論智能制造的發(fā)展與智能工廠的實踐

齊鵬飛

摘要：隨著當(dāng)前國家提出的要求制造業(yè)需創(chuàng)新發(fā)展的思路，以提升質(zhì)量和效率為中心，加快信息技術(shù)與制造行業(yè)業(yè)深度層次合作，來推動在制造行業(yè)中實施智能制造，從而達(dá)到加強(qiáng)制造業(yè)的基礎(chǔ)生產(chǎn)能力，實現(xiàn)制造行業(yè)由大變強(qiáng)，汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，推進(jìn)智能制造在汽車行業(yè)的應(yīng)用迎來重大利好。當(dāng)前階段，我國的機(jī)械制造業(yè)仍處于工業(yè)化進(jìn)程中，與其他先進(jìn)國家的相比，有著較為明顯的差距，汽車行業(yè)與國外同行業(yè)相比更是如此，特別是在設(shè)計應(yīng)用、生產(chǎn)加工制造及后期銷售服務(wù)等重要環(huán)節(jié)，差距尤為明顯。隨著資源限制和環(huán)境制約的不斷強(qiáng)化，勞動力等所需成本持續(xù)提升的影響，國內(nèi)的汽車行業(yè)的劣勢和面臨巨大的壓力正在逐漸顯現(xiàn)。在一些關(guān)鍵的環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，促進(jìn)機(jī)械自動化應(yīng)用、信息技術(shù)化、智能化與加工生產(chǎn)深度融合，逐步實施智能制造，從而實現(xiàn)智能工廠生產(chǎn)的具體目標(biāo)，對當(dāng)前的汽車行業(yè)來說，是十分關(guān)鍵和必要的。

關(guān)鍵詞：智能制造;發(fā)展;智能工廠

1智能制造

智能制造技術(shù)的具體定義，在行業(yè)上暫沒有比較具體的定義。目前，比較認(rèn)同的一種定義是，在制造生產(chǎn)加工的各個工序，以一種高度集成與高度柔性的方式，使用計算機(jī)來對人類的制造智能進(jìn)行模擬。因此，智能制造可以在整個機(jī)械制造企業(yè)尤其是在汽車制造業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用，其目標(biāo)有二：1）智能制造應(yīng)用于企業(yè)制造生產(chǎn)中;2）信息化自動化集成應(yīng)用。目前，國內(nèi)在2015年工業(yè)和信息化部公布的“2015年智能制造試點示范專項行動”中，智能制造定義為基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總成。具有以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運(yùn)營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。中國要實施智能制造，必須堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展。其特征主要有以下幾個方面：1）重視工業(yè)基礎(chǔ)，拓寬知識孔徑;2）結(jié)合數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，提升智能效率;3）節(jié)約產(chǎn)業(yè)資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境;4）培養(yǎng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，高端裝備創(chuàng)新。

2當(dāng)前主要工業(yè)國家智能制造相關(guān)發(fā)展規(guī)劃

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器人等新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的擴(kuò)大應(yīng)用，先進(jìn)制造業(yè)重新成為全球工業(yè)大國競爭的主要陣地。我國于2015年正式發(fā)布“中國制造2025”，實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略規(guī)劃，同期，世界各國都積極出臺了相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃，主要有美國先進(jìn)制造業(yè)伙伴計劃、德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略、日本機(jī)器人新戰(zhàn)略與超智能社會5.0戰(zhàn)略、韓國制造業(yè)創(chuàng)新3.0戰(zhàn)略等，都將發(fā)展智能制造作為構(gòu)建本國制造業(yè)競爭優(yōu)勢的重要舉措?！爸袊圃?025”明確提出要以新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向，并規(guī)劃了實施制造強(qiáng)國十年行動綱領(lǐng)，其中提出重點實施智能制造工程，明確提出“緊密圍繞重點制造領(lǐng)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開展新一代信息技術(shù)與制造裝備融合的集成創(chuàng)新和工程應(yīng)用”。

3智能工廠總體技術(shù)框架

智能制造是“中國制造2025”中明確提出實施的五項重大工程之一，而智能工廠是實現(xiàn)智能制造的重要基礎(chǔ)，基于智能工廠可以實現(xiàn)高度智能化、自動化、柔性化和定制化的生產(chǎn)，從而可快速響應(yīng)市場的需求，實現(xiàn)高度定制化的集約化生產(chǎn)。智能工廠總體框架包括三大層級的軟硬件技術(shù)。主要包括產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）和企業(yè)資源計劃（ERP）兩部分，其核心是基于產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)，并通過與ERP系統(tǒng)進(jìn)行集成，構(gòu)建了完整的研發(fā)、制造、管理一體化系統(tǒng)，可完成產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)、制造及運(yùn)營的統(tǒng)一管控。PLM可被看作是企業(yè)以產(chǎn)品為中心建立的各種資源信息中樞，可將企業(yè)人力資源、商業(yè)模式、產(chǎn)品資源信息都整合起來，支持協(xié)同制造、管理和產(chǎn)品信息發(fā)布等，可促進(jìn)產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的創(chuàng)新。車間生產(chǎn)為中間執(zhí)行層，包括計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)執(zhí)行、物料管理、質(zhì)量控制、資源管理、現(xiàn)場管理等模塊。其核心是基于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）實施生產(chǎn)過程管理控制，主要確保生產(chǎn)計劃在制造職能部門的執(zhí)行，統(tǒng)一分發(fā)制造計劃，并對生產(chǎn)現(xiàn)場信息進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。MES通過底層工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信獲取現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)、實物生產(chǎn)記錄等信息的反饋，操作人員和管理人員可跟蹤所有制造資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等）的當(dāng)前狀態(tài)，有效進(jìn)行生產(chǎn)執(zhí)行層面的管控。具體實現(xiàn)包括高級計劃與排程系統(tǒng)（APS）、大屏顯示監(jiān)控終端（PCT）、設(shè)備集成控制（RPC）等部分。生產(chǎn)資源為現(xiàn)場設(shè)備層，包括生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控加工中心等，其核心是基于全集成自動化（TIA）理念構(gòu)建的自動化系統(tǒng)，普遍采用工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)場各類智能設(shè)備信號的互聯(lián)互通，并通過工控機(jī)、可編程控制器（PLC）及工控軟件進(jìn)行生產(chǎn)現(xiàn)場智能設(shè)備的協(xié)調(diào)控制，以及人機(jī)協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)更具靈活性的自動化生產(chǎn)制造過程。

4國產(chǎn)智能制造工廠實踐與應(yīng)用

圍繞智能制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，廣東勁勝智能集團(tuán)有限公司和華中數(shù)控聯(lián)合承擔(dān)國家首批智能制造試點項目“移動終端金屬加工智能制造新模式”。該項目主要面向手機(jī)、平板（PAD）等產(chǎn)品的金屬零件加工制造，且現(xiàn)已實施完成，并通過驗收，建成了國內(nèi)首個國產(chǎn)化智能制造示范工廠，可為離散型智能制造領(lǐng)域提供借鑒。廣東勁勝智能工廠規(guī)劃方案擬采用國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床、國產(chǎn)機(jī)器人、國產(chǎn)工業(yè)軟件構(gòu)建自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化智能工廠。該智能工廠規(guī)劃十條智能生產(chǎn)線，其中：配置180臺高速數(shù)控加工中心，用于手機(jī)復(fù)雜金屬零件加工;配置72臺華數(shù)機(jī)器人，用于配套數(shù)控機(jī)床自動上下料操作;配置25臺有軌導(dǎo)航小車、15臺自動導(dǎo)航小車，用于物料自動搬運(yùn)。將上述設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行互聯(lián)，構(gòu)建基于云數(shù)控平臺的工廠大數(shù)據(jù)集成應(yīng)用，通過核心MES軟件實現(xiàn)制造執(zhí)行管控，并提供與上層PLM軟件連接的交互式接口，提高產(chǎn)品研發(fā)、制造的效率。廣東勁勝智能工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)各模塊關(guān)系如圖4所示。MES軟件集成了生產(chǎn)訂單計劃排程，進(jìn)行生產(chǎn)派工，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度。通過物料拉動物料管理，結(jié)合設(shè)備管理、資源管理及數(shù)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)（DNC）管理，確保生產(chǎn)順利實施執(zhí)行。

5結(jié)論

從技術(shù)角度看，產(chǎn)品生產(chǎn)制造設(shè)備和方式已經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、數(shù)字化等三代制造技術(shù)的發(fā)展過程。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器人等新技術(shù)不斷發(fā)展應(yīng)用，未來數(shù)字化制造將向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。目前，制造業(yè)的智能化升級已經(jīng)成為全球發(fā)展趨勢，我國政府倡導(dǎo)新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，引導(dǎo)高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保型智能工廠的建設(shè)。圍繞“中國制造2025”制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，工信部財政部規(guī)劃在“十三五”期間持續(xù)推進(jìn)實施智能制造示范工程，推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級。隨著各行業(yè)智能制造項目的實施，也將不斷推動智能制造相關(guān)新技術(shù)應(yīng)用，相應(yīng)的在技術(shù)教育領(lǐng)域也將促進(jìn)智能制造各類專業(yè)人才培養(yǎng)的升級。

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（作者單位：長城汽車股份有限公司河北省汽車工程技術(shù)研究中心）