淺析自動化信息化生產及智能制造前景

晁偉鵬 丁雷

摘 要：自德國的“工業4.0”，美國的“工業互聯網”和中國的“中國制造2025”提出以來，智能制造，柔性制造，個性化定制，智能工廠，云工廠等新概念如雨后春筍般破土而出。近年來在大數據，人工智能的推動下，黑燈工廠，AI芯片，自動駕駛等亦逐步落地，給行業帶來了顛覆性變化。本文試圖從制造業底層角度淺析生產的自動化、信息化的必要性和重要性，以及對智能制造的簡單分析和暢想。

關鍵詞：自動化；信息化；工業4.0；智能制造

1、自動化、信息化生產的基本模式

隨著經濟的持續發展，中國的人口紅利逐漸消失，人力成本高企，企業轉型升級壓力加大，幾年前以富士康為首的制造業企業就提出機器換人的口號，以機械臂或者機器人代替生產工人，按照生產工藝的要求對設備進行流水線布局，使工件在各個工序之間自動轉運自動加工，這種自動化生產模式對于產品加工具有很大的可控性，且受人為因素影響較少，便于提高生產效率。

在實際生產中，特別是對于全工序的生產模式，由于涵蓋了零件加工的完整工藝流程和加工工序，即從接到產品圖紙起的編排工藝到原材料準備、車銑加工，熱處理，再到后續的磨削加工，刻字標識，包裝入庫，以及部分工序的特種加工等，其間無論是半成品零件的跟蹤，生產進度的控制，還是待加工零件的質量回溯，以及生產數據的統計，都因為生產工序復雜，各工序相互協調度高，管理存在巨大困難。

所以在自動化生產模式中還需要加入信息化的管理模式。在生產中信息化的管理模式主要在于信息收集和處理，應用ERP系統進行生產管理，通過其數據信息共享優勢，企業不需要通過人工輸入數據、記錄日常工作狀況，而是采用目前較為成熟的條形碼或二維碼標識方法。生產系統在接到生產任務之后，由圖紙編號產生對應的條形碼/二維碼，這樣產品從開始錄入到原料準備、熱處理、轉間直至最后入庫，各工位只需要對零件的條形碼/二維碼進行識別確認即可，相應的信息可同步在電腦終端顯示。管理員可通過數據終端快速查到受監控零件的加工位置，工序進展程度，入庫時間以及即將入庫數量。以此可實時掌握生產進度，有利于生產的調度與協調，提高加工效率，降低產品跟蹤，質量回溯的時間成本。

在以上模式的生產環境下，數控機床的應用越來越普遍，然而對于數控銑床、加工中心等機床，其對零件的裝夾并不能像數控車床那樣，僅僅通過三爪卡盤或頂尖就能很方便快捷地進行裝夾。這類機床一般都需要專用夾具，通過操作者手動裝夾零件，比較費力，而且裝夾可靠性不強，更重要的是相比于數控機床的加工時間，花費在工件位置調整和裝夾上的時間過長，不能完全體現數控機床的優勢。

2.自動化、信息化產品在線測量的重要性

產品是以質量為生命的，對于以數控機床，自動夾具，機械臂，流水線組成的自動化生產線，其初始狀態的產品質量控制還是需要人工進行檢測，這就產生自動加工與人工檢測之間不可調和的矛盾。高效率的產品加工往往會因為人工檢測的低效滯后而產生的批量廢品，增加生產成本，同時隨著生產效率的提高以及個性化生產的需求，人工檢測顯然不能滿足自動化生產的要求。

以機器檢測代替人工檢測，實現在線自動測量，在理論上完全可以實現與生產同步的產品全檢，百分之百保證產品質量。當然受制于技術的發展，全檢在具體的生產線中會有一定困難，但是即使是進行抽檢，在檢測結果的可靠性，信息反饋的及時性上也有其不可否認的優勢。在產品出現尺寸超差等不符合預設值等問題時，測量設備會進行報警并對前半段生產線進行自動停線，如果每個工位之間有半成品的儲備，那么后半段的生產線可暫時不受停線影響。

當然自動化生產線最終的目標是實現生產—檢測—反饋—調整—生產的閉環，這種閉環模式在單一數控設備上的實現較為簡單，比如軋鋼設備鋼板厚度的自動控制，無心磨床工件直徑的自動控制等。對于整條生產線而言就較為復雜，但基本原則還是以產品的關鍵工序為主，相應的加工設備和測量設備進行配合，對每一件加工完成的產品進行測量，測量結果與理論值進行比較，并將結果第一時間反饋給加工設備，設備在加工下一件產品之前對機床參數進行相應調整，以便更加接近理論值。

這種閉環模式可稱之為智能化生產線的初始形態，也是目前較為流行的一種生產線模式。但是這種模式下的生產線所能加工的產品品種較為單一，設備與設備之間是預先設定好的機械式銜接，調整起來困難較大，且對于預設程序之外的問題不能進行反饋調整，遠達不到智能化生產，甚至智能工廠的目標。

3.對智能制造的分析和前景的暢想

目前國內，在不同場合都能聽到中國制造業可以借勢即將來臨的第四次工業革命“彎道超車”，實現“中國制造”向“中國智造”的飛躍。但是必須清楚認識到我國目前還處在工業2.0及工業3.0階段，要盡快地趕上發達國家，關鍵在于必須集合自身發展現狀利用技術創新，通過服務于生產制造過程科學管理的優化和產品質量的提升，從而向消費者提供滿足需求的產品。不能只埋頭于技術的精致，閉門造車，只顧急于“彎道超車”，而熱衷于信息化的提升，投入大量資金搭建時下流行的各類的信息化系統，導致“信息化”過量，而“工業化”基礎不足，企業管理和產品質量并無顯著改善，遑論“智能制造”。

緊盯在行業技術發展環境下的客戶需求變化，以此為前提，再結合自身的制造能力和現狀，采用有助于改善企業管理，提高生產效率，保證產品質量，有助于企業實現“跨越式”發展的“信息化、智能化”技術手段。唯有如此，才能在此次技術革新中既不至于被淘汰，也不至于陷入“智能化”陷阱而在“彎道超車”的過程中“翻車”。

制造企業要實現智能制造或者說工業4.0，還需要下很大功夫，特別是致力于產品創新和大力提高產品質量，夯實制造基礎，在完成工業3.0之后，再借助于大數據和人工智能，特別是機器自主學習功能。從智能工廠的視角觀來說，將單個或多個有序組合的加工設備和測量設備作為一個加工單元，其所有的信息均存儲于車間的“大腦”，即中央處理中心，每個加工單元相互獨立且統一由中央處理中心進行調配。根據所要加工的產品特點自主選擇加工路線和加工單元，并對加工過程中所出現的問題進行收集分析處理，實現由一條生產線的閉環加工到一個生產車間，甚至一座工廠的閉環，且擁有自主學習的能力，解決簡單的意外情況。

在相應數據與外界聯網之后，或許就達到了云工廠的目標，當然要實現這樣的生產模式，達到機器在一定范圍內擁有自主決策能力的夢想，未來還有很長的路要走。在現階段生產線的閉環生產，以及生產線的自主選擇，并依靠信息化而建立起來的輔助決策系統將是將來一段時間內制造業的主流模式。

智能化的生產本質是要將人從簡單重復的機械式工作中解脫出來，進而從事更具有創造性的工作，擴大了人的可選擇余地，解放了人。

參考文獻

[1]熊夢珂，李臻，蔡沖.信息化背景下制造業的生產調度[J].現代企業教育.2014年6月，下期：445；

[2]張曙.中國制造企業如何邁向工業4.0[J].機械設計與制造工程.2014年12月，第12期：1-5；

[3]周佳軍，姚錫凡，劉敏，張劍銘，陶韜.幾種新興智能制造模式研究評述[J].計算機集成制造系統.2017年3月，第23卷第3期：624-639.

作者簡介

晁偉鵬，（1990，1-），男，漢族，陜西寶雞，從事夾具設計與加工（含液壓夾具）。本科，助理工程師。畢業于長安大學。

（作者單位：陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司）