智能制造發(fā)展及應(yīng)用前景研究

袁偉 王麗 董元鑫

摘要：改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的工業(yè)迅速發(fā)展，目前已經(jīng)成為全球制造業(yè)門(mén)類(lèi)最全的制造大國(guó)，是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要引擎之一，但同時(shí)制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的問(wèn)題也越來(lái)越制約我國(guó)制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。21世紀(jì)以來(lái)，隨著新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，誕生了制造業(yè)信息化、智能化、服務(wù)化為特征的新一輪工業(yè)革命，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛推出工業(yè)化戰(zhàn)略，謀求進(jìn)一步拉大與我國(guó)的差距。在面對(duì)全球制造業(yè)重大調(diào)整的大潮流下，我國(guó)也提出了“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略計(jì)劃，并將智能制造作為該計(jì)劃的主攻方向。

Abstract： Intelligent manufacturing is a production method that can make enterprises more "smart" in R&D， production， management， service， etc. Manufacturing companies should start from the core pain points of their own development， based on reasonable overall planning and top-level design. Along with the development direction of intelligent manufacturing elements → intelligent manufacturing capabilities → intelligent manufacturing systems， acquire intelligent manufacturing elements in stages and continuously， establish， improve and expand enterprises in R&D and design， manufacturing， logistics and warehousing， order acquisition， product services， etc. The manufacturing capability of each link can ultimately form a complete， efficient and scientific intelligent manufacturing system.

關(guān)鍵詞：智能制造;工業(yè)革命;中國(guó)制造2025

Key words： smart manufacturing;the Industrial revolution;the "made in china 2025" strategy

中圖分類(lèi)號(hào)：TH164? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）01-0172-02

0? 引言

現(xiàn)代文明的起點(diǎn)是工業(yè)革命，自18世紀(jì)末的第一次工業(yè)革命和20世紀(jì)初的第二次工業(yè)革命以來(lái)，人類(lèi)的生產(chǎn)方式產(chǎn)生了根本性變革。20世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使開(kāi)創(chuàng)了數(shù)字控制機(jī)器的新時(shí)代，使人和機(jī)械在空間和時(shí)間上可以分離，人不再是機(jī)器的附屬品。從制造業(yè)的角度，這是憑借電子和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的第三次工業(yè)革命。

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著新一代信息技術(shù)（如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能）與制造的融合和落地應(yīng)用，將使整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)體系提升到一個(gè)新的水平，推動(dòng)一場(chǎng)新的工業(yè)革命，而“智能制造”被認(rèn)為是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)[1]。

1? 智能制造的“何為”與“為何”

1.1 “何為”智能制造

“智能制造”這一概念最早出現(xiàn)在美國(guó)學(xué)者P.K.Wright的著作《Manufacturing Intelligence》中，在書(shū)中他們將智能制造進(jìn)行了定義。楊叔子等[2]將智能制造工程分為智能制造技術(shù)（intelligent technology，IMT）和智能制造系統(tǒng)（intelligent manufacturing system，IMS）兩部分。本文認(rèn)為智能制造是通過(guò)新一代信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、工業(yè)軟件及現(xiàn)代管理思想在制造企業(yè)全領(lǐng)域、全流程的系統(tǒng)應(yīng)用而產(chǎn)生的一種全新的生產(chǎn)方式。

1.2 中國(guó)“為何”需要智能制造

2012年，我國(guó)制造業(yè)增長(zhǎng)2.08萬(wàn)億美元，在全球制造業(yè)占比約為20%，與美國(guó)相當(dāng)，與此同時(shí)我國(guó)制造業(yè)有著世界上門(mén)類(lèi)最為齊全、獨(dú)立完整的體系，是當(dāng)今世界制造大國(guó)[3]。但同時(shí)，我國(guó)制造業(yè)大而不強(qiáng)的問(wèn)題也非常突出。我國(guó)制造業(yè)正面臨來(lái)自歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的“前后夾擊”的雙重挑戰(zhàn)，在全球制造業(yè)格局面臨重大調(diào)整的同時(shí)，中國(guó)也適時(shí)提出了“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略計(jì)劃，并將智能制造作為該計(jì)劃的主攻方向，發(fā)展智能制造是中國(guó)制造由大到強(qiáng)的必由之路。

2? 國(guó)內(nèi)智能制造發(fā)展及現(xiàn)狀

我國(guó)智能制造起步較晚，1991年國(guó)家自然科學(xué)委員會(huì)組織了一批國(guó)內(nèi)知名高校，與很多國(guó)家和地區(qū)就智能制造的國(guó)際合作簽訂了合作意向書(shū)。同年，國(guó)內(nèi)一批高校也積極開(kāi)展IMT與IMS的基礎(chǔ)研究工作，國(guó)家制定的“九五”計(jì)劃也將先進(jìn)制造技術(shù)作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一[4]。在這一時(shí)期，國(guó)內(nèi)對(duì)智能制造主要還處于探討人工智能在制造領(lǐng)域應(yīng)用的研究階段，而對(duì)整個(gè)制造環(huán)境的全面“智能化”研究工作還剛剛起步。在后面一段時(shí)間，大量學(xué)者對(duì)智能制造的概念、內(nèi)涵、模式、發(fā)展路徑以及影響因素等方面進(jìn)行了研究。如朱劍英[5]從科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)三者關(guān)系的角度對(duì)智能制造進(jìn)行了研究，熊有倫[6]從產(chǎn)業(yè)交叉融合的角度對(duì)智能制造進(jìn)行了闡述。

為了推動(dòng)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2015年5月，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《中國(guó)制造2025》指導(dǎo)性綱領(lǐng)，2016年12月，工信部、財(cái)政部共同頒布《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》[7]。在市場(chǎng)和政策的雙重推動(dòng)下，我國(guó)的智能制造的發(fā)展正式迎來(lái)了高潮，更多的專(zhuān)家學(xué)者參與到智能制造的研究之中。王躍飛、高彥虎等[8]提出了平行制造的概念。陶飛等[9]認(rèn)為實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵在于如何融合和使用新一代信息技術(shù)（如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等），并提出了數(shù)字孿生是實(shí)現(xiàn)物理與信息融合的有效手段。

同時(shí)，各制造企業(yè)結(jié)合自身實(shí)際進(jìn)行了嘗試。如德國(guó)慕尼黑的寶馬定制總部，客戶(hù)可以看到不同車(chē)型的個(gè)性選裝配置菜單，并可根據(jù)自己的個(gè)人需求從外觀到內(nèi)飾，從駕駛動(dòng)態(tài)和舒適功能個(gè)性化定制自己的愛(ài)車(chē)，同時(shí)在其周邊已形成完善的服務(wù)鏈，提供住宿、購(gòu)物等服務(wù)，極大帶動(dòng)了服務(wù)業(yè)消費(fèi)，具有很強(qiáng)的借鑒意義。國(guó)內(nèi)的紅領(lǐng)集團(tuán)建立的個(gè)性化服裝數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，成本雖然較批量制造略微有所上升，但是得到了成倍以上的回報(bào)，同時(shí)年均銷(xiāo)售收入和利潤(rùn)均大幅增長(zhǎng)[1]。

3? W公司智能制造系統(tǒng)規(guī)劃

3.1 W公司產(chǎn)品特點(diǎn)

W公司的產(chǎn)品主要是提供測(cè)試自動(dòng)化、自動(dòng)化生產(chǎn)、自動(dòng)化裝配設(shè)備。主要包括FCT（Functional Circuit Test）功能測(cè)試冶具、ICT（In Circuit Test）在線測(cè)試冶具和程序、FCT功能測(cè)試系統(tǒng)集成、自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)以及相關(guān)配套軟件和技術(shù)服務(wù)。目前W公司一年生產(chǎn)的產(chǎn)品超過(guò)兩千種，而且?guī)缀趺考a(chǎn)品的數(shù)量都很小，甚至很多時(shí)候只生產(chǎn)一種產(chǎn)品，W公司產(chǎn)品的特點(diǎn)是多品種小批量。

3.2 W公司問(wèn)題分析

因?yàn)椤岸嗥贩N小批量”的產(chǎn)品多樣性，生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性，環(huán)境條件的多變性和生產(chǎn)管理的動(dòng)態(tài)性等這些生產(chǎn)特點(diǎn)，增加了企業(yè)對(duì)新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)全過(guò)程的管理復(fù)雜度，導(dǎo)致了產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)控困難，管理效率低下，產(chǎn)品成本高等問(wèn)題，大大降低了公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著制造業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的需求快速增長(zhǎng)，公司業(yè)務(wù)規(guī)模日益擴(kuò)張，使得公司品控問(wèn)題越來(lái)越突出，客戶(hù)投訴逐年增加。公司質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，其中設(shè)計(jì)過(guò)程導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)的原因主要有客戶(hù)需求管理松散，導(dǎo)致產(chǎn)品達(dá)不到客戶(hù)需求。生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題包括工序管理混亂，過(guò)于依賴(lài)領(lǐng)班的個(gè)人經(jīng)驗(yàn);生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)電子化程度過(guò)低，導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的控制能力不足，出現(xiàn)某些步驟漏做導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)，質(zhì)量問(wèn)題也導(dǎo)致了W公司的生產(chǎn)效率低下進(jìn)而增加了生產(chǎn)成本。

3.3 W公司實(shí)施智能制造系統(tǒng)需求分析

通過(guò)以上的問(wèn)題分析可以看出，W公司的質(zhì)量、成本和效率問(wèn)題正隨著公司業(yè)務(wù)的擴(kuò)張?jiān)絹?lái)越突出，尤其是效率低下的問(wèn)題，給公司的成本和質(zhì)量控制帶來(lái)了巨大阻礙，進(jìn)而對(duì)其士氣造成了不容忽視的負(fù)面影響，這些問(wèn)題如果不解決將嚴(yán)重制約公司的成長(zhǎng)。W公司現(xiàn)有的問(wèn)題產(chǎn)生的原因是多個(gè)系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，而智能制造系統(tǒng)是一整套系統(tǒng)體系，不是單一一個(gè)系統(tǒng)，它是由多個(gè)子系統(tǒng)共同作用，使得產(chǎn)品的制造全流程數(shù)據(jù)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。智能制造的目標(biāo)之一就是以最低的生產(chǎn)成本快速滿(mǎn)足客戶(hù)的個(gè)性化需求。這非常符合W公司的產(chǎn)品特性。

3.4 W公司實(shí)施智能制造系統(tǒng)規(guī)劃目標(biāo)

通過(guò)對(duì)W公司的現(xiàn)有問(wèn)題和實(shí)施智能制造系統(tǒng)的必要性進(jìn)行分析，W公司智能制造系統(tǒng)的規(guī)劃目標(biāo)如下：

①建立生產(chǎn)管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)制造全流程全方位的信息化管理，進(jìn)而提升生產(chǎn)效率、縮短制造周期、降低物料庫(kù)存和成品庫(kù)存。

②建立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)圖紙、BOM數(shù)據(jù)、客戶(hù)文檔、方案說(shuō)明書(shū)等文檔的集中管理系統(tǒng)。

③對(duì)企業(yè)外部生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)進(jìn)行情報(bào)收集和分析，迅速收集和分析原材料的價(jià)格信息、產(chǎn)品的市場(chǎng)銷(xiāo)售情況、市場(chǎng)存量、未來(lái)趨勢(shì)、國(guó)家政策、上下游行業(yè)信息等基本信息，供決策者科學(xué)做出合理決策。

4? 總結(jié)與展望

隨著我國(guó)人口紅利的逐漸消減，制造業(yè)勞動(dòng)成本上的優(yōu)勢(shì)必將不復(fù)存在，“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的出臺(tái)的目的正是出于突破我國(guó)制造業(yè)目前面臨的困局。目前我國(guó)智能制造的研究取得了一定成功，如紅領(lǐng)集團(tuán)、三一重工等國(guó)內(nèi)企業(yè)也將智能制造的概念和技術(shù)逐步引入到實(shí)際生產(chǎn)中，并成功創(chuàng)造了較為客觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，智能制造正在重新定義中國(guó)制造。

只有所有環(huán)節(jié)的制造智能，才能全面實(shí)現(xiàn)智能制造[10]。隨著物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能的發(fā)展，智能制造是全球化趨勢(shì)的必然要求，以特定企業(yè)或者特定領(lǐng)域?yàn)槠瘘c(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)全球所有設(shè)備、系統(tǒng)的互聯(lián)，制造的信息世界和物理世界將成功融合，最終實(shí)現(xiàn)全世界制造環(huán)境內(nèi)的智能制造活動(dòng)有機(jī)融合。

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