技術(shù)角度的產(chǎn)業(yè)制造發(fā)展智能化策略研究

摘要：智能制造的關(guān)鍵是智能制造技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)多而復(fù)雜。制造業(yè)智能化是指各個制造產(chǎn)業(yè)的智能化，我國制造產(chǎn)業(yè)眾多，各產(chǎn)業(yè)各有其復(fù)雜性與特點，對智能制造技術(shù)的應(yīng)用也各具特色，從行業(yè)方面對技術(shù)應(yīng)用加以研究十分必要。典型行業(yè)如汽車制造、航天航空制造，智能工藝和智能戰(zhàn)略導向下的智能管理對汽車制造有促進作用，新型智能技術(shù)如虛擬現(xiàn)實技術(shù)加速了航天航空業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能工藝智能工廠物聯(lián)網(wǎng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)

發(fā)展民族經(jīng)濟，振興民族產(chǎn)業(yè)必須緊緊依靠先進制造業(yè)的發(fā)展。而先進制造業(yè)的典型代表是智能制造，只有將智能制造深入到不同產(chǎn)業(yè)，用智能技術(shù)武裝產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)，才能使產(chǎn)業(yè)獲得巨大發(fā)展，使趕超世界先進制造強國的中國夢得以實現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的智能化是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它需要在整體層面上的戰(zhàn)略規(guī)劃，還需要在技術(shù)層面上的策略安排。我國產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域眾多，其特點各異，推進產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)智能化應(yīng)該根據(jù)不同產(chǎn)業(yè)的具體情況，有針對性的開展。出于篇幅和水平限制，本文擬對汽車制造業(yè)、航空航天業(yè)兩個行業(yè)的生產(chǎn)，探討各自的智能化發(fā)展策略。

一、以智能工藝與智能戰(zhàn)略取勝汽車制造業(yè)

汽車制造智能化可以從智能工藝和智能戰(zhàn)略下功夫。智能戰(zhàn)略這種軟性手段是確保智能工藝這種硬技術(shù)實施成功的必要條件。

（一）智能工藝顯身手

汽車制造由許多不同的工藝組成。要做到制造過程的智能化，就要從每一道工序，即基本單元上的智能化開始。工序智能化是整車制造智能化的基礎(chǔ)。汽車制造基本工藝包括沖壓工藝、焊接工藝、涂裝工藝和總裝工藝。

1.智能沖壓。智能沖壓一般由1臺2500t伺服壓力機、3臺1000t機械壓力機以及5臺橫桿機器人上下料自動線組成。生產(chǎn)實現(xiàn)了無人化、自動化，其節(jié)拍高、效率高，一方面降低了勞動強度，另一方面提高了設(shè)備利用率，此外還保證了生產(chǎn)安全和工人的健康。

2.智能焊接。智能焊接依靠數(shù)字化設(shè)計，采用虛擬仿真技術(shù)，優(yōu)化了生產(chǎn)布局，合理化了加工過程，標準化了機器人操作，使生產(chǎn)的設(shè)計、加工、裝配比傳統(tǒng)工藝提高五倍以上。不但節(jié)約時間，而且質(zhì)量優(yōu)異，大幅提高經(jīng)濟效益。在復(fù)雜生產(chǎn)線的安裝調(diào)試方面，基本能達到一次成功。

焊接智能化后，生產(chǎn)線廣泛使用工業(yè)機器人，尤其在點焊、弧焊和包邊，機器人操作的準確率、優(yōu)質(zhì)率高于普通工人，從而實現(xiàn)了全線生產(chǎn)的節(jié)拍高、質(zhì)量優(yōu)和生產(chǎn)自動化。其中在4平臺6車型柔性共線生產(chǎn)，裝配上柔性高速臺車，實現(xiàn)了柔性化生產(chǎn)。

3.智能涂裝。同樣，智能涂裝也對全過程采用數(shù)字仿真優(yōu)化技術(shù)，做到了前處理電泳輸送設(shè)備的高節(jié)拍、高柔性和高自動化，多平臺車型生產(chǎn)實現(xiàn)并行化與柔性化，控制系統(tǒng)準確地實時跟蹤車身，及時調(diào)整，確保電泳效果的最佳。

智能涂裝廣泛使用自動噴涂機器人和涂膠機器人，其中自動噴涂機器人包括自動擦凈機器人、噴涂機器人和旋杯噴涂機器人。機器人的使用自動化程度高，勞動強度低，噴涂均勻，外觀優(yōu)美，不易出故障，十分可靠，此外還具有操作簡單，靈活性與柔性俱佳，噴涂和底涂的質(zhì)量都很高，節(jié)拍50s/臺以上，效率極高等特點，可以避免操作中車身的二次污染，提高底涂抗石擊性能。

4.智能總裝?？傃b智能對總裝車間系統(tǒng)，可以應(yīng)用自動化。它包括動力總成轉(zhuǎn)接系統(tǒng)、AGV系統(tǒng)、輪胎裝配系統(tǒng)、風窗玻璃涂膠裝配系統(tǒng)的自動化。管理信息系統(tǒng)是總裝自動化的基礎(chǔ)，其中，ERP、MES、質(zhì)量管理系統(tǒng)、供應(yīng)商管理系統(tǒng)的作用很大，它們實現(xiàn)了精準配送、精益化生產(chǎn)管理。EOL診斷系統(tǒng)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運用，能自動采集和存儲各個工位的加工數(shù)據(jù)，有效控制生產(chǎn)、加工和裝配質(zhì)量，追溯質(zhì)量問題的根源。例如SPS+防錯系統(tǒng)的采用，就能起到效率提高和質(zhì)量穩(wěn)定的雙重效果。再如，利用模塊化直送模式裝配儀表臺、座椅、輪胎、后橋，也能實現(xiàn)總裝的自動化、效率化和精準化。

5.智能工藝的條件。為了實現(xiàn)以上四大智能工藝，企業(yè)必須建立一些必備的條件。例如建立工廠自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)符合混線排序生產(chǎn)模式，是全控制平臺，準以太網(wǎng)接口及數(shù)據(jù)采集格式，全程監(jiān)控運作狀況，動態(tài)采集運行數(shù)據(jù)，與其他自動化系統(tǒng)對接，該系統(tǒng)具有多個加工各環(huán)節(jié)的AVI站點，它帶有條碼掃描功能，可實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)。此外，智能工藝的實現(xiàn)還有賴于信息系統(tǒng)與車間設(shè)備集成。

（二）智能戰(zhàn)略統(tǒng)領(lǐng)汽車制造

智能戰(zhàn)略指引、規(guī)定著汽車工業(yè)的發(fā)展方向。雖然各汽車制造企業(yè)具體戰(zhàn)略各異，但在工廠、物聯(lián)網(wǎng)、制造模式、產(chǎn)品與服務(wù)這四個方面要做好統(tǒng)籌規(guī)劃。

1.建設(shè)智能工廠。首先，實施自動化流水線。進行標準化生產(chǎn)，實現(xiàn)沖壓、焊裝、噴涂、總裝的全程自動化，廣泛采用機器人進行焊裝、涂裝，利用RFID射頻識別系統(tǒng)實時采集信息，建設(shè)AGV自動物流系統(tǒng)。其次，建立ERP、MES系統(tǒng)。并將這些系統(tǒng)與控制系統(tǒng)集成，無縫銜接管理數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。其三，建設(shè)PDM、P L M系統(tǒng)。采用三維仿真技術(shù)，事先模擬優(yōu)化生產(chǎn)制造，以數(shù)字化虛擬技術(shù)最優(yōu)化操作過程。其四，實施精益化生產(chǎn)。例如進行看板管理，即采用電子屏顯示，運用RFID技術(shù)，依靠后道工序的需求來拉動前道工序運作。其五，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)采集與分析。

2.開發(fā)面向管理的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。智能化管理技術(shù)之一是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用帶給企業(yè)的成果是：效率提高，質(zhì)量提升，成本節(jié)約。如何在汽車制造企業(yè)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呢？

第一，處理供應(yīng)鏈上下游企業(yè)信息。實現(xiàn)訂單、庫存、生產(chǎn)、物流的匹配，實現(xiàn)生產(chǎn)同供應(yīng)及銷售相協(xié)調(diào)。例如，對銷售商庫存產(chǎn)品錄入登記，隨時跟蹤、滿足其訂貨需要。

第二，建立虛擬平臺。實現(xiàn)虛擬設(shè)計、虛擬開發(fā)，虛擬管理，以虛擬數(shù)據(jù)完成產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計，并反饋給研發(fā)者與制造者，完成虛實結(jié)合的生產(chǎn)過程。

第三，做好信息反饋。尤其是把制造相關(guān)信息反饋給管理層，實現(xiàn)管理層的相機而動。例如，建立各種管理信息系統(tǒng)，并予以集成，為管理層提供信息和決策支持。

3.以智能銷售拉動汽車制造。市場決定生產(chǎn)，只有滿足消費需求的銷售才能帶動、激活生產(chǎn)。近年智能型銷售層出不窮，例如定制型銷售、營銷大數(shù)據(jù)分析、客戶關(guān)系管理等，開發(fā)出這些新型營銷系統(tǒng)后，再與ERP集成，實現(xiàn)生產(chǎn)信息與銷售信息銜接。電子商務(wù)極大促進了汽車銷售，銷售商努力收集客戶信息，進行營銷大數(shù)據(jù)分析，對客戶進行畫像數(shù)據(jù)統(tǒng)計，描繪客戶偏好圖，開發(fā)客戶價值管理系統(tǒng)。

4.以產(chǎn)品和服務(wù)的智能化占領(lǐng)汽車市場。服務(wù)也是產(chǎn)品。在產(chǎn)品方面，應(yīng)做到自動駕駛、自動安全、自動避讓等車體的智能化。在服務(wù)方面，使用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時監(jiān)控汽車使用狀況，自動得出維護方案，通過分析大數(shù)據(jù)，企業(yè)能夠提供給客戶良好的售后服務(wù)，例如維護、保養(yǎng)、技術(shù)升級，提高附加價值，降低全生命期使用成本。

二、領(lǐng)跑智能制造的航天航空業(yè)

航天航空制造業(yè)是世界制造業(yè)的最高端，它體現(xiàn)了復(fù)雜性、先進性的特點，也走在智能制造的最前沿。

（一）飛行智能制造技術(shù)應(yīng)用分析

國際上飛行制造業(yè)競爭十分激烈，以智能制造為標志的獨特飛行制造技術(shù)被航天大國加以應(yīng)用，波音、空中客車等巨無霸飛機制造公司也密集使用這些技術(shù)。我國飛機制造企業(yè)也應(yīng)該應(yīng)用，追趕國際先進。

1.飛機健康管理技術(shù)。如同人體健康管理一樣，飛機身體也要進行健康管理。飛機健康管理技術(shù)通過無線網(wǎng)絡(luò)等先進通信技術(shù)與地面指揮調(diào)度中心聯(lián)系，進行飛行狀況數(shù)據(jù)和信息傳送，使地面系統(tǒng)能實時監(jiān)控飛行情況，對飛行數(shù)據(jù)實時動態(tài)分析，讓機組成員、地勤人員和機修人員三方全面掌握飛機健康情況，對確保飛機健康、飛行安全和優(yōu)質(zhì)飛行服務(wù)有極大作用。這種健康監(jiān)控利用了PHM技術(shù)的標準，能對燃油、電源、飛行控制等各種飛機子系統(tǒng)實施監(jiān)控，有利于飛機的保養(yǎng)和維護，使飛機始終保持最佳狀態(tài)。

2.復(fù)合材料技術(shù)。屬于高技術(shù)范圍的復(fù)合材料，在航天器和飛機制造中廣泛使用，這是由復(fù)合材料的優(yōu)質(zhì)性和對飛機身體高質(zhì)量要求決定的。復(fù)合材料重量輕、高彈性、耐火、耐壓力、耐腐蝕、抗疲勞。隨著現(xiàn)代復(fù)合材料技術(shù)的進步，復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用已經(jīng)從非承受力部件擴展到承受力部件，且有大型化和整體化趨勢。該技術(shù)的智能化具體應(yīng)用主要是：研制與生產(chǎn)飛機獨特需要到復(fù)合材料；對飛機結(jié)構(gòu)從使用復(fù)合材料的角度予以設(shè)計；采用有限元技術(shù)、裂紋閉合技術(shù)，以虛擬和實驗手段對飛機復(fù)合材料評估；機器人加工復(fù)合材料，例如復(fù)合材料的切削、打磨、鉆孔；復(fù)合材料CAD/CAM；復(fù)合材料生產(chǎn)裝配機電一體化；自動鋪層技術(shù)。

3.飛機智能裝配技術(shù)。飛機的部件制造是離散性的，但是最終要經(jīng)過整機的裝配，裝配是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，人、財、物和時間消耗在整架飛機制造中占比例最大，其技術(shù)難度和要求的精確度不言而喻。裝配應(yīng)用技術(shù)主要有：利用三維分析模型進行數(shù)字化裝配設(shè)計；采用仿真技術(shù)對裝配過程進行虛擬設(shè)計；以機器人實施自動鉆鉚；對數(shù)字工藝設(shè)計技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)加以運用；把工藝裝備嵌入自動計量網(wǎng)絡(luò)；實現(xiàn)裝配現(xiàn)場與工藝可視化；實現(xiàn)自動監(jiān)控、自動測量。

4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)式制造技術(shù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)促進了制造組織、生產(chǎn)模式的改變。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)使飛機制造更具協(xié)調(diào)性，使生產(chǎn)管理技術(shù)更好的實現(xiàn)了知識共享，供應(yīng)鏈更加協(xié)同、優(yōu)化和高效?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+制造”的模式帶給飛機制造的結(jié)局是：設(shè)計、物流、生產(chǎn)和諧化，成本、質(zhì)量、效益合理匹配，知識管理工程更好地得到應(yīng)用?？傊?，網(wǎng)絡(luò)化飛機制造充分體現(xiàn)了飛機制造的智能化特點。

（二）虛擬現(xiàn)實技術(shù)推進航天航空制造智能化

1.三種虛擬現(xiàn)實技術(shù)?，F(xiàn)實技術(shù)是智能技術(shù)的典型代表。雖然是現(xiàn)實技術(shù)，但突出特點是虛擬性，即虛擬化了的現(xiàn)實。這里重點討論虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實三種技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）。它由計算機交互作用，組成仿真系統(tǒng)，形成感受功能，感知事物位置、狀態(tài)及動作，取代人類感覺器官，增強感受效果，強化感受反饋，使感受人有一種置身于仿真化的、虛擬環(huán)境的體驗，感受到了三維空間中的立體實物，形成沉浸式的心理體驗。虛擬現(xiàn)實包括虛擬世界、沉浸感、感覺反饋及交互性四個關(guān)鍵技術(shù)。

增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）。它融合了虛擬信息與真實現(xiàn)場，它把虛擬信息真實化，即通過文字、圖像、視頻、音頻、觸覺手段，把虛擬信息轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實體驗，使感受人從完全的虛擬環(huán)境中跳出來，進入被合成的真實環(huán)境里，使感受更直觀、形象。這是一種虛實結(jié)合的技術(shù)，實現(xiàn)了實時交互和三維注冊。

混合現(xiàn)實技術(shù)（MR）。如果真實環(huán)境和虛擬環(huán)境是兩種極端環(huán)境，那么混合現(xiàn)實環(huán)境就是夾在它們中間的一種狀態(tài)，它混合了真實和虛擬兩種成分，把真實世界與虛擬世界的無縫連接。

2.工藝評審的虛擬現(xiàn)實。飛機制造和裝配工藝，要經(jīng)過評審合格后才能運用。其目的是確保圖紙、模型、文件可行，解決設(shè)計矛盾，掃除技術(shù)障礙。傳統(tǒng)的人工審查，效率低，失誤多，勞動量大，精確度高。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行工藝評審后，評審人置身于虛擬環(huán)境中，以3D仿真技術(shù)模擬制造過程，評價虛擬事物轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的可能性。這種評審省時省力，可靠性高。

3.工藝仿真的虛擬現(xiàn)實。智能化的飛機工藝設(shè)計采用仿真設(shè)計方式，建立仿真模型，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入仿真中，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)與工藝仿真軟件集成，建立沉浸式、交互式仿真環(huán)境，使工藝設(shè)計人員沉浸到虛擬環(huán)境中，在工藝設(shè)計中，進行各種仿真活動，在虛擬世界中，感受信息、分析信息，在仿真中加入人的經(jīng)驗，做出科學預(yù)測。這一類過程有：工藝數(shù)字樣機的運動機構(gòu)模擬、空間分析與漫游，飛機全要素虛擬裝配、飛機裝配過程人機工程評估、工藝布局仿真與優(yōu)化、交互式虛擬試驗。

4.操作指南的虛擬現(xiàn)實。傳統(tǒng)的操作指南以文檔式的方式來靜態(tài)表示，常為2D 圖形。采用怎強現(xiàn)實技術(shù)，在生產(chǎn)現(xiàn)場，建立增強現(xiàn)實的三維操作指南，把“虛”與“實”有效結(jié)合，在虛擬信息中實現(xiàn)真實的觀察感受，把操作要求與立體畫面疊加到加工實體上，使操作人增強對虛擬信息的理解，并將虛擬信息現(xiàn)實化，給操作人直觀而真實的體驗，提升其認知力，更有效地發(fā)揮操作指南的作用，使指南易于理解，便于操作，提高操作效率和操作準確性。

5.機器人監(jiān)控的虛擬現(xiàn)實。智能機器人在飛機制造過程中被廣泛運用，機器人操作范圍有：制孔、焊接、搬運、涂膠、噴漆、裝配、鉆鉚。這樣，生產(chǎn)過程控制就由分散式改為了集中式，由現(xiàn)場式改為了遠程式，虛擬控制取代了實體控制，實現(xiàn)了“虛”與“實”的有機結(jié)合。虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用于監(jiān)控，使監(jiān)控更真實、靈活、方便和準確。該技術(shù)具備優(yōu)秀的人機交互和沉浸感特點，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入遠程監(jiān)控技術(shù)中，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控的現(xiàn)實性，監(jiān)控人于實時監(jiān)控中有置身其中的真實感受，把觀測到的設(shè)備運行數(shù)據(jù)予以虛擬仿真，從而對設(shè)備實施交互式動態(tài)調(diào)整與控制。再有，在虛擬監(jiān)控場景中，預(yù)設(shè)物與物之間的安全間隔距離，在檢測到物-物距離小于預(yù)設(shè)值使予以報警。

6.全息索引的虛擬現(xiàn)實。飛機部件制造和裝配車間，有大量的設(shè)備、工裝夾具和零部件。生產(chǎn)者必須隨時了解材料、加工、表面處理、檢驗等零件信息，還要獲悉設(shè)備的運行狀態(tài)和基本參數(shù)。他們只能到 PDM、ERP 等系統(tǒng)手動查詢，這是一件麻煩、效率低下額外工作。如果采用全息索引技術(shù)，此問題能夠方便快捷地予以解決，全息索引技術(shù)的基礎(chǔ)是增強現(xiàn)實技術(shù)。使用中，采用文字、動畫和圖表，把欲查詢的信息，放到真實現(xiàn)場中合適的位置，便能感受虛擬物件。進而，在全車間和全廠范圍內(nèi)，使用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，把每一個真實對象都賦予虛擬世界中的唯一身份，達到所有信息搜索的智能化。

制造業(yè)智能化關(guān)鍵是要把智能制造技術(shù)加以應(yīng)用，而制造產(chǎn)業(yè)眾多，每一個產(chǎn)業(yè)各有其特點，應(yīng)用智能技術(shù)都有其特殊性，所以智能化策略也各具特色。制造業(yè)智能化是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，我國每一個產(chǎn)業(yè)部門必須在技術(shù)應(yīng)用上形成自己的策略。

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〔本文系湖南省哲學社會科學基金項目“‘2025湖南智造導向下的制造企業(yè)生產(chǎn)運營技術(shù)管理與實施對策研究”（課題批準號：16YBG021）階段性成果?！?/p>

（陳兵，湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學院經(jīng)貿(mào)學院。）