隨著《中國制造2025》全面推進,面向鋼鐵行業的智能工廠集成創新、產品研發、工藝、制造、物流等各環節的智能化已經逐步延伸,但是檢測領域尚處于發展初期[1]。隨著越來越多的企業開始進行實驗室智慧化建設,行業逐步對智慧實驗室有了更為清晰地認知和共識,部分環節逐漸解放人力甚至超越人力,實現了降本增效的目標[2-4]。 

1.   智慧實驗室建設目前存在的問題

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

1.1   設備智能化、自動化程度低

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

1.2   不同設備缺乏統一通信接口

鋼鐵材料涉及物理、化學、力學等性能的檢測設備約100臺,這些設備來源于不同生產廠家,各設備之間缺乏統一的數據接口,無法實現標準化的數據處理、上傳、報告。實驗室許多檢測設備并不具備統一的數據通信接口,對該類設備實現智能化、自動化檢測的難度較大,相應的自動化數據采集也存在一定的難度。 

1.3   設備缺乏統一的信息管理平臺

建立智慧實驗室的前提是建立通信設備信息管理平臺和設備基本信息庫,從而進行設備的統一管理,并對設備儀器進行信息查詢和維護。目前實驗室檢測信息委托試驗對于儀器的設備管理、檢定、借用、維護、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,易出現設備信息丟失、損壞、超期等現象,實驗室設備的管理效率低下,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方案

2.1   建立信息一體化統一管理平臺

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、生產管理、庫存管理、采購管理、銷售管理、能源管理和設備管理等多功能于一體的綜合性信息化平臺。該系統旨在通過高度集成和智能化管理,實現研發流程、生產管控、物資管理、銷售服務以及能源設備等方面的全面優化和協同。采用B/S（瀏覽器/服務器）架構,實現以下目的。 

（1）建立企業管理與決策的計算機管理平臺,遵循的統一的數據標準,實現信息資源共享,以消除網絡環境下信息孤島。 

（2）建立統一數據資源中心,實現對數據的集中存儲與管理。 

（3）建立對數據的授權訪問控制機制。 

（4）實現企業各部門協同工作,規范企業流程,提高工作效率。 

（5）實現系統設備與應用的安全可靠運行。 

（6）為企業的經營管理提供科學的技術決策支持。 

（7）建立信息與應用規范,統一應用訪問接口,實現相互訪問數據和功能,并有效組織和管理多個應用系統。 

（8）提供集成個性化服務,滿足企業多樣化的應用服務需求。 

2.2   打造“黑燈實驗室”

智慧實驗室的建設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解放人力的目標。從單個自動化模塊開始,檢測儀器設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,逐步形成可以執行某些特定任務的功能島,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,創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,使整個實驗室的多線任務有效、高效地進行,徹底解放人力,打造“黑燈實驗室”。 

2.3   數智驅動“解放大腦”

經過信息化、數字化處理后,實驗室逐漸“解放大腦”。與此同時,對數據的存儲、處理和應用能力承擔著“解放大腦”的重任。順應互聯網、物聯網、5G（第5代移動通信技術）、大數據及人工智能的發展,智慧實驗室“解放大腦”的推進也在逐步經歷從信息化、數字化到數智化的過程。信息化可使所有試驗、試樣的管理流程和狀態從傳統紙質版轉化為電子版,有利于準確、長久地存儲；在此基礎上,利用數字化手段實現遠程、高效地試驗和運營管理,并繼續產生試驗及管理相關數據；最終,大量高質量、多維度的數據被人工智能充分學習,進行智慧化數據應用,從而自動分析試驗結果、優化試驗流程及管理[5-6]。 

2.4   多維協作建設智慧實驗室

智慧實驗室需要軟硬件螺旋式發展,當“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流程,“黑燈實驗室”精準執行任務并實時反饋情況。智慧實驗室需及時優化、調整試驗進度和流程,最終高效滿足需求。目前,“解放人力”的進程整體快于“解放大腦”,但要達到極致,均還有一段距離。兩者的共同進步需要彼此扶持。 

2.5   智慧實驗室應用前景

高質量數據的產生與應用是智慧實驗室發展的核心。目前,“解放人力”和“解放大腦”都在快速前進,并取得突破性進展,這有賴于行業整體在自動化領域的發展,在提高數據質量的同時也在規模化的增加數據量,以達到快速收集數據的目的。基于此,可以在原有文獻研究和公開數據的基礎上,不斷得到真實試驗產生的“失敗”數據,算法因而不斷迭代,以變得更加精準[7]。應用自動化產品、柔性機器人、實驗室信息管理系統,可以達到無紙化、無人化操作,在此基礎上,實驗室建設逐漸融入了AI（人工智能）算法,通過自然語言處理、機器學習、計算機視覺識別、數據處理與分析等模塊,達到24 h動態監測環境安全。還可根據通量和產出要求,自主評估最佳運行配置、優化試驗進度,全方位管理實驗室核心要素,打造自我驅動的“黑燈實驗室”。可以預見,在AI的幫助下,可以真正實現數字化、數智化,進而搭建試樣進、報告出的智慧實驗室[8-9]。 

3.   結語

鋼鐵材料檢測智慧實驗室的建設目前還處于初步發展階段,數字化和智能化技術發展給智慧實驗室的發展帶來無限的可能性,打破了智慧實驗室建設存在的設備平臺局限性,構建了鋼鐵行業的智能工廠,為“中國制造”向“中國智造”的轉變提供有力支撐。

文章來源——材料與測試網