智能制造技術(shù)在工廠生產(chǎn)中的運(yùn)用和思考探究

孟慶宇，尚勇，高世凱

（航天四院西安航天動力機(jī)械有限公司，陜西 西安 710038）

在社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，智能化技術(shù)已成為社會發(fā)展的必然趨勢，如今智能技術(shù)已經(jīng)對家居、醫(yī)療、物流等諸多行業(yè)和領(lǐng)域產(chǎn)生影響。在該背景下，工業(yè)制造也在加強(qiáng)與智能技術(shù)的有效結(jié)合，工廠需要不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，重視人才培養(yǎng)，以此全面促進(jìn)我國工業(yè)發(fā)展。

1 智能制造技術(shù)的內(nèi)涵

智能制造是在當(dāng)代制造企業(yè)生產(chǎn)中將設(shè)備、機(jī)器等要素與人工智能的有效結(jié)合，也就是在機(jī)械化生產(chǎn)過程中與人的腦力活動有效結(jié)合，對生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行分析和決策，最終實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的智能化、高度集成化、柔性化與信息化。通常來說智能制造包括智能制造系統(tǒng)以及智能制造技術(shù)，對于智能制造技術(shù)來說，其又包括新型傳感技術(shù)、先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)、系統(tǒng)協(xié)調(diào)技術(shù)、實(shí)時網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、故障診斷技術(shù)、精密制造技術(shù)、安全功能技術(shù)以及識別技術(shù)。通過人機(jī)交互、智能化感知實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)的智能化，是一種能夠顯著提升生產(chǎn)效率的制造技術(shù)，通過智能制造技術(shù)的有效利用，可以降低人力投入和勞動強(qiáng)度，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。智能制造系統(tǒng)集成了多種應(yīng)用，由計(jì)算機(jī)控制發(fā)出信號完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工控制，智能制造系統(tǒng)在工廠生產(chǎn)中具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，也是未來工廠發(fā)展的必然趨勢。

2 工廠利用智能制造技術(shù)的挑戰(zhàn)

工廠要想實(shí)現(xiàn)智能制造，需要保證強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和信息處理能力，在此基礎(chǔ)上做出決策，所以工廠需要具有成熟的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和傳感器，這也是工廠利用智能化制造技術(shù)的基礎(chǔ)，如果想要完成對信息和數(shù)據(jù)的有效處理需要工廠真正掌握關(guān)鍵技術(shù)，其中包括云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，以此幫助工廠分析大量的車間數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題，同時還可以結(jié)合客戶偏好以及市場趨勢改進(jìn)生產(chǎn)模式。隨著智能化工廠的打造，還能夠有效提升工人的整體素質(zhì)，不斷熟練應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分工協(xié)作，進(jìn)一步提升工廠的生產(chǎn)效率。

不過目前我國諸多工廠在利用智能制造技術(shù)的過程中還存在問題，目前主要是專業(yè)研發(fā)和應(yīng)用人才較為缺乏，具體表現(xiàn)在難以整體架構(gòu)的搭建和明確需求的提出較為困難，企業(yè)需求不能真實(shí)反饋到智能工廠方案研發(fā)部門。此外一些工業(yè)企業(yè)的信息化與自動化基礎(chǔ)較為薄弱，內(nèi)部生產(chǎn)管理模式較為落后，缺少推行建設(shè)智能化的基礎(chǔ)要素條件。實(shí)現(xiàn)智能化對建設(shè)方提出了加大科研投入、固定資產(chǎn)投入、人才培養(yǎng)的需求以此實(shí)現(xiàn)工廠發(fā)展水平的不斷升級。

3 智能制造技術(shù)在工廠應(yīng)用的模式

（1）生產(chǎn)過程的智能化。在當(dāng)前鋼鐵、造紙、紡織、食品等相關(guān)制造領(lǐng)域中，部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化。這些生產(chǎn)領(lǐng)域的制作流程較為固定，同時生產(chǎn)流程也與

產(chǎn)品的品質(zhì)存在密切關(guān)系，通過智能制造技術(shù)的利用可以有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，對產(chǎn)品質(zhì)量的控制從末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變，需要在該類工廠中有效利用智能制造技術(shù)。具體說來：一方面需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化，對信息化系統(tǒng)建設(shè)打造可追溯體系以及可視化平臺；另一方面，要求工廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理一體化。打造物理信息系統(tǒng)。在整合信息資源的過程中達(dá)到共享目標(biāo)，以此讓企業(yè)的生產(chǎn)、運(yùn)營、采購、銷售等諸多業(yè)務(wù)更加密切，促進(jìn)分工協(xié)作，最終實(shí)現(xiàn)工廠的良好發(fā)展。此外，在生產(chǎn)過程的智能化過程中必須促進(jìn)供應(yīng)鏈的協(xié)同化發(fā)展，不僅可以促進(jìn)內(nèi)部信息資源的整合，同時還可以與外部環(huán)境緊密聯(lián)系起來，讓工廠與物流企業(yè)供應(yīng)商加強(qiáng)合作，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部生產(chǎn)與外部原料供應(yīng)聯(lián)系性加強(qiáng)，為提升生產(chǎn)效率提供保障，在今后的工廠發(fā)展中還需要結(jié)合以上分析建立大數(shù)據(jù)化的智能工廠，全面提升產(chǎn)品合格率，滿足客戶的個性化要求。

（2）裝備與產(chǎn)品的智能化發(fā)展。在航空、汽車、電子信息、家用電器等制造領(lǐng)域中，目前部分工廠已實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，這些企業(yè)通過利用智能技術(shù)可以提升產(chǎn)品價(jià)值，保證生產(chǎn)效率。具體說來：一方面，需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的智能化，積極引進(jìn)多種智能裝備，在滿足生產(chǎn)需求的前提下全面提升工廠制造的敏捷性與精確性；另一方面，需要對產(chǎn)品智能化服務(wù)拓展，比如將產(chǎn)品的智能裝置與物理信息系統(tǒng)結(jié)合起來，進(jìn)而能夠?qū)Ξa(chǎn)品故障實(shí)時診斷，提供遠(yuǎn)程服務(wù)。此外，工廠車間要與企業(yè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，加強(qiáng)內(nèi)部生產(chǎn)經(jīng)營的密切協(xié)作，也要與其它相關(guān)企業(yè)保持聯(lián)系，提升信息共享能力，達(dá)到協(xié)同創(chuàng)新目標(biāo)。在今后的工廠產(chǎn)品和裝備智能化生產(chǎn)過程中，還需要讓生產(chǎn)和服務(wù)緊密聯(lián)系起來，以此全面提升自身的市場競爭力。

（3）工廠的個性化定制。在家居、家電、服裝等消費(fèi)品制造領(lǐng)域中，部分工廠已經(jīng)打造出個性化定制模式，這些企業(yè)和消費(fèi)者的生活關(guān)系密切，所以在利用智能制造技術(shù)的過程中，不僅要關(guān)注生產(chǎn)效率，同時還需要制定出個性化生產(chǎn)模式，以此滿足消費(fèi)者的多樣化需求。在利用智能制造技術(shù)的過程中，具體說來：一方面，需要實(shí)現(xiàn)個性化和定制化的生產(chǎn)，打造出互聯(lián)網(wǎng)平臺與柔性化生產(chǎn)線，加強(qiáng)生產(chǎn)商與用戶的聯(lián)系，之后分析用戶的需求，利用數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)；另一方面，要在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、服務(wù)等環(huán)節(jié)的有效結(jié)合，之后逆向整合相關(guān)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，還需要積極推進(jìn)制造網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同化發(fā)展，通過該措施能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源的有效整合，根據(jù)客戶要求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定制和工廠的協(xié)同制造。

4 工廠利用智能制造技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（1）虛擬仿真設(shè)計(jì)。模型設(shè)計(jì)、生成紙質(zhì)圖紙和形成三維工藝模型是傳統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)，整個設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中需要具有一定的經(jīng)驗(yàn)，以此實(shí)現(xiàn)二維和三維的相互轉(zhuǎn)換。在三維建模與仿真技術(shù)的發(fā)展下，工廠可以借助相關(guān)智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)，讓整個過程具有可視化、虛擬化的特點(diǎn)，不僅能夠顯著提升產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)效率，還能讓研發(fā)過程的信息更加暢通。此外，利用仿真技術(shù)還可以對產(chǎn)品仿真進(jìn)行驗(yàn)證，在虛擬環(huán)境下設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，以此縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，節(jié)約成本提升企業(yè)市場競爭力。今后我國工廠還需要對物理仿真引擎系統(tǒng)架構(gòu)、MBD 技術(shù)、仿真模型掌握。

（2）網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備。智能化的生產(chǎn)設(shè)備需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有效支持，以此實(shí)現(xiàn)工廠制造模式柔性化、生產(chǎn)設(shè)備智能化和高度密集的生產(chǎn)變革。在我國進(jìn)入老齡化社會的大背景下，人工成本也在提升，為了節(jié)約生產(chǎn)成本，需要利用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，代替人工從事一線作業(yè)，讓工作人員在更為復(fù)雜的流程中進(jìn)行勞動，以此有效提升產(chǎn)品質(zhì)量；對于生產(chǎn)設(shè)備的智能化來說，需要在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)下完成控制、校正、診斷、信息交換、管理等相關(guān)工作，以此讓整個生產(chǎn)過程更加靈活、持續(xù)性更強(qiáng)；對于柔性化制造來說，借助智能制造技術(shù)可以節(jié)約生產(chǎn)材料，降低能耗與污染，實(shí)現(xiàn)綠色化生產(chǎn)。

（3）模塊化定制生產(chǎn)。以往的工廠盈利方式主要是提升產(chǎn)品的產(chǎn)量，但是長期生產(chǎn)單一的產(chǎn)品，無法滿足消費(fèi)者的個性化需求，通過模塊化的定制生產(chǎn)可以充分滿足消費(fèi)者需求，該生產(chǎn)模式包括生產(chǎn)與組裝兩個系統(tǒng)。在模塊生產(chǎn)流程中，工廠可以生產(chǎn)出不同用途的模塊之后，結(jié)合消費(fèi)者需求有效組合，還能夠減少生產(chǎn)材料浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)周期，對模塊組裝來說，不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能都存在差異，所以需要科學(xué)選擇模塊并自由組裝，以此豐富產(chǎn)品的功能。

（4）大數(shù)據(jù)的精益化管理。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)，對工廠產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)進(jìn)行了創(chuàng)新，也實(shí)現(xiàn)了精益生產(chǎn)和客戶價(jià)值管理。精益供應(yīng)鏈的升級，使大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化不斷提升，，并且與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效結(jié)合分析出客戶的行為，之后更加科學(xué)的進(jìn)行產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)，提升售后服務(wù)和質(zhì)量。在精益生產(chǎn)過程中，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)可以有效分析生產(chǎn)過程中的電力與能源消耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)過程中的綠色化、安全化。此外，通過對大數(shù)據(jù)技術(shù)的有效利用，可以分析出供應(yīng)鏈的各項(xiàng)數(shù)據(jù)預(yù)測，產(chǎn)品市場需求和價(jià)格走勢，以此減少庫存，提升配送效率。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著“制造2025 計(jì)劃”的提出，我國制造行業(yè)也將進(jìn)入到全新的發(fā)展階段。新時期需要將人工智能與現(xiàn)代制造技術(shù)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化、裝備的智能化、工廠的個性化定制，以此促進(jìn)我國工業(yè)制造的升級，不僅可以顯著提升生產(chǎn)效率，同時能夠極大的節(jié)約生產(chǎn)成本。