離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級(jí)路徑研究

蘆仁杰

中國長江航運(yùn)集團(tuán)電機(jī)廠，湖北武漢，430205

0 引言

離散制造產(chǎn)品多數(shù)是通過不同零件所裝配而成的，具體的加工環(huán)節(jié)具有系列性、間斷性的特點(diǎn)，如火箭制造、電子設(shè)備制造、汽車制造等都屬于離散制造型企業(yè)。離散制造行業(yè)的發(fā)展可以解決存在的民生問題，為廣大人民提供就業(yè)機(jī)會(huì)，同時(shí)也是推動(dòng)制造業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。近年來離散制造行業(yè)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提升，加之市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，企業(yè)產(chǎn)能過剩問題明顯，給離散制造行業(yè)的發(fā)展帶來了制約和影響。信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)水平不斷提高，將其融入離散制造行業(yè)內(nèi)，有效改變了其工作方式，順應(yīng)了我國所提出的“智能制造”發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)當(dāng)合理利用新技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

1 離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)重要技術(shù)

離散制造行業(yè)在新的社會(huì)發(fā)展環(huán)境下所面臨的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，為了能夠進(jìn)一步推進(jìn)離散制造行業(yè)的發(fā)展應(yīng)當(dāng)重視對(duì)各類新型技術(shù)進(jìn)行有序使用。通過對(duì)共性關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行使用可以對(duì)現(xiàn)有的資源配置模式進(jìn)行優(yōu)化，提高研發(fā)生產(chǎn)的效率水平，改變傳統(tǒng)的商業(yè)模式。在具體的轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中所使用的主要技術(shù)包括制造技術(shù)、信息技術(shù)以及人工智能技術(shù)，可以對(duì)技術(shù)體系進(jìn)行升級(jí)，打造新的虛擬設(shè)計(jì)模式，構(gòu)建新型業(yè)態(tài)模式。

1.1 制造技術(shù)

在目前生產(chǎn)活動(dòng)中經(jīng)常給會(huì)使用各種先進(jìn)制造技術(shù)，其是離散制造行業(yè)得以轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要基礎(chǔ)，包括智能設(shè)計(jì)技術(shù)、智能加工技術(shù)、智能調(diào)度以及監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)管和控制。在生產(chǎn)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)均重視建設(shè)數(shù)字化模型，是促進(jìn)生產(chǎn)資料數(shù)字化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵，如管理調(diào)度、設(shè)計(jì)優(yōu)化以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等模型。將人工智能技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行結(jié)合可以提高產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)量，達(dá)到批量生產(chǎn)的目的，滿足市場(chǎng)上對(duì)于優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的需求。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在和信息技術(shù)進(jìn)行融合后成了智能設(shè)計(jì)所使用的主要技術(shù)類型。該技術(shù)同對(duì)邊界條件、約束條件進(jìn)行明確后對(duì)材料的分布形式進(jìn)行調(diào)整，保證其處于最佳的狀態(tài)，提升結(jié)構(gòu)性能水平。該技術(shù)可以對(duì)結(jié)構(gòu)的重量進(jìn)行控制，同時(shí)還可以強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的承載能力，但是在使用時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)強(qiáng)度、熱變形等問題進(jìn)行控制。

1.2 信息技術(shù)

信息技術(shù)的快速發(fā)展為轉(zhuǎn)型升級(jí)活動(dòng)的開展帶來了重要的助力，主要包括常見的5G技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)以及區(qū)塊鏈技術(shù)等。信息技術(shù)滲透力有所上升，改變了數(shù)據(jù)共享難度大的問題，解決數(shù)據(jù)孤島的現(xiàn)象，可以對(duì)生產(chǎn)資源進(jìn)行控制，拓展了生產(chǎn)空間，同時(shí)形成了人員、機(jī)器設(shè)備、物品等各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)性和密切配合程度的工作模式。其中區(qū)塊鏈技術(shù)可以有效展示不同系統(tǒng)的特點(diǎn)，保證系統(tǒng)使用的安全性，不可以進(jìn)行隨意篡改。5G技術(shù)在日常生活中最為人們所熟知，具有高帶寬和低延遲的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)不同規(guī)模的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。5G技術(shù)可以結(jié)合各項(xiàng)要素?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析，并對(duì)其進(jìn)行共享，形成了互聯(lián)互通的生產(chǎn)模式，為后續(xù)預(yù)測(cè)活動(dòng)的開展提供了重要參考[1]。

1.3 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)的使用為離散制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了頂層支持，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式改變，從原有的數(shù)字化經(jīng)濟(jì)體系轉(zhuǎn)換為智能化的智能經(jīng)濟(jì)，改變了社會(huì)形態(tài)和生產(chǎn)方式，合理利用各種學(xué)習(xí)技術(shù)、人機(jī)協(xié)作模式，通過將人工智能技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用，能夠?qū)Ω黝惒煌瑪?shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，并將分析結(jié)構(gòu)以可視化的方式展示出來，形成了數(shù)字孿生模型，成為提高智能技術(shù)應(yīng)用效率的主要因素。深度學(xué)習(xí)是人工智能技術(shù)所關(guān)注的重點(diǎn)，和傳統(tǒng)的故障診斷相比其特征提取所需要的時(shí)間較少，無需經(jīng)過過多的信號(hào)處理環(huán)節(jié)。通過深度學(xué)習(xí)可以對(duì)較為簡單的信號(hào)進(jìn)行及時(shí)處理，定位存在缺陷的位置，可以在一定時(shí)間對(duì)技術(shù)問題進(jìn)行處理。在選擇多標(biāo)識(shí)領(lǐng)域自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)時(shí)能夠?qū)μ卣鞴こ趟枰ㄙM(fèi)的時(shí)間進(jìn)行控制，提升故障診斷泛化水平。

2 離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級(jí)路徑研究

制造行業(yè)一直以來都是我國在發(fā)展過程中所需要依賴的主要產(chǎn)業(yè)類型，近年來其發(fā)展模式趨向于平穩(wěn)，離散制造行業(yè)也已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)2.0后期，雖然開始使用了各種智能化技術(shù)，但是仍然不具備扎實(shí)的基礎(chǔ)。為了可以保證離散制造行業(yè)能夠滿足社會(huì)的發(fā)展需求，應(yīng)當(dāng)重視對(duì)其進(jìn)行全方位轉(zhuǎn)型升級(jí)，目前所使用的升級(jí)模式屬于嘗試階段，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)對(duì)制造模式進(jìn)行改進(jìn)。不同企業(yè)所選擇的轉(zhuǎn)型升級(jí)模式不同，離散制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身發(fā)展需求和現(xiàn)有條件選擇合適的升級(jí)方式。

2.1 研發(fā)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)

離散制造行業(yè)在轉(zhuǎn)型過程中離不開智能化技術(shù)的使用，通過新型技術(shù)的使用加快了企業(yè)的轉(zhuǎn)型速度，開始重視面向全社會(huì)完成創(chuàng)客的孵化，確?？梢赃_(dá)到智能化制造模式的目標(biāo)[2]。在轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中需要重點(diǎn)針對(duì)信息化體系進(jìn)行升級(jí)，加強(qiáng)企業(yè)和其他不同平臺(tái)的轉(zhuǎn)型規(guī)劃。首先，在升級(jí)過程中應(yīng)當(dāng)將企業(yè)、消費(fèi)者以及電商等不同主體納入到升級(jí)體系中，形成業(yè)務(wù)融合的工作模式，打通用戶前端體驗(yàn)，在保證基礎(chǔ)產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)提供增值服務(wù)。其次，進(jìn)入自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)環(huán)節(jié)。在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)當(dāng)重視引進(jìn)資源規(guī)劃機(jī)制，對(duì)離散制造企業(yè)內(nèi)部的資源分配情況進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)制造執(zhí)行和倉庫管理等系統(tǒng)進(jìn)行合理使用，讓產(chǎn)品、設(shè)備、人員、模塊之間形成緊密的聯(lián)系。該種方式改變了以往離散制造行業(yè)存在的串聯(lián)作業(yè)形式，可以達(dá)到并聯(lián)生產(chǎn)的目的，有效提高了生產(chǎn)效率。最后，積極探索全面轉(zhuǎn)型升級(jí)的策略，如針對(duì)家電設(shè)備角度進(jìn)行分析，海爾成立了COSMOPlat這一平臺(tái)，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為基礎(chǔ)，為數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的開展提供了重要的基礎(chǔ)保障。研發(fā)技術(shù)的投入提升可以有效提高產(chǎn)能的總量，其產(chǎn)能提升相較于以前約為1倍左右。

2.2 運(yùn)營模式轉(zhuǎn)型升級(jí)

運(yùn)營模式是影響離散制造企業(yè)發(fā)展的主要因素，目前部分企業(yè)開始使用了以制造運(yùn)行管理為核心的線上平臺(tái)，可以隨時(shí)展示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的情況，提升了制造過程的透明化程度，達(dá)到跨區(qū)域轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。運(yùn)營模式轉(zhuǎn)型升級(jí)主要包括4個(gè)不同的階段。第一階段利用CAD技術(shù)進(jìn)行圖畫繪制，改變了以往用手繪畫的現(xiàn)象和問題，提高了圖畫繪制的效率和精準(zhǔn)程度，通過使用條碼和生產(chǎn)管理機(jī)制達(dá)到了信息化管理的目的。第二階段為信息化發(fā)展、自動(dòng)化發(fā)展共同前進(jìn)的重要階段，需要使用資源分配系統(tǒng)，在具體的生產(chǎn)活動(dòng)中引入新型的柔性生產(chǎn)線，可以進(jìn)一步強(qiáng)化生產(chǎn)效率，打造以信息和數(shù)字化中心為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，大力推廣柔性生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)線的工作質(zhì)量。第三，在探索新的發(fā)展階段時(shí)可以選擇X計(jì)劃，使用MES和WMS等系統(tǒng)，可以自動(dòng)對(duì)倉儲(chǔ)內(nèi)的物品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)倉儲(chǔ)物品的標(biāo)識(shí)情況完成分揀，有利于提高分揀的效率。第四階段屬于網(wǎng)絡(luò)化探索階段，充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)以及銷售環(huán)節(jié)，對(duì)離散制造行業(yè)的業(yè)態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，打造全新的發(fā)展生態(tài)環(huán)境。通過各種新型技術(shù)的應(yīng)用可以提高生產(chǎn)效益，提升幅度大約為5%，并且人工成本也大幅度下降[3]。

2.3 商業(yè)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)

酷特智能模式是某家服裝制造企業(yè)所提出的一種商業(yè)模式，具有個(gè)性化定制的特點(diǎn)，同時(shí)也能夠做到和用戶進(jìn)行直接連接。該種模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)也包括四個(gè)階段：第一階段屬于信息化管理和自動(dòng)生產(chǎn)階段，在這一階段將個(gè)性化定制作為重點(diǎn)，積極利用自動(dòng)化設(shè)備對(duì)生產(chǎn)模式進(jìn)行升級(jí)，優(yōu)化生產(chǎn)流程，同時(shí)推出了電子商務(wù)體系。第二階段，信息化和自動(dòng)化齊頭并進(jìn)，引入自動(dòng)化設(shè)計(jì)、MES、WMS等新技術(shù)形成C2M新商業(yè)模式。第三階段為數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化探索階段，引入數(shù)字化生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)，重點(diǎn)加快數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)速度，構(gòu)建以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的大規(guī)模個(gè)性化定制新模式。第四階段進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)化、智能化探索階段，通過對(duì)倉儲(chǔ)管理體系進(jìn)行改進(jìn)可以有效減少物流量，通過使用各種信息技術(shù)可以打造互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境，建設(shè)智能工廠，在智能工廠中人、事、物都會(huì)形成互聯(lián)互通的模式，生產(chǎn)效率上升，成本投入下降，利潤效益上升，有利于進(jìn)一步深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革[4]。

2.4 制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí)

離散制造行業(yè)在發(fā)展過程中最為重要的即為制造模式，目前制造模式也有所改善和調(diào)整。在制造模式轉(zhuǎn)型升級(jí)時(shí)首先需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，利用智能設(shè)計(jì)的方式在產(chǎn)品流通的各個(gè)環(huán)節(jié)做好自動(dòng)化建設(shè)，可以形成全自動(dòng)化的生產(chǎn)模式。其次，在進(jìn)入轉(zhuǎn)型階段之后需要構(gòu)建智能制造體系，隨時(shí)收集有關(guān)于設(shè)備的運(yùn)行情況以及相關(guān)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)交互的統(tǒng)一性，有利于全生命管理理念的落實(shí)。最后，是發(fā)展探索階段，開始不斷完善生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行系統(tǒng)、全生命周期質(zhì)量追溯體系，對(duì)于配方采取加密管理方式，保證其安全性，有利于推進(jìn)制造設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，滿足離散制造行業(yè)的發(fā)展需求。

3 離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級(jí)要點(diǎn)

目前離散制造行業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程中仍然存在著較多的問題，給行業(yè)發(fā)展帶來了制約，因此必須要重視在轉(zhuǎn)型升級(jí)時(shí)所關(guān)注的要點(diǎn)，完成重點(diǎn)任務(wù)，促進(jìn)離散制造行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展[5]。

3.1 打破智能關(guān)鍵技術(shù)壁壘

在智能制造活動(dòng)中需要使用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)以及智能傳感裝置，重點(diǎn)突破智能傳感器與傳感網(wǎng)絡(luò)及智能終端、即插即用技術(shù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)技術(shù)、機(jī)器對(duì)機(jī)器技術(shù)、制造IOT技術(shù)。大數(shù)據(jù)和知識(shí)庫是智能制造的核心，重點(diǎn)突破制造大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能分析與管理技術(shù)、面向制造大數(shù)據(jù)的綜合推理技術(shù)。智能推理是智能制造的靈魂，重點(diǎn)突破智能建模與仿真技術(shù)，研究數(shù)字孿生技術(shù)。

3.2 重視研發(fā)智能化制造設(shè)備

在離散制造行業(yè)發(fā)展過程中如何提升制造質(zhì)量和效率成為了相關(guān)人員所關(guān)注的重點(diǎn)話題，而設(shè)備則是影響制造活動(dòng)開展的關(guān)鍵因素，需要積極研發(fā)符合生產(chǎn)制造需求的智能化設(shè)備。在進(jìn)行研發(fā)時(shí)應(yīng)當(dāng)針對(duì)機(jī)床、機(jī)器人、特種制造設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)改造，形成柔性制造生產(chǎn)線，提升制造的效率[6]。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是行業(yè)所重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一，智能機(jī)器人的適用范圍應(yīng)當(dāng)不斷進(jìn)行拓展，如焊接作業(yè)、打磨作業(yè)、裝配作業(yè)、加工作業(yè)等。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)年均增速超過15%，預(yù)計(jì)2025年產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到2458億元。

3.3 完善標(biāo)準(zhǔn)和安全機(jī)制

在完善標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制時(shí)應(yīng)結(jié)合CPS、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求、云計(jì)算技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等進(jìn)行分析，了解具體的技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)。在具體的構(gòu)建過程中需要針對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、過程標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制進(jìn)行完善。當(dāng)前離散制造行業(yè)正處于快速轉(zhuǎn)型的階段，如果沒有形成統(tǒng)一的規(guī)劃，會(huì)影響制造活動(dòng)的有序開展。以安全標(biāo)準(zhǔn)為例，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建信息安全模塊和物理安全模塊，將離散制造行業(yè)的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)平臺(tái)中，在不斷的攻防演練過程中積累經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)利用大數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別等一系列環(huán)節(jié)，可以針對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行處理，做好防御和消毒工作，防止出現(xiàn)漏洞，及時(shí)對(duì)入侵到系統(tǒng)內(nèi)的病毒采取處理措施，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的功能和作用[7]。

3.4 建設(shè)智能化車間、工廠

數(shù)字化車間是智能化車間的初級(jí)發(fā)展階段，數(shù)字化車間需要利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)不同類型的設(shè)備實(shí)施管控，通過完成加工數(shù)據(jù)的描述、分析和決策環(huán)節(jié)后采取相應(yīng)的控制措施。智能化車間利用集成數(shù)據(jù)完成分析、決策，對(duì)制造流程進(jìn)行調(diào)整。

智能化工廠也是目前改革過程中所關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段利用三維模擬技術(shù)、仿真優(yōu)化技術(shù)可以對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行不斷的優(yōu)化和更改，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能和作用。在生產(chǎn)制造活動(dòng)中使用各類智能化設(shè)備可以提升生產(chǎn)的平穩(wěn)性和效率水平。在運(yùn)營管理活動(dòng)中會(huì)充分發(fā)揮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合，滿足價(jià)值鏈在不同環(huán)節(jié)的增長需求[8]。

4 結(jié)語

離散制造行業(yè)在以往的發(fā)展過程中出現(xiàn)了較多的問題，如自動(dòng)化水平低、缺少扎實(shí)基礎(chǔ)技術(shù)支持等，在具體的制造活動(dòng)中所需要投入的資源和成本普遍較高，排放的污染物量較多，不符合我國節(jié)能減排的發(fā)展理念。離散制造行業(yè)面對(duì)新的發(fā)展挑戰(zhàn)應(yīng)當(dāng)重視對(duì)現(xiàn)階段存在的問題進(jìn)行處理，夯實(shí)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，解決數(shù)據(jù)匯聚利用難度大的問題，力求可以提高行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。