智能制造技術(shù)在傳統(tǒng)企業(yè)中的應(yīng)用

張子娟

摘要：隨著 5G 和 AI 技術(shù)的進(jìn)步，制造業(yè)生產(chǎn)模式迎來了升級(jí)改造的技術(shù)手段，迫使傳統(tǒng)企業(yè)主動(dòng)升級(jí)才能提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，如何升級(jí)、如何順暢升級(jí)、如何較低成本升級(jí)、如何通過升級(jí)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)都是企業(yè)在升級(jí)前必然思考的問題。

關(guān)鍵詞：智能;制造技術(shù);傳統(tǒng)企業(yè);應(yīng)用

1 智能制造敘述

1.1 國(guó)外智能制造發(fā)展敘述

國(guó)外的智能制造技術(shù)發(fā)展是比較早的，甚至可以追溯到20世紀(jì)80年代，美國(guó)的懷特教授和布恩教授還專門出版了《智能制造》專著，這本專著里面首次提及了智能制造的概念，并具體分析了智能制造的設(shè)想和途徑。20 世紀(jì) 90 年代，日本也提出了智能制造技術(shù)，并且開發(fā)了世界上最早的智能工廠。德國(guó)的汽車制造業(yè)將智能制造技術(shù)應(yīng)用到車輛裝配過程中，取得了顯著的效果。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的不斷興起，為智能制造技術(shù)的發(fā)展提供了動(dòng)力。在 2012 年美國(guó)就提出了“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)際戰(zhàn)略計(jì)劃”，隨后在德國(guó)工程院倡導(dǎo)下德國(guó)提出了“工業(yè) 4.0”國(guó)家戰(zhàn)略，后續(xù)韓國(guó)和法國(guó)也紛紛提出“新增長(zhǎng)動(dòng)力戰(zhàn)略”和“新工業(yè)法國(guó)”計(jì)劃等智能制造發(fā)展戰(zhàn)略。

1.2 國(guó)內(nèi)智能制造敘述

我國(guó)的智能制造技術(shù)相比發(fā)達(dá)國(guó)家而言起步是較晚的，在 1994 年由清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、南京航空航天大學(xué)為代表的高校率先提出了智能制造相關(guān)技術(shù)研究。在 2015 年國(guó)家工業(yè)和信息化部聯(lián)合了中國(guó)工程院制定了“中國(guó)制造 2025的國(guó)家戰(zhàn)略”，戰(zhàn)略的提出是以創(chuàng)新制造為主體，以加快下一代信息技術(shù)與制造業(yè)的融合為主的戰(zhàn)略，本著推進(jìn)智能制造技術(shù)的方向、解決數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成水平等核心問題為目標(biāo)，大力發(fā)展高端制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)歷史性跨越的戰(zhàn)略。在2016年我國(guó)頒布了《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》，來支撐智能制造的實(shí)現(xiàn)和支撐。

2平臺(tái)建設(shè)

從傳統(tǒng)企業(yè)向智能制造升級(jí)的過程必然是有一個(gè)過程，可能要涉及到大量的傳感技術(shù)、通信技術(shù)、軟件技術(shù)、硬件技術(shù)、控制技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和深度學(xué)習(xí)相關(guān)的技術(shù)，所有這些新的技術(shù)都需要融合到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上，可以由小的應(yīng)用開始建立，逐步增加形成企業(yè)實(shí)際的信息平臺(tái)。例如：可以從一條生產(chǎn)線做起，可以將其上的設(shè)備工序的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和監(jiān)控，再配上物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，那么就可以監(jiān)測(cè)這條產(chǎn)線上每個(gè)工序環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，每道工序的加工參數(shù)，加工工藝，加工質(zhì)量，直通率，不良品現(xiàn)象等等。等到一條產(chǎn)線運(yùn)行成熟后再拓展到多條線甚至全部產(chǎn)線，那么在此拓展過程中必然也需要對(duì)這個(gè)平臺(tái)的性能進(jìn)行提升，容易找到合適可靠的符合實(shí)際的核心平臺(tái)的建設(shè)，從而為智能制造打下結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。

通常傳統(tǒng)企業(yè)前期已經(jīng)有的軟件系統(tǒng)（不同時(shí)間投入、不同供應(yīng)商之間），如何和新投入的軟件和升級(jí)后的系統(tǒng)進(jìn)行兼容 ， 這就需要企業(yè)統(tǒng)合這些軟件盡量平臺(tái)化，要有強(qiáng)大的軟件兼容能力，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口使其處于一個(gè)或多個(gè)虛擬的平臺(tái)中，這是優(yōu)先考慮的事情，既能保護(hù)以前的投資，同時(shí)能兼顧升級(jí)效率。

3 數(shù)字化

數(shù)據(jù)采集是智能生產(chǎn)中的重要組成部分，是人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)的基本數(shù)據(jù)支撐來源。數(shù)據(jù)采集又分為對(duì)人員信息的采集，對(duì)物料的采集，對(duì)環(huán)境的采集，對(duì)設(shè)備和測(cè)試結(jié)果的采集幾個(gè)方面。以設(shè)備為代表的通過傳感技術(shù)和通信技術(shù)讓設(shè)備上云（包括本地云）， 將設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)都能實(shí)時(shí)的采集甚至也能夠?qū)崟r(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，讓設(shè)備變成智能化的設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)采集和結(jié)合行業(yè)知識(shí)的分析、預(yù)測(cè)、決策是智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。有條件的企業(yè)可以根據(jù)自身的實(shí)際逐步按此路徑升級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)不大，效果較好。大量的數(shù)據(jù)的積累為深度分析、挖掘算法模型、大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)，為智能決策提供依據(jù)。以此同時(shí)，可以將傳統(tǒng)分散于不同企業(yè)、不同系統(tǒng)、不同個(gè)體的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)將能夠獲得有效沉淀和匯聚起來，并通過平臺(tái)功能的開放和調(diào)用被更多企業(yè)共享。

4高速高精聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床最大的優(yōu)勢(shì)便是可以同時(shí)使用多軸聯(lián)動(dòng)的方式完成控制以及加工工作。由于各個(gè)伺服的加速和減速不斷交替，因此對(duì)于不同機(jī)床來說，其運(yùn)動(dòng)性能以及運(yùn)行狀態(tài)同樣差異化明顯。也正是由于這方面原因，在使用多種聯(lián)動(dòng)方式的時(shí)候，通常很難做到精確控制，造成其輪廓軌跡出現(xiàn)偏差。而在應(yīng)用高速高精聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)之后，可以有效完成信息通訊，并使其傳輸量持續(xù)增加，并不斷提升傳輸速率。不僅如此，在控制策略層面，依靠多軸補(bǔ)償，以此對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)效果展開控制。而在控制算法層面，依靠 PID 反饋控制，促使其抗干擾能力得到全面提升，進(jìn)而大幅度降低輪廓的誤差，確保信號(hào)的應(yīng)用能夠達(dá)到預(yù)期效果。

5機(jī)床多源誤差補(bǔ)償技術(shù)

數(shù)控機(jī)床多種聯(lián)動(dòng)的加工工作，其精度會(huì)受到多方面因素的影響。誤差本身的來源主要包括零件的原始制造、安裝或者由于大量磨損造成的誤差等。而當(dāng)機(jī)床本身具備較強(qiáng)的操作能力之后，將多源誤差補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用其中，以此促使其加工精度得到全面提高。所謂多源誤差的補(bǔ)償技術(shù)，其主要是指依靠測(cè)量、分析以及統(tǒng)計(jì)的方式，對(duì)機(jī)床本身的特性以及規(guī)律進(jìn)行全面探究。同時(shí)通過創(chuàng)設(shè)誤差模型，預(yù)設(shè)新誤差量，以此抵消過程誤差的一種技術(shù)形式。通常來說，其主要包括四類技術(shù)，分別是幾何誤差補(bǔ)償技術(shù)、熱誤差補(bǔ)償技術(shù)、力誤差補(bǔ)償技術(shù)以及振動(dòng)主動(dòng)抑制技術(shù)。（1）幾何誤差補(bǔ)償技術(shù)，通過解耦分離的方式，及時(shí)獲得信息的補(bǔ)償量，并通過實(shí)際運(yùn)動(dòng)以及疊加補(bǔ)償?shù)男问?，?duì)數(shù)控代碼的運(yùn)動(dòng)模式展開修正。（2）熱誤差補(bǔ)償技術(shù)，通過建立模型的方式，盡可能降低誤差測(cè)定時(shí)間，從而使得誤差預(yù)測(cè)的精確性得到提高。（3）力誤差補(bǔ)償技術(shù)，通過提升切削力的方式，對(duì)其變形誤差提供補(bǔ)償。四是振動(dòng)主動(dòng)抑制技術(shù)，以此對(duì)內(nèi)部產(chǎn)生的振動(dòng)效果提前進(jìn)行抑制，防止其造成更為嚴(yán)重的影響。

6智能制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

智能制造技術(shù)本質(zhì)上就是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程、人工智能等技術(shù)的融合和滲透，相互融合滲透所衍生出的一門綜合性的技術(shù)，智能制造技術(shù)是建立在市場(chǎng)需求和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的條件下的，市場(chǎng)的需求不斷地變化，制造業(yè)的重心就會(huì)發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變，加之信息技術(shù)的推動(dòng)，制造業(yè)的配置就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。這不單單是制造工 藝的升級(jí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的升級(jí)，而是一種產(chǎn)品的理念到產(chǎn)品的投產(chǎn)的過程，是一個(gè)功能性和系統(tǒng)性融合的過程。以目前廣為流行和熱議的 3D 打印為例，本質(zhì)上講 3D打印就是一種智能制造技術(shù)，是通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，通過粉狀、液態(tài)材料為原材料，通過 3D 打印機(jī)將所需要的產(chǎn)品打印出來的的過程，這個(gè)過程是智能制造技術(shù)的應(yīng)用過程，也是創(chuàng)新過程。所以筆者認(rèn)為先進(jìn)的智能制造技術(shù)是需要融合制造過程中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的生產(chǎn)、產(chǎn)品的管理等環(huán)節(jié)的智能化，并且根據(jù)以上融合逐漸形成智能化的產(chǎn)品理念。

結(jié)語(yǔ)

企業(yè)智能制造升級(jí)之路沒有千篇一律，要循序漸進(jìn)，要切合實(shí)際，要對(duì)自己的需求有比較清晰的認(rèn)識(shí)，痛點(diǎn)是什么？未來的目標(biāo)和方向是什么？每個(gè)階段行的目標(biāo)是什么？哪些需要系統(tǒng)改善，哪些可以通過單元改善實(shí)現(xiàn)？實(shí)現(xiàn)的方向是堅(jiān)定的，但是實(shí)現(xiàn)的方法和路徑是不同的，不能急于求成而給企業(yè)的升級(jí)造成巨大困難，一定要在低成本的前提下，一點(diǎn)一滴的實(shí)現(xiàn)，好的效果要加強(qiáng)推廣，由點(diǎn)帶面，由面到全方法多層次的實(shí)現(xiàn)，效果是逐步體現(xiàn)的。

參考文獻(xiàn)

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