我國(guó)智能制造技術(shù)在工廠應(yīng)用與思考

郭字 王海剛

摘要：本文對(duì)我國(guó)智能制造技術(shù)在工廠應(yīng)用與思考進(jìn)行了論述。智能制造技術(shù)在工廠中的應(yīng)用模式主要包括：生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)智能化;裝備和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能化;工廠實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。我國(guó)工廠應(yīng)用智能制造技術(shù)，應(yīng)注意以下環(huán)節(jié)：虛擬仿真設(shè)計(jì);網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備;模塊化定制生產(chǎn);大數(shù)據(jù)化精益管理。

關(guān)鍵詞：智能制造;工廠;人工智能

面對(duì)德國(guó)工業(yè)4.0，我國(guó)提出了制造2025。在這種背景下，制造技術(shù)逐漸向智能化方向發(fā)展。只有把人工智能和現(xiàn)代制造技術(shù)結(jié)合起來，才能促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能制造就是現(xiàn)代制造生產(chǎn)過程中的機(jī)器、設(shè)備等實(shí)現(xiàn)智能化，部分體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)能被智能設(shè)備和系統(tǒng)代替。從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的信息化、智能化。

1工廠應(yīng)用智能制造技術(shù)的條件和挑戰(zhàn)

工廠要實(shí)現(xiàn)智能制造，首先要能處理分析信息和數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行決策。因此工廠應(yīng)該有成熟的傳感器、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，滿足這三個(gè)基本條件，是工廠應(yīng)用智能制造技術(shù)的基礎(chǔ)。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)信息和數(shù)據(jù)的有效處理分析，工廠就要掌握關(guān)鍵技術(shù)，如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等。這些技術(shù)可以幫助工廠處理分析大量的操作數(shù)據(jù)和車間數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中未知的模式和相關(guān)性，對(duì)市場(chǎng)趨勢(shì)和客戶偏好等有一定的了解，從而改進(jìn)生產(chǎn)。在滿足智能化工廠的基本條件和關(guān)鍵技術(shù)后，還要提高工人的素質(zhì)，使其可以熟練應(yīng)用機(jī)器和工業(yè)機(jī)器人，使這三者之間能分工協(xié)作，共同提高工廠的生產(chǎn)效率。

當(dāng)前工廠在應(yīng)用智能制造技術(shù)方面還面臨著很多挑戰(zhàn)。除了缺乏專業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的人才外，很多企業(yè)自動(dòng)化和信息化基礎(chǔ)薄弱，內(nèi)部現(xiàn)代制造理念和生產(chǎn)管理方式落后，這些都不利于工廠智能制造的實(shí)現(xiàn)。

2智能制造技術(shù)在工廠中的主要應(yīng)用模式

2.1生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)智能化

這種模式主要用于鋼鐵、紡織、造紙、食品等制造領(lǐng)域，這些領(lǐng)域有比較固定的流程，生產(chǎn)流程關(guān)系著產(chǎn)品的品質(zhì)和企業(yè)發(fā)展。這些工廠要應(yīng)用智能制造技術(shù)，控制產(chǎn)品質(zhì)量，側(cè)重的是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)字化，把產(chǎn)品品控南末端控制轉(zhuǎn)為全流程控制。要在這類工廠應(yīng)用智能制造技術(shù)，首先要推進(jìn)生產(chǎn)過程數(shù)字化，建設(shè)信息化系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)透明可追溯體系、可視化平臺(tái)，使生產(chǎn)制造、過程管理等單個(gè)環(huán)節(jié)信息及生產(chǎn)全流程都能實(shí)現(xiàn)跨部門的協(xié)同控制。其次要推進(jìn)生產(chǎn)管理一體化，搭建企業(yè)CPS系統(tǒng)，整合企業(yè)的資源和信息并使其實(shí)現(xiàn)共享，使企業(yè)的生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管理和采購(gòu)銷售等業(yè)務(wù)的聯(lián)系更加密切，分工協(xié)作，共同促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。再次要推進(jìn)供應(yīng)鏈協(xié)同化，CPS系統(tǒng)搭建完成后還要對(duì)其進(jìn)行拓展，使其不僅能整合分享企業(yè)內(nèi)部的信息資源，還要與外部環(huán)境聯(lián)系起來。密切企業(yè)與供應(yīng)商、物流企業(yè)等的聯(lián)系，使外部原材料的供應(yīng)和內(nèi)部生產(chǎn)配送之間的聯(lián)系更加緊密，溝通更加順暢，工作效率得以提高。最后要在以上基礎(chǔ)上打造大數(shù)據(jù)化智能工廠，使工廠不僅能生產(chǎn)出質(zhì)量合格的產(chǎn)品，還能滿足客戶的個(gè)性化需求。

2.2裝備和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)智能化

這種模式主要用于汽車、航空、家用電器、電子信息等制造領(lǐng)域。這類企業(yè)應(yīng)用智能技術(shù)主要是為了提高產(chǎn)品價(jià)值，使其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，也要提升產(chǎn)品效能。這類企業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能制造，首先要推進(jìn)生產(chǎn)線智能化，引進(jìn)各類智能裝備，建立智能生產(chǎn)單元，在滿足生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，提高工廠制造能力的精準(zhǔn)性和敏捷性。其次要拓展基于產(chǎn)品智能化的增值服務(wù)，把產(chǎn)品的智能裝置與CPS系統(tǒng)聯(lián)系起來，使產(chǎn)品的故障診斷可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和實(shí)時(shí)的服務(wù)。再次要推進(jìn)車間級(jí)與企業(yè)級(jí)系統(tǒng)集成，不僅要在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的密切協(xié)作，還要密切企業(yè)與其他相關(guān)企業(yè)的聯(lián)系，使其之間實(shí)現(xiàn)信息共享、協(xié)同創(chuàng)新。最后要把生產(chǎn)與服務(wù)聯(lián)系起來，企業(yè)要想提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，不僅要提高其產(chǎn)業(yè)效率，還要向服務(wù)化轉(zhuǎn)型。

2.3工廠實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制

這種模式主要應(yīng)用于家電、服裝、家居等消費(fèi)品制造領(lǐng)域。這類企業(yè)與消費(fèi)者的日常生活密切相關(guān)，因此智能制造技術(shù)的應(yīng)用不僅要提高其生產(chǎn)效率，還要開展個(gè)性定制模式，使其滿足消費(fèi)者的個(gè)性化、多元化需求。這類企業(yè)要應(yīng)用智能制造技術(shù)，首先要推進(jìn)個(gè)性化定制生產(chǎn)，在柔性化生產(chǎn)線和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)企業(yè)和用戶的聯(lián)系互動(dòng)。把用戶的需求生成數(shù)據(jù)模型，并在此基礎(chǔ)上開展精益生產(chǎn)。其次要推進(jìn)設(shè)計(jì)虛擬化，利用互聯(lián)網(wǎng)把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、服務(wù)等環(huán)節(jié)聯(lián)系起來，并逆向整合這些環(huán)節(jié)，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。利用虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝。最后要推進(jìn)制造網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化。工廠的制造平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)扁平化和虛擬化，把產(chǎn)業(yè)鏈上的上下游資源整合起來。使產(chǎn)品不僅能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定制，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的異地，創(chuàng)新工廠協(xié)同制造的模式。

3工廠應(yīng)用智能制造技術(shù)的重要環(huán)節(jié)

3.1虛擬仿真設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)大致包括設(shè)計(jì)模型、形成紙質(zhì)圖紙、最終形成三維工藝模型三個(gè)環(huán)節(jié)，這個(gè)過程以經(jīng)驗(yàn)為主，需要進(jìn)行二、三維之間的轉(zhuǎn)換。隨著三維建模和仿真技術(shù)的發(fā)展，工廠可以應(yīng)用這些智能制造技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)，使其過程實(shí)現(xiàn)虛擬化、可視化。這不僅提高了產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，還使研發(fā)過程中信息傳遞更加通暢。此外，仿真技術(shù)還可應(yīng)用于對(duì)產(chǎn)品的仿真分析和驗(yàn)證中，使其在虛擬環(huán)境下進(jìn)行。這能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。未來我國(guó)工廠應(yīng)掌握MBD技術(shù)、物理仿真引擎系統(tǒng)架構(gòu)、仿真模型等技術(shù)環(huán)節(jié)。

3.2網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備

生產(chǎn)設(shè)備的智能化離不開網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，推進(jìn)工廠制造模式實(shí)現(xiàn)高度密集的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備智能化、柔性化制造方式等方面的變革。人工成本在不斷上升，工廠要想降低生產(chǎn)成本，就要用高度密集的生產(chǎn)設(shè)備來代替工作人員從事生產(chǎn)第一線工作，工作人員則從事高質(zhì)量的復(fù)雜勞動(dòng)，這還有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)設(shè)備智能化方面。生產(chǎn)設(shè)備要在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的控制下，智能的完成校正、診斷、控制、管理、信息交換等工作。這不僅提高了生產(chǎn)效率，還使生產(chǎn)過程更加靈活、可持續(xù)。在柔性化制造方式方面。智能制造技術(shù)的應(yīng)用，使增材制造方式逐漸取代傳統(tǒng)的材料去除加工方式，使工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的耗能、污染降低，實(shí)現(xiàn)工廠的綠色化和柔性化。

3.3模塊化定制生產(chǎn)

傳統(tǒng)的工廠通過提高產(chǎn)品產(chǎn)量的方式盈利，但單一的產(chǎn)品難以滿足消費(fèi)者的個(gè)性化、多樣化需求。模塊化定制生產(chǎn)重視消費(fèi)者的需求，即使小產(chǎn)量也能實(shí)現(xiàn)盈利。這種生產(chǎn)模式主要包括模塊的生產(chǎn)和組裝兩個(gè)方面。在模塊生產(chǎn)方面，傳統(tǒng)的固定生產(chǎn)線逐漸難以滿足消費(fèi)者的需求，最終會(huì)被可動(dòng)態(tài)組合的模塊化生產(chǎn)方式代替。工廠先生產(chǎn)出不同用途或性能的模塊，再根據(jù)消費(fèi)者的需求進(jìn)行自由組合。這不僅能滿足消費(fèi)者的需求，還能減少浪費(fèi)、保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和周期。在模塊組裝方面要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。不同產(chǎn)品其性能、結(jié)構(gòu)不同，所需要的模塊也不同。選擇正確的模塊并自由組裝，豐富產(chǎn)品的品種和功能，提高產(chǎn)品性能。這還能使產(chǎn)品滿足消費(fèi)者的個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)定制服務(wù)。

3.4大數(shù)據(jù)化精益管理

大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)新了工廠產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和管理方式，主要體現(xiàn)在客戶價(jià)值管理、精益生產(chǎn)和精益供應(yīng)鏈三個(gè)方面。在客戶價(jià)值管理方面。大數(shù)據(jù)配套軟硬件、安全性和標(biāo)準(zhǔn)化在不斷提升，結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，能對(duì)客戶的行為進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)向眾包化的方向發(fā)展，售后服務(wù)也日益提升。在精益生產(chǎn)方面。大數(shù)據(jù)技術(shù)能分析預(yù)測(cè)生產(chǎn)過程中的用電量、能耗、事故等并進(jìn)行優(yōu)化，從而使生產(chǎn)過程更加透明、綠色、安全，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在精益供應(yīng)鏈方面。大數(shù)據(jù)技術(shù)能收集、分析產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的數(shù)據(jù)，并預(yù)測(cè)其價(jià)格走勢(shì)和庫存等，從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的信息共享和優(yōu)化。這不僅能幫助工廠減少庫存，降低成本，避免浪費(fèi)，還能提升其倉儲(chǔ)和配送效率。

4結(jié)束語

工廠應(yīng)用智能制造技術(shù)是響應(yīng)中國(guó)制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃的要求，也是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，提高競(jìng)爭(zhēng)力的自身要求。當(dāng)前工廠要應(yīng)用智能制造技術(shù)，要滿足有成熟的傳感器、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)三個(gè)基本條件，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)。要根據(jù)企業(yè)所屬的領(lǐng)域和類型，選擇適合自身的智能制造技術(shù)模式，還要重視各應(yīng)用智能制造技術(shù)的環(huán)節(jié)。

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