工業(yè)自動化中的智能制造技術(shù)分析

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（北京中科奧特自動化設(shè)備有限公司，北京 102218）

工業(yè)自動化中的智能制造技術(shù)分析

胡福康

（北京中科奧特自動化設(shè)備有限公司，北京 102218）

許多工業(yè)產(chǎn)品，我國都具備了生產(chǎn)的能力。但有的產(chǎn)品技術(shù)含量較低，質(zhì)量較差，與發(fā)達(dá)國家還有很大差距。智能制造技術(shù)是世界上先進(jìn)的工業(yè)制造技術(shù)，是工業(yè)自動化、機(jī)械化、信息化發(fā)展到成熟階段的必然產(chǎn)物，是我國工業(yè)進(jìn)行深度變革的助推器。

工業(yè)自動化；智能制造技術(shù)；人機(jī)界面；模擬生產(chǎn)

1 智能制造技術(shù)的內(nèi)涵

1.1 理論核心

智能制造技術(shù)被稱作21世紀(jì)的工業(yè)制造技術(shù)。它是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)融入到傳統(tǒng)的制造工業(yè)之中，利用計(jì)算機(jī)模擬制造專家的一系列思維活動，與制造機(jī)器結(jié)合起來，執(zhí)行決策、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、裝配、質(zhì)量檢測、銷售等一系列活動的提高工業(yè)制造效率和精度的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)強(qiáng)調(diào)工業(yè)制造過程中的整體“智能化”，通過智能管理中心（IMC）全程參與整個(gè)制造過程。智能加工中心（IMC）是一種智能加工機(jī)器。它與一般的制造中心（MC）最大的區(qū)別是能夠根據(jù)獲取的信息自主調(diào)整自己的動作，以更好的完成制造過程，具有很強(qiáng)的自主調(diào)節(jié)能力。

1.2 信息處理方式

智能加工中心平臺處理信息的方式主要有兩種：一種是智能加工中心和其他智能機(jī)器或者管理人員共享信息協(xié)商策略；一種是智能加工中心的各子系統(tǒng)，如感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)等，從CAD/CAM傳過來的信息數(shù)據(jù)中提取出智能加工中心所需要的信息，并實(shí)現(xiàn)共享。

1.3 系統(tǒng)功能

智能加工中心平臺的功能主要有五種：一是感知功能。智能加工中心根據(jù)傳感器傳來的信息，通過收集、分析、整合來獲取對加工對象和系統(tǒng)狀態(tài)的感知；二是決策功能。智能加工中心在感知的基礎(chǔ)上，作出決策，明確自己的下一步動作；三是控制功能。智能加工中心根據(jù)決策，選擇最優(yōu)的方案進(jìn)行加工，并全程監(jiān)督和維護(hù)；四是通信功能。它主要包括智能制造中心與各子系統(tǒng)之間的信息共享交流以及與管理人員之間的信息交流；五是學(xué)習(xí)功能。智能控制中心通過制造過程獲取知識積累，不斷的改進(jìn)自己的決策。除此以外，它還能從專家和其他智能機(jī)械獲取知識。

2 智能制造技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 能夠?qū)崿F(xiàn)高、精、尖工業(yè)產(chǎn)品的制造

傳統(tǒng)手工制造模式，主要靠人來把控制造的精度。人為把控制造精度與實(shí)際的精度要求的誤差較大，所以常只能制造一些對精度要求不高的普通工業(yè)制成品。一些精度高的車床或者科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，國內(nèi)沒有制造能力，不得不從國外進(jìn)口。每年我國在這方面都需要一筆很大的采購資金。受工業(yè)制造精度差的影響，我國的工業(yè)制造水平持續(xù)保持在一個(gè)中低端的位置，很難取得突破性的進(jìn)展。目前，高端的數(shù)控機(jī)床的很多零部件，我國不具備生產(chǎn)制造的能力，就必須從國外進(jìn)口。我國高端的數(shù)控機(jī)床制造水平與發(fā)達(dá)國家差距大。

工欲善其事，必先利其器。我國要想成為一個(gè)工業(yè)制造強(qiáng)國，在工業(yè)制造高端市場占據(jù)一席之地，必須要具備制造高、精、尖工業(yè)成品的能力。智能制造技術(shù)采用了現(xiàn)代化的信息技術(shù)，通過智能加工中心來把控工業(yè)產(chǎn)品的制造精度。工作人員只需要把相關(guān)的參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中，智能加工中心就能根據(jù)傳入的數(shù)據(jù)，進(jìn)行精確的加工工作，基本不受人為因素的影響，工業(yè)制成品的精度很高。

我國要進(jìn)軍高端的工業(yè)制造市場，離不開智能制造技術(shù)的主力。智能制造技術(shù)可以大幅度的提升我國的工業(yè)制造水平，實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)水平的深度變革。

2.2 能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)效率的大幅提高

傳統(tǒng)手工制造模式，通過手工的方式來完成工業(yè)產(chǎn)品加工制造的分析、測量、組裝等過程。產(chǎn)品的生產(chǎn)速度很慢，無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。在市場競爭激烈的國際市場，傳統(tǒng)手工制造模式無法及時(shí)的滿足客戶大宗量工業(yè)產(chǎn)品采購的需求。手工加工制造，效率低，不能將生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)化為強(qiáng)大的競爭力，無法在國際市場占得一席之地。

智能制造技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)和機(jī)械化相結(jié)合的產(chǎn)物。它通過智能加工的方式展開工業(yè)生產(chǎn)，最大程度的將人從生產(chǎn)過程中解脫出來。由于整個(gè)生產(chǎn)過程受人的因素影響很小，生產(chǎn)效率大幅度的提高。例如以往我國的汽車產(chǎn)量，是以小時(shí)來計(jì)量。生產(chǎn)一輛汽車最快也需要幾個(gè)小時(shí)。但是，如果采用智能制造技術(shù)進(jìn)行汽車生產(chǎn)，一輛汽車制造時(shí)間則只需要幾分鐘甚至幾十秒的時(shí)間。大量的工業(yè)制成品，按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，快速的被制造出來，投入到市場中去。生產(chǎn)效率大幅度的提高，有利于工業(yè)產(chǎn)品市場競爭力的形成。

2.3 能夠增加生產(chǎn)效益

在傳統(tǒng)手工生產(chǎn)模式下，工廠需要雇傭大量的工人參與到生產(chǎn)制造過程中來。大量的雇傭工人，導(dǎo)致了勞動力成本的上漲，生產(chǎn)效益的下降。另外，手工操作，也不能保證工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。很多產(chǎn)品一下生產(chǎn)線，就成了不合格的廢品，無法實(shí)現(xiàn)向商品的轉(zhuǎn)化。這不僅造成了企業(yè)生產(chǎn)效益的縮水，還造成了生產(chǎn)資源的浪費(fèi)。

智能制造技術(shù)的采用，在提高生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本上，有兩個(gè)方面的優(yōu)勢，一是最大程度的程度的降低勞動力成本。在智能生產(chǎn)制造體系的生產(chǎn)過程中，大部分的工作，都由機(jī)器自動完成。工廠不需要大量的增加勞動力成本，來雇傭工人。這提高了工廠的生產(chǎn)效益。例如，中型食品深加工工廠，如果采用手工加工的方式，則需要從社會中雇傭上百名員工。這上百名工人的工資，都將算入到食品生產(chǎn)成本中去。這就降低了食品工廠的生產(chǎn)效益。如果采用智能制造系統(tǒng)，食品工廠則只需要雇傭十幾個(gè)人，便可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的順利高效開展。這就節(jié)約了大量的勞動力成本投入，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成了食品工廠的經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，智能制造系統(tǒng)，在工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，工作人員只需要把制造參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中，智能制造系統(tǒng)就能自動的、高精度的完成加工制造。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，基本不會產(chǎn)生廢品。這種高成功率，極大的減少了不合格產(chǎn)品帶來的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本。

2.4 能夠在生產(chǎn)過程中自動的分析、優(yōu)化、調(diào)整

傳統(tǒng)的手工制造模式，員工要提高生產(chǎn)技能，主要是依靠經(jīng)驗(yàn)的積累和專門的業(yè)務(wù)深造學(xué)習(xí)培訓(xùn)。但是由于手工制造本身的缺陷，不管工人經(jīng)驗(yàn)多豐富，技能多熟練，手工制造的精度、效率都不能與機(jī)器比肩。

智能制造系統(tǒng)，采用先進(jìn)的智能制造技術(shù)，是比單純的機(jī)器制造更高一個(gè)層次的先進(jìn)系統(tǒng)。較之單純的機(jī)器制造。它還具備了自主學(xué)習(xí)，調(diào)整的功能。智能制造系統(tǒng)能根據(jù)現(xiàn)場的反饋，對指令分析、調(diào)整、優(yōu)化，以適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境的變化。這就保證了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 智能制造技術(shù)在工業(yè)中的運(yùn)用

3.1 人機(jī)界面

在智能化工業(yè)生產(chǎn)中，人與智能操控系統(tǒng)之間的信息傳遞主要是通過人機(jī)界面。它在人與智能制作系統(tǒng)之間起著中介作用。一方面，操控者將所要制造的工業(yè)產(chǎn)品的參數(shù)，通過人機(jī)界面輸入到計(jì)算機(jī)中，然后再轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)字語言或指令。智能制造系統(tǒng)據(jù)此展開生產(chǎn)；另一方面，智能制造系統(tǒng)，將生產(chǎn)過程中，遇到的問題以及對問題的分析，通過人機(jī)界面，反饋給操控者。操控者通過智能操控系統(tǒng)的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)了對分散在各處的機(jī)器的集成化管理。目前，我國的智能操控系統(tǒng)，主要應(yīng)用于高、精、尖工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中。

3.2 方便產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案和模型效果圖的生成

智能制造系統(tǒng)的第二大特征是方便工業(yè)產(chǎn)品的圖形設(shè)計(jì)和模型效果圖的展示。當(dāng)有了工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)后，專業(yè)設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)客戶的要求，設(shè)計(jì)出工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)圖紙。以圖紙為基礎(chǔ)，專業(yè)設(shè)計(jì)員可通過專門的軟件（CAD設(shè)計(jì)軟件）再將平面的線狀圖轉(zhuǎn)化為直觀、形象的3D立體模型效果圖?？蛻敉ㄟ^直觀、形象的3D圖象，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。智能制造中心，以圖紙?zhí)峁┑膮?shù)開展生產(chǎn)。除此以外，生產(chǎn)成本、銷售價(jià)格、生產(chǎn)利潤也可以生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ)，展開計(jì)算和分析。這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在我國鋼鐵、汽車、服裝、家具制造等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，并得到了社會的廣泛認(rèn)可。

3.3 模擬生產(chǎn)過程

在智能制造系統(tǒng)正式開展生產(chǎn)前，為了保證生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行，操控人員可以利用計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬。通過生產(chǎn)過程的模擬，操控員可以提前發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)做出分析和調(diào)整。操作員提前模擬整個(gè)生產(chǎn)過程，不僅可以保證整個(gè)生產(chǎn)過程的順利開展，還可以大量的節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。

生產(chǎn)過程的模擬，除了可以應(yīng)用在產(chǎn)前驗(yàn)證階段外，還可以用在故障排查方面。當(dāng)生產(chǎn)遇阻，維修人員還可以通過故障生產(chǎn)過程的模擬，快速找到故障點(diǎn)，及時(shí)維修，減小故障造成的損失。

4 結(jié)語

目前高端的工業(yè)制造市場，我國還是無法涉足，要迎頭趕上發(fā)達(dá)國家，我國必須深入改革工業(yè)生產(chǎn)體系，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域大力推廣智能制造技術(shù)。智能制造技術(shù)具有生產(chǎn)量大、制造精度高、生產(chǎn)利潤大等優(yōu)勢。智能生產(chǎn)技術(shù)可以加快我國工業(yè)生產(chǎn)向高端市場進(jìn)軍的步伐，是我國由制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的助推器。

[1]任愛輝.淺談我國工業(yè)自動化控制技術(shù)的革新[J].數(shù)字化用戶，2013.11:23.

[2]陳劉明.工業(yè)自動化中的智能制造技術(shù)分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011.30:22.

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