0 引 言

　　隨著智能制造與生活的融合度越來越高,，智能產(chǎn)品逐漸應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活，且已滲透進(jìn)了工業(yè),、醫(yī)學(xué),、服務(wù)、教育,、生活等多個領(lǐng)域,。結(jié)合全球智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，保守估計未來幾年全球智能制造行業(yè)將保持 15% 左右的年均復(fù)合增速,，預(yù)計到 2023 年全球智能制造的產(chǎn)值將達(dá) 2.3 萬億美元左右 [1],。

　　在現(xiàn)階段傳統(tǒng)模式運(yùn)行下，融入有線或無線互聯(lián)技術(shù),，可大大提升效率,、降低成本、節(jié)約勞力并提高產(chǎn)量,。但同時,，智能制造工廠的建設(shè)意味著大量電子電氣設(shè)施的融合，隱藏著電磁干擾隱患,。智能工廠中的噪聲源主要包括電磁閥,、電子開關(guān)、變頻器,、穩(wěn)壓器,、伺服電機(jī)、電弧焊機(jī),、傳感器、交換機(jī)等,，其工作時均會不可避免地產(chǎn)生大量的電磁干擾 ,；配置的大型設(shè)備、金屬機(jī)箱,、機(jī)柜等金屬材質(zhì)存在無聲的電磁波反射,、散射,，這一系列現(xiàn)象均為工廠智能裝備的互聯(lián)埋藏了不可忽視的電磁干擾隱患。加之 WiFi,，ZigBee,，RFID，4G 等無線解決方案在智能工廠中的大量應(yīng)用,，與商用和民用互聯(lián)網(wǎng)通信的環(huán)境相比,，智能制造工廠電磁環(huán)境更加特殊、復(fù)雜,，這對于電磁環(huán)境本身及其對產(chǎn)品性能與質(zhì)量的影響日漸突出,。

　　1 國內(nèi)外智能制造工廠對復(fù)雜電磁環(huán)境的研究

　　電磁干擾通過電磁傳導(dǎo)、輻射的方式耦合到產(chǎn)品中,，造成產(chǎn)品內(nèi)部各系統(tǒng)間的電磁干擾問題不斷突出,。例如，控制系統(tǒng)產(chǎn)生大系統(tǒng)的誤工作導(dǎo)致關(guān)鍵電子元器件燒毀,、電氣絕緣擊穿等,。因此，產(chǎn)品的設(shè)計,、系統(tǒng)兼容性,、可靠性、安全性等關(guān)系到質(zhì)量保證的全過程 [3],。

　　智能制造工廠的電磁環(huán)境及電子設(shè)備對產(chǎn)品質(zhì)量可靠性,、一致性有重大影響作用，越來越引起廠家的高度重視 [4-5],。隨著發(fā)射功率的增強(qiáng),、智能傳感設(shè)備接收靈敏度的提高，體積小,，集成度更高,、更靈敏的集成電路的應(yīng)用更加廣泛。各類智能制造工廠中各種電子電氣設(shè)備在有限的空間內(nèi)要同時進(jìn)行密集,、高效,、精準(zhǔn)的互聯(lián)協(xié)同工作，由此帶來的設(shè)備之間的磁干擾影響已成為至關(guān)重要且必須解決的問題,。

　　1.1 國內(nèi)智能制造工廠電磁環(huán)境成功解決案例

　　智能制造工廠系統(tǒng)解決方案主要包括用于研發(fā),、制造、物流,、企業(yè)管理等環(huán)節(jié)的各種控制,、優(yōu)化和管理系統(tǒng)，以及基于智能裝備（工業(yè)機(jī)器人等）的系統(tǒng)集成 [6],。市場的穩(wěn)步推進(jìn)帶動了供應(yīng)商的蓬勃發(fā)展,，在工業(yè)自動化,、工業(yè)軟件、智能裝備,、整體解決方案等各個領(lǐng)域涌現(xiàn)出眾多不同類型的供應(yīng)商,。據(jù)不完全統(tǒng)計，有超過 1.2 萬家智能制造裝備,、工業(yè)自動化,、工業(yè)軟件供應(yīng)商等參與了各類智能制造項(xiàng)目。

　　案例一 ：基于工業(yè)無源光纖網(wǎng)絡(luò)（PON）的工程機(jī)械互聯(lián)互通解決方案 [1],。某企業(yè)基于 PON 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和 3G/4G,，WiFi 等無線網(wǎng)絡(luò)，將企業(yè)的生產(chǎn)過程控制,、運(yùn)行,、管理作為整體進(jìn)行控制與管理，促進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合,。項(xiàng)目實(shí)施后,，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)扁平化，滿足了多業(yè)務(wù)承載,，提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,，抗電磁干擾能力強(qiáng)，達(dá)到了千兆高帶寬,。實(shí)現(xiàn)了企業(yè)信息化,、工業(yè)生產(chǎn)安全、資源配置優(yōu)化,，解決了智能制造信息孤島互聯(lián),。采用工業(yè) PON 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建低時延、高可靠,、廣覆蓋的通信網(wǎng)絡(luò),，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)智能制造車間信息的高速橫向集成。

　　案例二 ：針對設(shè)備信息實(shí)時監(jiān)控及安全運(yùn)行需求,，提供遠(yuǎn)程運(yùn)維解決方案 [2],。哈爾濱電氣集團(tuán)有限公司研制了“于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)電設(shè)備全生命周期服務(wù)支持系統(tǒng)”，該系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)支撐,，通過互聯(lián)網(wǎng)將發(fā)電設(shè)備的制造企業(yè)和電廠集聚在這個平臺上,，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電設(shè)備運(yùn)行信息的資源共享，抗電磁干擾性能較高,，通過感知器件對發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)采集,，可隨時檢測到機(jī)組的運(yùn)行情況。項(xiàng)目實(shí)施后,，實(shí)現(xiàn)了對三峽,、向家壩及溪洛三個電站中發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的十八臺巨型水輪發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程診斷工作，為用戶提供及時準(zhǔn)確的服務(wù),，保證機(jī)組的安全運(yùn)行,。

　　案例三 ：針對設(shè)備老化、勞動強(qiáng)度大的問題,，提供機(jī)電一體化改造解決方案 [2],。菲尼克斯根據(jù)客戶需求，對象鼻嘴電站及月兒山電站進(jìn)行機(jī)電一體化改造,。通過使用控制系統(tǒng)提高 CPU 模塊,、I/O 模塊的抗沖擊性能，以及抗電磁干擾性能 ,；采用可編程邏輯控制器（PLC）,，保證整個下位控制系統(tǒng)快速響應(yīng)上位要求、快速采集現(xiàn)場信號,。項(xiàng)目實(shí)施后,，滿足自動發(fā)電控制和自動電壓控制的要求，電站維護(hù)和調(diào)試工作簡單易行,，滿足無人化,、少人化值守。

　　1.2 國外研究機(jī)構(gòu)對智能工廠電磁環(huán)境研究案例

　　自 1996 年 1 月起,，歐盟所有電子產(chǎn)品均須遵守歐洲委員會的特定指令,，以限制任何產(chǎn)品的電磁發(fā)射，加強(qiáng)容許范圍,，使產(chǎn)品免受干擾,，從而把電磁污染的擴(kuò)散減至最低，同時制定了關(guān)于住宅,、商業(yè)與輕工業(yè)場所的電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),。從IEEE 文獻(xiàn)研究中可以看出，國外對電磁環(huán)境研究的特點(diǎn)為 ：

　?。?）重視電磁兼容性基礎(chǔ)研究,，從傳導(dǎo)、輻射,、靜電,、電磁脈沖等電磁場理論上，研究其對產(chǎn)品質(zhì)量的失效分析機(jī)理 ,；

　?。?）重視電磁干擾環(huán)境下的防護(hù)與控制措施，設(shè)備和系統(tǒng)本身應(yīng)盡可能選用互干擾最小的部件電路,，采用屏蔽,、接 地,、濾波等合理布局技術(shù) ；

　?。?）重視與新技術(shù)的相互結(jié)合,，如基于智能制造的電磁干擾分析研究。

　　國外智能工廠的測量,、分析并解決電磁干擾問題的實(shí)例介紹如下,。

　　案例一 ：研究對智能造紙廠無線工業(yè)通信系統(tǒng)的電磁干擾破壞性影響 [7]。對工廠進(jìn)行電場強(qiáng)度和幅度概率分布（APD）測量,，以表征工業(yè)造紙廠中的電磁干擾大小,，創(chuàng)建電磁環(huán)境模型，對當(dāng)前的無線技術(shù)進(jìn)行漏洞分析,，為無線應(yīng)用原型開發(fā)提出改進(jìn)建議并實(shí)施改造,。

　　案例二 ：研究智能車載零部件工廠基礎(chǔ)設(shè)施中的射頻電磁特性 [8]。在 2.4 GHz 工業(yè)科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段進(jìn)行測量,，其中包括藍(lán)牙,，ZigBee，WiFi 和超寬帶無線技術(shù),。分析結(jié)果表明,，工業(yè)加熱器、射頻照明和焊接設(shè)備是 2.4 GHz ISM 頻段中常見的射頻干擾源,，且在工業(yè)電磁環(huán)境中,，這種干擾由其他無線技術(shù)或電磁輻射引起，工業(yè)和工廠設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾會對無線性能造成較大破壞,。

　　案例三 ：研究智能注塑工具成型工廠中電磁噪聲的原因 [9],。通過對工廠內(nèi)電磁環(huán)境的調(diào)查，找出其根源電磁噪聲,，提出主動與被動相結(jié)合的抗電磁干擾策略,，給出具體的適用于工業(yè)測控系統(tǒng)的屏蔽、吸收,、緩沖,、濾波、接地,、電氣布線,、布線、軟件陷阱和軟件消抖等抗干擾措施,，實(shí)施這些策略與措施能夠顯著提高電子測控系統(tǒng)的電磁兼容性能,。

　　2 下一步工作思考和有關(guān)建議

　　眾所周知，智能制造工業(yè)和工廠環(huán)境對無線通信提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，工業(yè)環(huán)境各有不同,，可能對有效的無線通信造成特殊障礙,。在過去快速發(fā)展的幾年中，國內(nèi)外文獻(xiàn)中報道了許多以電磁干擾為主要原因的嚴(yán)重事故,，并證實(shí)了對這些苛刻環(huán)境研究的迫切需要,。因此，涉及無線通信的工業(yè)應(yīng)用必須同時滿足嚴(yán)格的實(shí)時及可靠性要求,，否則可能導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量,。

　　2.1 做好頂層設(shè)計,，完善標(biāo)準(zhǔn)體系

　　借鑒美國、歐盟,、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)經(jīng)驗(yàn),，注重頂層設(shè)計，加快制定我國智能制造標(biāo)準(zhǔn)化體系發(fā)展戰(zhàn)略,。智能制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍涉及眾多部門和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織,，建議在國家智能制造國家標(biāo)準(zhǔn)化總體組、專家咨詢組的統(tǒng)籌規(guī)劃下,，梳理智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系脈絡(luò),，把握產(chǎn)業(yè)未來重點(diǎn)發(fā)展方向。

　?。?）深入基層搞好調(diào)研,，找準(zhǔn)問題、抓住需求,，制定出既符合實(shí)際又能指導(dǎo)長遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略綱要,，發(fā)揮各部門的作用，緊密協(xié)作,。

　?。?）加強(qiáng)部門協(xié)同配合，在發(fā)展規(guī)劃,、扶持政策和人才培養(yǎng)等方面,，豐富智能制造標(biāo)準(zhǔn)化體系內(nèi)涵。

　?。?）理清頂層設(shè)計邊界,，做有限的推進(jìn)，不可能畢其功于一役,，不在于制定多少新標(biāo)準(zhǔn),，而在于全社會應(yīng)用的效果。要與貫徹落實(shí)中央提出的一系列重大決策和工作部署相結(jié)合，按照“急用先行,、成熟先上”的原則,，以加快形成自主知識產(chǎn)權(quán)和自主標(biāo)準(zhǔn)作為“中國創(chuàng)造”重要突破口。

　　2.2 加大經(jīng)費(fèi)投入,，重視基礎(chǔ)研究

　　對典型智能制造工廠的電磁環(huán)境進(jìn)行分析研究,，了解干擾源的噪聲特性，并根據(jù)行業(yè)領(lǐng)域及工廠電磁環(huán)境特點(diǎn),，進(jìn)一步優(yōu)化工廠整體布局,、性能評估及制造系統(tǒng)驗(yàn)證等，更好地發(fā)揮電磁環(huán)境基礎(chǔ)研究作用,，保障工廠智能制造的安全,、有序、可靠生產(chǎn),，推動各行業(yè)發(fā)展,。增加對電磁環(huán)境研究機(jī)構(gòu)工作的經(jīng)費(fèi)預(yù)算，建立穩(wěn)定的經(jīng)費(fèi)保障,。

　?。?）增加基礎(chǔ)研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入，加大對研究機(jī)構(gòu)的扶持力度,，發(fā)揮其公益性作用,，重點(diǎn)扶持電磁環(huán)境基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、自主創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施工作,。

　?。?）設(shè)立電磁環(huán)境技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，研究電磁干擾環(huán)境應(yīng)力下產(chǎn)品失效機(jī)理,，保證生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠保持其設(shè)計的耐環(huán)境能力,，提高其對環(huán)境的適應(yīng)性和可靠性。

　?。?）增強(qiáng)中央企業(yè)和科研院所電磁技術(shù)研究能力,，摸清楚各領(lǐng)域智能工廠特殊性，豐富電磁環(huán)境典型數(shù)據(jù),，加快研制自主創(chuàng)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),，提升智能制造基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的自主可控水平。

　　2.3 激發(fā)人才動力,，推動科技創(chuàng)新

　　發(fā)揮科技創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化對智能制造的技術(shù)驅(qū)動和引領(lǐng)作用,，提升智能制造核心競爭力，推動產(chǎn)業(yè),、標(biāo)準(zhǔn)和科技創(chuàng)新協(xié)調(diào)在更高水平上協(xié)同發(fā)展,。

　?。?）加強(qiáng)對科研人員的能力培養(yǎng)，尤其注意電磁大數(shù)據(jù)仿真,、采集應(yīng)用等專業(yè)人才培養(yǎng) [10],，加大科技創(chuàng)新獎勵力度，將知識產(chǎn)權(quán),、電磁環(huán)境設(shè)計咨詢及成果轉(zhuǎn)化作為依據(jù),，加強(qiáng)科技與標(biāo)準(zhǔn)互動，推進(jìn)智能制造電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化評價試點(diǎn)工作,。

　?。?）建立智能制造工廠電磁大數(shù)據(jù)庫，做好電磁環(huán)境監(jiān)測,，以科技創(chuàng)新提升智能制造產(chǎn)品質(zhì)量水平,，促進(jìn)科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，加快重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)研制與推廣,。

　　（3）發(fā)揮創(chuàng)新引領(lǐng)作用,，培育關(guān)于電磁環(huán)境智能制造系統(tǒng)解決方案,，個性化定制到互聯(lián)工廠，依靠科技創(chuàng)新大力推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新,，從而提升產(chǎn)品,、產(chǎn)業(yè)質(zhì)量，帶動產(chǎn)品向高端轉(zhuǎn)化,。

　　3 結(jié) 語

　　智能化的普及與應(yīng)用雖提高了生產(chǎn)效率,，但也給電磁環(huán)境控制帶來了新的挑戰(zhàn)。目前,，我國對該領(lǐng)域的研究技術(shù)論文較少,，國內(nèi)企業(yè)還沒意識到或還沒能找到較好的技術(shù)方案，本文歸納國外成功案例,，并有針對性地提出相關(guān)工作建議,，為智能化產(chǎn)業(yè)掌握電磁環(huán)境第一手資料，并以此分析其特點(diǎn)的重要性提供有力支撐,，更好地指導(dǎo)智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。