算(GC,GridComputing)發(fā)展來的,是一種新興的商業(yè)計算模型REF_Ref162256455\r\h[22]。目前，對于云計算的認(rèn)識在不斷的發(fā)展變化，云計算仍沒有統(tǒng)一的定義。狹義云計算指的是廠商通過分布式計算和虛擬化技術(shù)搭建數(shù)據(jù)中心或超級計算機(jī)，以免費或按需租用方式向技術(shù)開發(fā)者或者企業(yè)客戶提供數(shù)據(jù)存儲、分析以及科學(xué)計算等服務(wù)，比如亞馬遜數(shù)據(jù)倉庫出租。廣義云計算是指廠商通過建立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集群向各種不同類型客戶提供在線軟件服務(wù)硬件租借、數(shù)據(jù)存儲、計算分析等不同類型的服務(wù)，5云計算技術(shù)包括了更多的廠商和服務(wù)類型。如國內(nèi)用友、金蝶等管理軟件廠商推出的在線財務(wù)軟件，谷歌發(fā)布的Google應(yīng)用程序套裝等，主要包括硬件資源（服務(wù)器、存儲器、中央處理器等）和軟件資源（如應(yīng)用軟件、集成開發(fā)環(huán)境等）。本地計算機(jī)只需要通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送一個需求信息，遠(yuǎn)端就會有成千上萬的計算機(jī)為你提供需要的資源并將結(jié)果返回到本地計算機(jī)，所有的處理都在云計算提供商所提供的計算機(jī)群來完成。5云計算技術(shù)圖2-11云計算平臺架構(gòu)云計算服務(wù)分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺即服務(wù)和軟件即服務(wù)三個層次，部署形式包括公有云、私有云和混合云。關(guān)鍵技術(shù)包括計算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、云存儲等。公有云面向社會開放，私有云主要面向企業(yè)內(nèi)部，混合云整合了兩者優(yōu)勢，提供安全保障并提高資源利用率。圖2-12為傳統(tǒng)IT與云計算對比。5云計算技術(shù)圖2-12傳統(tǒng)IT與云計算對比REF_Ref162256502\r\h[25]在智能制造領(lǐng)域，云計算有廣泛的應(yīng)用場景。具體如下：（1）智能研發(fā)領(lǐng)域，可以構(gòu)建仿真云平臺支持高性能計算，實現(xiàn)計算資源的有效利用和可伸縮，還可以通過基于軟件即服務(wù)(SoftwareAsAService,SaaS)的三維零件庫，提高產(chǎn)品研發(fā)效率。（2）智能營銷方面，可以構(gòu)建基于云的客戶關(guān)系管理(CustomerRelationshipManagement,CRM)應(yīng)用服務(wù)對營銷業(yè)務(wù)和營銷人員進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)移動應(yīng)用。5云計算技術(shù)（3）智能物流和供應(yīng)鏈方面，可以構(gòu)建運輸云，實現(xiàn)制造企業(yè)第三方物流和客戶三方的信息共享，提高車輛往返的載貨率實現(xiàn)對物流的全程監(jiān)控，還可以構(gòu)建供應(yīng)鏈協(xié)同平臺，使主機(jī)廠和供應(yīng)商、經(jīng)銷商通過電子數(shù)據(jù)互換(ElectronieDataInterchange,EDI)實現(xiàn)供應(yīng)鏈協(xié)同。（4）智能服務(wù)方面，企業(yè)可以利用物聯(lián)網(wǎng)云平臺，通過對設(shè)備的準(zhǔn)確定位來開展服務(wù)電商。如湖南星邦重工有限公司就利用樹根互聯(lián)的根云平臺，實現(xiàn)了高空作業(yè)車的在線租賃服務(wù)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智能制造的基礎(chǔ)。一方面，在智能工廠建設(shè)領(lǐng)域，通過物聯(lián)網(wǎng)可以采集設(shè)備、生產(chǎn)、能耗、質(zhì)量等方面的實時信息，實現(xiàn)對工廠的實時監(jiān)控；另一方面，設(shè)備制造商可以通過物聯(lián)網(wǎng)采集設(shè)備狀態(tài)，對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷，5云計算技術(shù)避免設(shè)備非計劃性停機(jī)進(jìn)而實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)提供增值服務(wù)，并促進(jìn)備品備件銷售。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用采集的海量數(shù)據(jù)的存儲與分析需要工業(yè)云平臺的支撐，不論是通過機(jī)器學(xué)習(xí)還是認(rèn)知計算，都需要工業(yè)云平臺作為載體。5云計算技術(shù)5.1基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure-as-a-Service,laaS)，是提供消費者處理、儲存、網(wǎng)絡(luò)以及各種基礎(chǔ)運算資源，以部署與執(zhí)行操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序等各種軟件REF_Ref161857363\r\h[24]。laaS是云服務(wù)的最底層，主要提供一些基礎(chǔ)資源。它與PaaS(PlatformasaService)的區(qū)別是，用戶需要自己控制底層，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的使用邏輯?？蛻舳藷o須購買服務(wù)器、軟件等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，即可任意部署和運行處理、存儲、網(wǎng)絡(luò)和其它基本的計算資源，不能控管或控制底層的基礎(chǔ)設(shè)施，但是可以控制操作系統(tǒng)、儲存裝置、已部署的應(yīng)用程序，有時也可以有限度地控制特定的網(wǎng)絡(luò)元件，與主機(jī)端防火墻相類似。5云計算技術(shù)5.1基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)圖2-13基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）架構(gòu)IaaS將IT基礎(chǔ)設(shè)施作為一種通過網(wǎng)絡(luò)對外提供的服務(wù)。用戶無需建立自己的數(shù)據(jù)中心，而是通過租用方式使用基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，包括服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等。IaaS利用虛擬化操作系統(tǒng)、工作負(fù)載管理軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)和存儲服務(wù)交付計算資源，可按需提供計算能力和存儲服務(wù)。虛擬化在云計算中起著基礎(chǔ)作用，通過將資源和服務(wù)從物理底層環(huán)境中分離，實現(xiàn)在單一物理系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建多個虛擬系統(tǒng)，提高效率并節(jié)約成本。5云計算技術(shù)5.1基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)當(dāng)前在云計算laaS中，仍面臨兩方面的安全問題:同用戶的數(shù)據(jù)安全和不同用戶之間的數(shù)據(jù)安全。同用戶的數(shù)據(jù)安全，一般而言是指用戶自己對于數(shù)據(jù)的用途不同。一部分?jǐn)?shù)據(jù)，如企業(yè)公開財務(wù)信息、公司最新新聞、公司股票信息、公司業(yè)績等等，是可以向社會大眾公開的公共資源。不同用戶之間的數(shù)據(jù)安全，如企業(yè)的技術(shù)信息、資金變動等等內(nèi)部重要信息，關(guān)乎到企業(yè)的生死存亡，是不能對外公布的核心數(shù)據(jù)。云計算laaS需要對兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理，并且進(jìn)行全方位的保護(hù)，保證數(shù)據(jù)的安全和隔離，防止后者數(shù)據(jù)進(jìn)入前者的數(shù)據(jù)中。不同用戶之間的數(shù)據(jù)是具有差異的，甚至有些用戶數(shù)據(jù)是不能外泄的。一旦發(fā)生用戶之間的數(shù)據(jù)相互覆蓋、復(fù)制，不僅對用戶造成困擾，也會讓用戶產(chǎn)生不信任感。5云計算技術(shù)5.1基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)這就需要對不同客戶間的數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離，保證各個客戶的數(shù)據(jù)間的準(zhǔn)確和安全，防止“串門”事件的發(fā)生。另外，做好安全審計也是商用系統(tǒng)信息安全的重要部分，對各類操作建立日志，并且分析審計，對虛擬機(jī)、數(shù)據(jù)庫、管理信息等等進(jìn)行安全審計，保證系統(tǒng)的安全。在此基礎(chǔ)上，還需要保證客戶數(shù)據(jù)的完整、更新及時，建立防火墻、數(shù)據(jù)加密、權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)備份等等對數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的安全保障。在云計算IaaS服務(wù)中，同質(zhì)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，企業(yè)在服務(wù)質(zhì)量和穩(wěn)定性相近的情況下，將通過提供獨特的創(chuàng)新服務(wù)來構(gòu)建核心競爭力。隨著新型通信技術(shù)及相關(guān)信息技術(shù)的發(fā)展，云計算IaaS市場得到快速普及，建設(shè)成本的降低帶來的使用成本削減將降低市場接觸和使用云計算業(yè)務(wù)的門檻。IaaS服務(wù)商的核心競爭力主要在于實際價格和性能優(yōu)勢，而性能優(yōu)勢在性價比問題上受實際價格的間接影響。5云計算技術(shù)5.2軟件即服務(wù)軟件即服務(wù)(SoftwareasaService,SaaS)，亦可稱為“按需即用軟件”(即“一經(jīng)要求，即可使用”)，它是一種軟件交付模式，一般可以分為通用型的SaaS與面向垂直行業(yè)的SaaS。在這種交付模式中，軟件僅需通過網(wǎng)絡(luò)，不須經(jīng)過傳統(tǒng)的安裝步驟即可使用，軟件及其相關(guān)的數(shù)據(jù)集中托管于云端服務(wù)REF_Ref162256614\r\h[25]。用戶通常使用精簡客戶端，一般經(jīng)由網(wǎng)頁瀏覽器來訪問。SaaS最大的特色在于軟件本身并沒有被下載到用戶的硬盤，而是存儲在提供商的云端或者服務(wù)器。對比傳統(tǒng)軟件需要購買下載。軟件即服務(wù)只需要用戶租用軟件，在線使用，不但極大減少了用戶購買風(fēng)險，也無需下載軟件本身，無設(shè)備要求的限制。相比于傳統(tǒng)軟件，SaaS具有如下優(yōu)勢：5云計算技術(shù)5.2軟件即服務(wù)（1）無需事先的大額資本支出。傳統(tǒng)的軟件交付方式，一般是企業(yè)購買軟件授權(quán)及所需的服務(wù)器和存儲，然后根據(jù)企業(yè)需求進(jìn)行定制化及實施。企業(yè)需要在使用軟件之前就需要支付軟件的授權(quán)費用、硬件的購買費用及定制化及實施的費用。而SaaS方式下，企業(yè)通常按年或按月支付租賃費用。（2）無需專門的運維。傳統(tǒng)的軟件交付方式下，企業(yè)需要培養(yǎng)相關(guān)的IT技術(shù)人員，負(fù)責(zé)相關(guān)的系統(tǒng)的監(jiān)控、運維、數(shù)據(jù)備份等工作。這對于垂直行業(yè)，尤其是中小企業(yè)來說，通常是一筆不小的開支。另外，如果企業(yè)在IT方面的競爭優(yōu)勢比較弱，通常很難吸引到高素質(zhì)的IT人才。5云計算技術(shù)5.2軟件即服務(wù)（3）業(yè)務(wù)需求響應(yīng)更加敏捷。傳統(tǒng)的軟件交付下，一般首先由業(yè)務(wù)部門提出需求，上級部門或IT部門進(jìn)行預(yù)算審批，IT部門招標(biāo)，然后由供應(yīng)商進(jìn)行實施及定制化開發(fā)。SaaS方式由于無需大額的資本性支出，租賃費用可以算作純粹的費用或成本，審批流程阻力更小甚至無需審批。而且，在企業(yè)梳理好內(nèi)部業(yè)務(wù)流程的情況下，可直接訂閱開通使用，省去了軟件實施及定制化開發(fā)的時間。從而，SaaS模式使得從需求提出到獲得軟件服務(wù)的周期更短。（4）更良好的兼容性。由于兼容性的問題，傳統(tǒng)軟件的安裝、更新與補丁可能會花費一定的時間。另外，軟件在進(jìn)行大版本的升級時偶爾存在兼容性問題，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)出、修改，再導(dǎo)入。而對于SaaS用戶來說，登錄進(jìn)去即使用最新版本的服務(wù)。5云計算技術(shù)5.2軟件即服務(wù)（5）行業(yè)最佳實踐。一般來說，無論是通用型的SaaS產(chǎn)品還是垂直行業(yè)型SaaS產(chǎn)品，都是基于相關(guān)領(lǐng)域的最佳流程與實踐開發(fā)，并且根據(jù)客戶的使用反饋進(jìn)行改進(jìn)，代表了行業(yè)的最佳流程與經(jīng)驗總結(jié)。企業(yè)通過使用SaaS產(chǎn)品，即事實上獲得了行業(yè)的最佳實踐5云計算技術(shù)5.2軟件即服務(wù)，從而能夠快速提升企業(yè)的運營水平。圖2-14軟件即服務(wù)PaaS架構(gòu)SaaS通過提供先進(jìn)的應(yīng)用程序，無需企業(yè)購買、安裝、更新或維護(hù)硬件、中間件或軟件，使缺乏必需基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和軟件資源的企業(yè)能夠使用先進(jìn)的企業(yè)應(yīng)用程序，按需付費。SaaS服務(wù)可根據(jù)使用水平自動擴(kuò)展和收縮，節(jié)省費用，并且用戶可以通過Web瀏覽器直接運行大部分SaaS應(yīng)用，無需下載和安裝軟件，輕松增強(qiáng)員工移動性。此外，無需學(xué)習(xí)專業(yè)知識即可處理移動計算帶來的安全問題，而服務(wù)提供商將確保數(shù)據(jù)的安全，并且用戶可以從任何位置訪問應(yīng)用數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)存儲于云后，在計算機(jī)或移動設(shè)備故障時不會丟失任何數(shù)據(jù)。相比傳統(tǒng)的軟件交付方式，用戶通過SaaS獲得更好的用戶體驗，而提供優(yōu)秀SaaS產(chǎn)品的提供商則通過為客戶提供更好的服務(wù)而獲得成功，從而實現(xiàn)雙贏?？傮w來說，相比傳統(tǒng)的軟件交付方式，SaaS應(yīng)該是一種更好的商業(yè)模式。5云計算技術(shù)5.3平臺即服務(wù)平臺即服務(wù)（PlatformasaService，PaaS）是一種云計算服務(wù)，提供運算平臺與解決方案服務(wù)。在云計算的典型層級中，PaaS層介于軟件即服務(wù)與基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)之間。核心理念是將軟件開發(fā)平臺作為一種服務(wù)提供給用戶，使得各類的應(yīng)用程序所需的運行時環(huán)境在平臺中良好支持。PaaS抽象有效地隱藏執(zhí)行物理資源分配(CPU，內(nèi)存，磁盤等)，服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)管理，操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)配置等細(xì)節(jié)。PaaS還使負(fù)載平衡和資源擴(kuò)展自動化，并為PaaS組件和服務(wù)提供高可用性和容錯能力。5云計算技術(shù)5.3平臺即服務(wù)圖2-15平臺即服務(wù)PaaS架構(gòu)PaaS提供用戶將云端基礎(chǔ)設(shè)施部署與創(chuàng)建至客戶端，或者借此獲得使用編程語言、程序庫與服務(wù)。用戶不需要管理與控制云端基礎(chǔ)設(shè)施（包含網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)或存儲），但需要控制上層的應(yīng)用程序部署與應(yīng)用托管的環(huán)境。PaaS將軟件研發(fā)的平臺作為一種服務(wù)，以軟件即服務(wù)(SoftwareasaService，SaaS)模式交付給用戶。因此，PaaS也是SaaS模式的一種應(yīng)用。但PaaS的出現(xiàn)可以加快SaaS的發(fā)展，尤其是加快SaaS應(yīng)用的開發(fā)速度。PaaS之所以能夠推進(jìn)SaaS的發(fā)展，主要在于它能夠提供企業(yè)進(jìn)行定制化研發(fā)的中間件平臺，同時涵蓋數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用服務(wù)器等。PaaS可以提高在Web平臺上利用的資源數(shù)量。5云計算技術(shù)5.3平臺即服務(wù)例如，可通過遠(yuǎn)程Web服務(wù)使用數(shù)據(jù)即服務(wù)，還可以使用可視化的API（應(yīng)用程序編程接口,ApplicationProgrammingInterface），甚至像PaaS平臺還允許混合并匹配適合應(yīng)用的其他平臺。用戶或者廠商基于PaaS平臺可以快速開發(fā)自己所需要的應(yīng)用和產(chǎn)品。PaaS能將現(xiàn)有各種業(yè)務(wù)能力進(jìn)行整合，具體可以歸類為應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)能力接入、業(yè)務(wù)引擎、業(yè)務(wù)開放平臺，向下根據(jù)業(yè)務(wù)能力需要測算基礎(chǔ)服務(wù)能力，通過laas提供的API調(diào)用硬件資源，向上提供業(yè)務(wù)調(diào)度中心服務(wù)，實時監(jiān)控平臺的各種資源，并將這些資源通過API開放給SaaS用戶。PaaS主要具備以下三個特點：5云計算技術(shù)5.3平臺即服務(wù)（1）平臺即服務(wù)。PaaS所提供的服務(wù)與其他的服務(wù)最根本的區(qū)別是PaaS提供的是一個基礎(chǔ)平臺，而不是某種應(yīng)用。在傳統(tǒng)的觀念中，平臺是向外提供服務(wù)的基礎(chǔ)。一般來說，平臺作為應(yīng)用系統(tǒng)部署的基礎(chǔ)，是由應(yīng)用服務(wù)提供商搭建和維護(hù)的，而PaaS顛覆了這種概念，由專門的平臺服務(wù)提供商搭建和運營該基礎(chǔ)平臺，并將該平臺以服務(wù)的方式提供給應(yīng)用系統(tǒng)運營商;（2）平臺及服務(wù)。PaaS運營商所需提供的服務(wù)，不僅僅是單純的基礎(chǔ)平臺，而且包括針對該平臺的技術(shù)支持服務(wù)，甚至針對該平臺而進(jìn)行的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、優(yōu)化等服務(wù)。PaaS的運營商最了解他們所運營的基礎(chǔ)平臺，所以由PaaS運營商所提出的對應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)的建議也非常重要。而在新應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，PaaS運營商的技術(shù)咨詢和支持團(tuán)隊的介入，也是保證應(yīng)用系統(tǒng)在以后的運營中得以長期、穩(wěn)定運行的重要因素;5云計算技術(shù)5.3平臺即服務(wù)（3）平臺級服務(wù)。PaaS運營商對外提供的服務(wù)不同于其他的服務(wù)，這種服務(wù)的背后是強(qiáng)大而穩(wěn)定的基礎(chǔ)運營平臺，以及專業(yè)的技術(shù)支持隊伍。這種”平臺級”服務(wù)能夠保證支撐SaaS或其他軟件服務(wù)提供商各種應(yīng)用系統(tǒng)長時間、穩(wěn)定的運行。PaaS的實質(zhì)是將互聯(lián)網(wǎng)的資源服務(wù)化為可編程接口，為第三方開發(fā)者提供有商業(yè)價值的資源和服務(wù)平臺。有了PaaS平臺的支撐，云計算的開發(fā)者就獲得了大量的可編程元素，這些可編程元素有具體的業(yè)務(wù)邏輯，這就為開發(fā)帶來了極大的方便，不但提高了開發(fā)效率，還節(jié)約了開發(fā)成本。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具云計算運維管理需要盡量實現(xiàn)自動化和流程化，避免在管理和運維中因為人工操作帶來的不確定性問題。同時，云計算運維管理需要針對不同的用戶提供個性化的試圖，幫助管理和維護(hù)人員查看，定位和解決問題。云計算運維管理和運維人員面向的是所有的云資源，要完成對不同資源的分配、調(diào)度和監(jiān)控。同時，應(yīng)能夠向用戶展示虛擬資源和物理資源的關(guān)系和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。云運維管理的目標(biāo)是適應(yīng)上述的變化，改進(jìn)運維的方式和流程來實現(xiàn)云資源的運行維護(hù)管理。圖2.15為Ansible自動化運維工具，是目前最佳的IT自動化運維工具之一。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具圖2-16Ansible自動化運維工具云計算運維管理應(yīng)提供如下功能：（1）自服務(wù)門戶。自服務(wù)門戶將支撐基礎(chǔ)設(shè)施資源、平臺資源和應(yīng)用資源以服務(wù)的方式交互給用戶使用，提供基礎(chǔ)設(shè)施資源、平臺資源和應(yīng)用資源服務(wù)的檢索、資源使用情況統(tǒng)計等自服務(wù)功能，需要根據(jù)不同的用戶提供不同的展示功能，并有效隔離多用戶的數(shù)據(jù)。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具（2）身份與訪問管理。身份與訪問管理提供身份的訪問管理，只有授權(quán)的用戶才能訪問相應(yīng)的功能和數(shù)據(jù)，對資源服務(wù)提出使用申請。（3）服務(wù)目錄管理。建立基礎(chǔ)設(shè)施資源、平臺資源和應(yīng)用資源的邏輯視圖，形成云計算及服務(wù)目錄，供服務(wù)消費者與管理者查詢。服務(wù)目錄應(yīng)定義服務(wù)的類型、基本信息、能力數(shù)據(jù)、配額和權(quán)限，提供服務(wù)信息的注冊、配置、發(fā)布、注銷、變更、查詢等管理功能。（4）服務(wù)規(guī)則管理。服務(wù)規(guī)則管理定義了資源的調(diào)度、運行順序邏輯。（5）資源調(diào)度管理。資源調(diào)度管理通過查詢服務(wù)目錄，判斷當(dāng)前資源狀態(tài)，并且執(zhí)行自動的工作流來分配及部署資源，按照既定的適用規(guī)則，實現(xiàn)實時響應(yīng)服務(wù)請求，根據(jù)用戶需求實現(xiàn)資源的自動化生成、分配、回收和遷移，用以支持用戶對資源的彈性需求。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具（6）服務(wù)運營監(jiān)控。服務(wù)運營監(jiān)控將各類監(jiān)控數(shù)據(jù)匯總至服務(wù)監(jiān)控及運營引擎進(jìn)行處理，通過在服務(wù)策略及工作請求間進(jìn)行權(quán)衡進(jìn)而生成變更請求，部分標(biāo)準(zhǔn)變更需求別轉(zhuǎn)送到資源供應(yīng)管理進(jìn)行進(jìn)一步的處理。（7）服務(wù)計量管理。服務(wù)計量管理按照資源的實際使用情況進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量審核，并規(guī)定服務(wù)計量信息，以便于在服務(wù)使用者和服務(wù)提供者之間進(jìn)行核算。（8）服務(wù)質(zhì)量管理。服務(wù)質(zhì)量管理遵循SLA要求，按照資源的實際使用情況而進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量審核與管理，如果服務(wù)質(zhì)量沒有達(dá)到預(yù)先約定的SLA要求，自動化地進(jìn)行動態(tài)資源調(diào)配，或者給出資源調(diào)配建議由管理者進(jìn)行資料的調(diào)派，以滿足SLA的要求。（9）服務(wù)交付管理。服務(wù)交付管理包括交付請求管理、服務(wù)模板管理、交付實施管理，實現(xiàn)服務(wù)交付請求的全流程管理，以及自動化實施的整體交付過程。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具（10）管理門戶。管理門戶面向管理維護(hù)人員，將服務(wù)、資源的各項管理功能構(gòu)成一個統(tǒng)一的工作臺，來實現(xiàn)管理維護(hù)人員的配置、監(jiān)控、統(tǒng)計等功能需要。云管理的最終目標(biāo)是實現(xiàn)IT能力的服務(wù)化供應(yīng)，并實現(xiàn)云計算的各種特性:資源共享、自動化、按使用付費、自服務(wù)、可擴(kuò)展等。云計算服務(wù)讓企業(yè)按需訪問資源變得更容易，但卻沒有對其進(jìn)行更好地管理。企業(yè)必須自己配置虛擬機(jī)、創(chuàng)建虛擬機(jī)集群、設(shè)置虛擬網(wǎng)絡(luò)以及管理可用性和性能，而采用自動化技術(shù)將會輕松完成所有這些任務(wù)。云計算自動化是一組流程和工具，可以減少企業(yè)的IT團(tuán)隊在配置和管理云計算工作負(fù)載和服務(wù)上花費的精力和時間，并且可以將云計算自動化應(yīng)用于私有云、公共云或混合云。此外，人工進(jìn)行云部署可能會產(chǎn)生一些安全漏洞，從而使企業(yè)面臨風(fēng)險。而采用云計算自動化有助于降低基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)堆棧的可變性和復(fù)雜性。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具現(xiàn)代的工作負(fù)載和嚴(yán)格的交付時間表迫使組織尋求有助于簡化IT運營和應(yīng)用程序交付的方法。但是選擇正確的云計算基礎(chǔ)設(shè)施自動化工具并非易事，因為這些工具可能會有很大差異。為了幫助組織完成這一過程，以下介紹7個自動化工具，這7個自動化工具采用了不同的方法來提供云計算基礎(chǔ)設(shè)施并支持自動化。（1）谷歌公司的CloudDeploymentManager使組織可以使用YAML聲明性語言創(chuàng)建和管理一組GoogleCloud資源作為一個單元。YAML配置文件定義管理員應(yīng)包含在部署中的每個資源。配置文件還可以引用模板，這些模板用作創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施的預(yù)定義構(gòu)建塊。（2）AWSCloudFormation允許系統(tǒng)管理員對一組相關(guān)的AWS和第三方資源進(jìn)行建模和配置，并在其整個生命周期中對其進(jìn)行管理。它們定義模板來描述所需的資源及其依賴關(guān)系，CloudFormation使用這些模板來提供和配置資源。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具（3）VmwarevRealizeAutomation是VmwarevRealize套件的一部分，它為私有和多云設(shè)置提供云計算基礎(chǔ)設(shè)施自動化。該產(chǎn)品包括幾個組件:用于供應(yīng)的云組件、用于內(nèi)容聚合的ServiceBroker、用于應(yīng)用程序和基礎(chǔ)設(shè)施自動化的代碼流以及用于工作流管理的Orchestrator。（4）ChefSoftware公司推出的ChefAutomate是用于基礎(chǔ)設(shè)施自動化的內(nèi)部企業(yè)儀表板和分析工具。它包括三個核心引擎:ChefInfrastructure、ChefInSpec和ChefHabitat。ChefAutomate通過使用人類可讀的語言來實現(xiàn)跨團(tuán)隊協(xié)作，并提供基礎(chǔ)設(shè)施更改的可審核歷史記錄。5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具（5）RedHatAnsible自動化平臺提供了一套用于實施企業(yè)范圍自動化的工具。該產(chǎn)品在原始Ansible項目的基礎(chǔ)上，通過添加功能部件來實現(xiàn)大規(guī)模自動化。它包括AnsibleTower、AnsibleEngine、預(yù)打包的內(nèi)容集合，以及用于查找預(yù)組合內(nèi)容的AnsibleAutomationHub。（6）MicrosoftAzureAutomation提供了自動化和配置服務(wù)，該服務(wù)提供對Azure、內(nèi)部以及與其他云計算提供商(例如AWS)中的部署和操作的完全控制。管理員可以編寫運行手冊來自動化Azure任務(wù)，也可以使用HybridRunbookWorker來管理Azure之外的任務(wù)。（7）PuppetEnterprise是用于基礎(chǔ)設(shè)施和工作流管理和配置的本地軟件5云計算技術(shù)5.4云計算管理和自動化工具。它的原始版本包括一個完整的Puppet配置和其他組件。云計算自動化可為企業(yè)的團(tuán)隊節(jié)省大量時間和精力。它更快、更可擴(kuò)展、更安全，可以構(gòu)建更可預(yù)測和更可靠的工作流程。該技術(shù)正在興起，而迄今為止的實施和報告表明，有效的自動化必將成為企業(yè)真正的力量倍增器。6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)最早由麻省理工學(xué)院Auto-ID中心的凱文艾什頓(KevinAshton)教授在1999年研究射頻識別技術(shù)時提出REF_Ref162256687\r\h[28]，物聯(lián)網(wǎng)的概念分為廣義和狹義兩方面。廣義上，物聯(lián)網(wǎng)是一個未來發(fā)展的愿景，可實現(xiàn)人與任何網(wǎng)絡(luò)、任何人、任何物的信息交換，以及物與物之間的信息交換，類似于“未來的互聯(lián)網(wǎng)”或“泛在網(wǎng)絡(luò)”。狹義上，物聯(lián)網(wǎng)是指物品通過傳感器連接成的局域網(wǎng)，不論是否接入互聯(lián)網(wǎng)都屬于物聯(lián)網(wǎng)范疇。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別。定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品和物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，其在智能制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳統(tǒng)制造業(yè)目前面臨著勞動力成本過高、生產(chǎn)效率偏低、原材料利用率低、能耗較大、服務(wù)水平相對滯后等多重挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響著企業(yè)的市場競爭力和影響力。制造物聯(lián)技術(shù)作為制造業(yè)信息化的新興技術(shù)，是一種新型制造模式和信息服務(wù)模式的技術(shù)，能夠推動先進(jìn)的制造業(yè)生產(chǎn)方式，增加產(chǎn)品附加值，加速轉(zhuǎn)型升級、降低生產(chǎn)成本、減少能源消耗，推動制造業(yè)向全球化、信息化、智能化、綠色化方向發(fā)展。這項技術(shù)也是提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力、提高經(jīng)營管理和服務(wù)水平的重要途徑，促進(jìn)制造業(yè)從生產(chǎn)型轉(zhuǎn)向服務(wù)型，為企業(yè)在價值鏈高端占據(jù)優(yōu)勢地位提供重要技術(shù)支持，顯著增強(qiáng)企業(yè)競爭力。6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.1傳感器和執(zhí)行器傳感器是一種通過將其轉(zhuǎn)換為任何其他形式（主要是電脈沖）來檢測、測量或指示任何特定物理量（例如光，熱，運動，濕度，壓力或類似實體）的設(shè)備。傳感器可以檢測環(huán)境中的事件或變化以及針對它們的設(shè)計目的，并可以將這些事件或特定參數(shù)的變化傳達(dá)給系統(tǒng)和其他設(shè)備，然后可以使用此數(shù)據(jù)進(jìn)行操作、分析等。在環(huán)境參數(shù)中，傳感器可以“感知”和交流的因素和事件包括聲音，溫度，濕度，特定化學(xué)成分或氣體的存在，光線，占用率（例如房間）等參數(shù)。顯然，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)必不可少的組件，并且必須非常精準(zhǔn)。執(zhí)行器是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中必不可少的一個重要組成部分。它的作用是接受控制器送來的控制信號，改變被控介質(zhì)的大小，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。類似于傳感器，執(zhí)行器的種類也很多，使用方式也各不相同。按其能源形式可分為氣動、電動、液動三大類。6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.1傳感器和執(zhí)行器氣動執(zhí)行器用壓縮空氣作為能源，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便且價格較低，因此廣泛地應(yīng)用于化工、造紙、煉油等生產(chǎn)過程中，它可以方便地與被動儀表配套使用。電動執(zhí)行器的能源取用方便，信號傳遞迅速，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、防爆性能差。液動執(zhí)行器在化工、煉油等生產(chǎn)過程中基本上不使用，它的特點是輸出推力較大。在物聯(lián)網(wǎng)的范圍內(nèi)，執(zhí)行器在大多數(shù)情況下是通過施加一些力來打開或關(guān)閉某些物體。但是，在工業(yè)應(yīng)用或機(jī)器人技術(shù)中也有大量應(yīng)用，例如將執(zhí)行器用于抓具，圖2.16為傳感器、執(zhí)行器的應(yīng)用6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.1傳感器和執(zhí)行器圖2-17傳感器與執(zhí)行器的應(yīng)用6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.2網(wǎng)絡(luò)連接和通信技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸，加入物聯(lián)網(wǎng)的物體可通過這個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不管以什么方式接入網(wǎng)絡(luò)，最終都有能力通過TCP/IP與互聯(lián)網(wǎng)上的其他個體進(jìn)行通信REF_Ref162256706\r\h[30]。物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)相對于互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)要豐富得多，一方面它繼承了互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，另一方面也因為物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和設(shè)備的特殊性而誕生了很多適宜的組網(wǎng)技術(shù)。在一個物聯(lián)網(wǎng)場景中，每個設(shè)備或主機(jī)都以一定的方式連接到物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中。連接的形式基本上可以分為有線連接或無線連接，不同類型的設(shè)備可能選擇不同的連接方式，最終形成一個可互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。常見的連接方式可分為有線連接和無線連接。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在本質(zhì)上是關(guān)于設(shè)備或過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。沒有連接，物聯(lián)網(wǎng)就不可能存在，物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的設(shè)備只有連接到其他設(shè)備才能工作。目前有很多種技術(shù)可以提供這種連接，如圖2-18所示。6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.2網(wǎng)絡(luò)連接和通信技術(shù)圖2-18物聯(lián)網(wǎng)中的連接技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信技術(shù)的選型和優(yōu)化是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能和可靠性的關(guān)鍵因素。設(shè)備之間的通信需要遵循一定的協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和時效性。這些協(xié)議可以分為應(yīng)用層協(xié)議、傳輸層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，其中應(yīng)用層協(xié)議主要負(fù)責(zé)處理具體的應(yīng)用場景，如智能家居、智能交通、智能能源等，傳輸層協(xié)議負(fù)責(zé)在應(yīng)用層協(xié)議之上提供端到端的通信服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議負(fù)責(zé)在傳輸層協(xié)議之上實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備之間的通信主要依賴于以下幾種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信技術(shù)：6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.2網(wǎng)絡(luò)連接和通信技術(shù)（1）MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport)：一種輕量級的消息傳送協(xié)議，主要用于實時傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)，具有低延遲、低帶寬、高可靠性等特點。（3）HTTP(HypertextTransferProtocol)：一種文本傳輸協(xié)議，主要用于實現(xiàn)Web應(yīng)用程序的通信。（2）CoAP(ConstrainedApplicationProtocol)：一種適用于受限制環(huán)境的應(yīng)用層協(xié)議，主要用于實現(xiàn)設(shè)備間的簡單、快速、可靠的通信。（4）DDS(DataDistributionService)：一種實時數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，主要用于實現(xiàn)高性能、高可靠性的設(shè)備間通信。23416物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.2網(wǎng)絡(luò)連接和通信技術(shù)（5）LoRaWAN：一種低功耗、長距離無線通信技術(shù)，主要用于實現(xiàn)大面積的設(shè)備間通信。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域面臨著許多挑戰(zhàn)，隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信技術(shù)的性能和可靠性將變得至關(guān)重要。未來，我們可以期待更高效、更安全、更保護(hù)隱私、更可靠的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信技術(shù)的發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備擴(kuò)展至海洋、太空等人類活動較遠(yuǎn)的地方，低功耗、長距離的通信技術(shù)將成為關(guān)鍵，如何實現(xiàn)更低功耗、更長距離的無線通信技術(shù)，以滿足未來的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備更智能化、自主化的需求，是目前亟需解決的工程難點。6物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)6.3數(shù)據(jù)存儲和處理物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)存儲和處理需求具有大規(guī)模、實時性、多樣性和不確定性等特點。結(jié)合這些特點，可利用分布式存儲技術(shù)，來實現(xiàn)高可擴(kuò)展性、高性能和高可靠性。同時，針對數(shù)據(jù)生成