“工業4.0”背景下的自動化制造技術

摘 要：隨著生產工藝和科學技術的進步，“工業4.0”項目逐漸被重視，給制造業帶來了新的發展機會，旨在提高智能化和自動化水平。而中德合作的加深，進一步地推動了工業4.0在我國的建設程度，拉動了制造生產業的發展。本文介紹了工業4.0的相關概念和意義，提出了自動化制造技術的創新應用方法。

關鍵詞：工業4.0；自動化；制造技術

工業4.0是2020年十大未來技術之一，側重點在整合合作伙伴和客戶，并優化和升級制造業的智能化和自動化程度，有助于打破企業間的“圍墻”，促進企業向產業鏈協同發展轉變，進而升級為社會化商業。當前，如何在這一背景下，做好自動化制造技術有效應用是研究的重中之重。

1 “工業4.0”理論和意義

工業4.0是由德國政府提出的未來項目之一，屬于高技術戰略，主要的投資部門為德國聯邦教育局及研究部（Bundesministerium für Bildung und Forschung，BMBF）和聯邦經濟技術部（BMWI）斥資兩億歐元研發和推進的項目。簡要地概括工業4.0的實質，就是指通過先進的物聯網系統，將制造生產環節涉及到的制造、銷售、信息自動化等結合到一起，實現高效的產品設計制造和供應。2014年，中德簽訂了合作行動方案，標志著進入了中德合作的新時代，對提高數字化和自動化有著重要的意義。從意義的角度來看，工業4.0可稱之為第四次工業革命，充分地將網絡信息技術和制造生產工作結合到一起，利用了信息通訊技術和虛擬信息物理系統（Cyber-Physical System），推進了制造業向智能化和自動化的發展。而且，工業4.0項目的主題有三點，分別是智能工廠、生產和物流，以網絡化的制造形式，連接了智能化的物流管理系統，實現了資源的快速分配和生產效率的提高。[1]

2 自動化制造技術的應用方法

工業4.0的背景下，制造業的發展迎來了新的方向，引發了新一輪的技術革新，制造技術的自動化也成為了關鍵的研究內容。針對新的工業形勢，自動化制造技術的應用可以從兩個方面入手，以建立靈活的智能化和自動化的綜合性制造模式。

2.1 建立FMS系統，提高自動化綜合水平

工業4.0下，為降低零件的生產成本、保證設備的使用率，以往的剛性制造模式需要進行改變，轉化為柔性制造系統（Flexible Manufacturing System，FMS），提升制造體系的自動化和綜合性。FMS系統是由多個柔性制造模塊組成，把加工設備、存儲和運輸裝置以及計算機主控單元結合到一起，可根據實際的制造環境和條件，靈活地調整生產技術，實現多種類和批量生產的目的。在設計和建立系統的過程中，需遵守三個原則。一是，經濟性原則。制造企業的經營目的就是經濟效益的最大化，設備的升級和自動化技術的引進，也需要綜合考慮到這一點，積極研發經濟型的FMS系統，支持企業設備的更新，為自動化制造技術提供硬件支持。二是，高效性原則。對于自動化制造技術的應用本質而言，生產效率的提升是重點。FMS系統也要從高效的角度出發，對構成的各個單元模塊進行升級，進而增加整體的制造效率。三是，規模功能化原則。制造業的生產線通常都需要處理復雜零件的裝配和加工，對零件功能和物流運輸的合理控制占據主要地位。為了簡化和提高制造的過程和效率，可以將產品生產的整個流程納入FMS系統中，自動地完成全部的生產、檢查測試和運輸等步驟，降低時間的消耗。[2]

2.2 針對工業4.0三大主題，提升工業自動化制造

2.2.1智能物流技術的應用

通過上文對工業4.0的研究可知，智能物流是重要的項目組成部分，利用了物流網、計算機網絡等技術，極大地提升了現有的制造業物流供應的效率，也是實現自動化制造技術的關鍵。在應用時，先要對制造資源的物流進行管理。物流信息的透明化是保證自動化制造順利展開的關鍵，以往的生產中設備物流常出現儲存效果低等問題，而物聯網中的數據層和應用層可以對數據信息進行交換、分析和云計算，可以對運輸中產生的大量數據及時快速地儲存和彈性計算并定位追蹤，而且，可以根據收集的信息繪制車輛的運行形勢圖、人員身體機能變化圖等內容，找出可能存在的問題，對緊急事件作出應急方案，協調車輛和人員之間的關系，對資源要素合理分配。接著，可以通過射頻技術和智能傳感技術自動地對運輸物資進行處理，從時間和地區兩方面綜合考慮，以免造成浪費。之后，智能自動物流技術，能夠對制造環節中產生的信息進行及時的處理、存儲、傳輸和應用，能夠保證物資設備在運輸的過程中隨時處在控制的范圍內。

2.2.2智能工廠技術

智能工廠是制造業的未來發展方向，重點在于生產全過程的自動化，就是要追求制造過程的管理可控性，確保制造的每個環節都處在實時的有效管理下。實際的應用環節，需按照配套的監管系統，選取的設備為覆蓋范圍廣且感知能力強的傳感器，滿足自動化管控產品制造過程的要求。同時，產品的出入庫管理也要借助這一技術，以相應的數據庫作為存儲到運輸環節的信息處理手段。

綠色制造技術也屬于智能工廠的范圍，不僅減輕制造業給環境造成的污染，對降低消耗也有積極的作用，可以借助互聯網技術，對制造過程中污染物的處理和產品的使用周期信息進行收集，建立制造商和使用者之間的聯系，提高自動化制造技術的針對性和制造業的可持續發展。

3 結語

總而言之，工業4.0的來臨對我國制造業的發展和技術革新有著重要的意義，尤其是諸如互聯網和物聯網等技術的應用，極大地提升了制造工藝的自動化。在新的發展時期，制造業要充分利用工業4.0背景下的先進技術，將自動制造技術與現有技術相結合，切實地增強制造的智能化水平和效率。

參考文獻：

[1]楊國華，劉洪波，婁詠，等.大數據分析在“工業4.0”模式中的運用及對傳統釀酒產業的創新發展研究[J].釀酒科技，2015，46（11）：1-8.

[2]何廷潤，黃筱鸝，駱佳龍.“工業4.0”戰略中CPS系統的挑戰與前瞻[J].移動通信，2015，38（21）：19-21.

作者簡介：安立成（1989-），男，甘肅蘭州人，本科，助理工程師，工業自動化方向。