我國智能制造技術在工廠應用與思考

郭字 王海剛

摘要：本文對我國智能制造技術在工廠應用與思考進行了論述。智能制造技術在工廠中的應用模式主要包括：生產過程實現智能化;裝備和產品實現智能化;工廠實現個性化定制。我國工廠應用智能制造技術，應注意以下環節：虛擬仿真設計;網絡化智能設備;模塊化定制生產;大數據化精益管理。

關鍵詞：智能制造;工廠;人工智能

面對德國工業4.0，我國提出了制造2025。在這種背景下，制造技術逐漸向智能化方向發展。只有把人工智能和現代制造技術結合起來，才能促進我國制造業轉型升級。智能制造就是現代制造生產過程中的機器、設備等實現智能化，部分體力勞動和腦力勞動能被智能設備和系統代替。從而提高產品質量和生產效率，實現生產的信息化、智能化。

1工廠應用智能制造技術的條件和挑戰

工廠要實現智能制造，首先要能處理分析信息和數據，并在此基礎上進行決策。因此工廠應該有成熟的傳感器、數字化、網絡化技術，滿足這三個基本條件，是工廠應用智能制造技術的基礎。要想實現對信息和數據的有效處理分析，工廠就要掌握關鍵技術，如大數據、物聯網和云計算等。這些技術可以幫助工廠處理分析大量的操作數據和車間數據，發現生產中未知的模式和相關性，對市場趨勢和客戶偏好等有一定的了解，從而改進生產。在滿足智能化工廠的基本條件和關鍵技術后，還要提高工人的素質，使其可以熟練應用機器和工業機器人，使這三者之間能分工協作，共同提高工廠的生產效率。

當前工廠在應用智能制造技術方面還面臨著很多挑戰。除了缺乏專業的研發、生產、應用的人才外，很多企業自動化和信息化基礎薄弱，內部現代制造理念和生產管理方式落后，這些都不利于工廠智能制造的實現。

2智能制造技術在工廠中的主要應用模式

2.1生產過程實現智能化

這種模式主要用于鋼鐵、紡織、造紙、食品等制造領域，這些領域有比較固定的流程，生產流程關系著產品的品質和企業發展。這些工廠要應用智能制造技術，控制產品質量，側重的是實現生產數字化，把產品品控南末端控制轉為全流程控制。要在這類工廠應用智能制造技術，首先要推進生產過程數字化，建設信息化系統、動態透明可追溯體系、可視化平臺，使生產制造、過程管理等單個環節信息及生產全流程都能實現跨部門的協同控制。其次要推進生產管理一體化，搭建企業CPS系統，整合企業的資源和信息并使其實現共享，使企業的生產制造、運營管理和采購銷售等業務的聯系更加密切，分工協作，共同促進企業的發展。再次要推進供應鏈協同化，CPS系統搭建完成后還要對其進行拓展，使其不僅能整合分享企業內部的信息資源，還要與外部環境聯系起來。密切企業與供應商、物流企業等的聯系，使外部原材料的供應和內部生產配送之間的聯系更加緊密，溝通更加順暢，工作效率得以提高。最后要在以上基礎上打造大數據化智能工廠，使工廠不僅能生產出質量合格的產品，還能滿足客戶的個性化需求。

2.2裝備和產品實現智能化

這種模式主要用于汽車、航空、家用電器、電子信息等制造領域。這類企業應用智能技術主要是為了提高產品價值，使其實現自動化和智能化，在提高生產效率的同時，也要提升產品效能。這類企業要實現智能制造，首先要推進生產線智能化，引進各類智能裝備，建立智能生產單元，在滿足生產需求的基礎上，提高工廠制造能力的精準性和敏捷性。其次要拓展基于產品智能化的增值服務，把產品的智能裝置與CPS系統聯系起來，使產品的故障診斷可以實現遠程和實時的服務。再次要推進車間級與企業級系統集成，不僅要在企業內部實現生產和經營的密切協作，還要密切企業與其他相關企業的聯系，使其之間實現信息共享、協同創新。最后要把生產與服務聯系起來，企業要想提高核心競爭力，不僅要提高其產業效率，還要向服務化轉型。

2.3工廠實現個性化定制

這種模式主要應用于家電、服裝、家居等消費品制造領域。這類企業與消費者的日常生活密切相關，因此智能制造技術的應用不僅要提高其生產效率，還要開展個性定制模式，使其滿足消費者的個性化、多元化需求。這類企業要應用智能制造技術，首先要推進個性化定制生產，在柔性化生產線和互聯網平臺的基礎上，加強企業和用戶的聯系互動。把用戶的需求生成數據模型，并在此基礎上開展精益生產。其次要推進設計虛擬化，利用互聯網把產品的設計、生產、服務等環節聯系起來，并逆向整合這些環節，優化產品設計。利用虛擬仿真技術優化生產工藝。最后要推進制造網絡協同化。工廠的制造平臺要實現扁平化和虛擬化，把產業鏈上的上下游資源整合起來。使產品不僅能實現遠程定制，還能實現設計、生產等環節的異地，創新工廠協同制造的模式。

3工廠應用智能制造技術的重要環節

3.1虛擬仿真設計

傳統的產品研發設計大致包括設計模型、形成紙質圖紙、最終形成三維工藝模型三個環節，這個過程以經驗為主，需要進行二、三維之間的轉換。隨著三維建模和仿真技術的發展，工廠可以應用這些智能制造技術，進行產品設計研發，使其過程實現虛擬化、可視化。這不僅提高了產品研發設計的效率和質量，還使研發過程中信息傳遞更加通暢。此外，仿真技術還可應用于對產品的仿真分析和驗證中，使其在虛擬環境下進行。這能縮短產品開發周期，降低成本，提高企業的競爭力。未來我國工廠應掌握MBD技術、物理仿真引擎系統架構、仿真模型等技術環節。

3.2網絡化智能設備

生產設備的智能化離不開網絡化的發展，推進工廠制造模式實現高度密集的生產設備、生產設備智能化、柔性化制造方式等方面的變革。人工成本在不斷上升，工廠要想降低生產成本，就要用高度密集的生產設備來代替工作人員從事生產第一線工作，工作人員則從事高質量的復雜勞動，這還有利于提高產品質量。在生產設備智能化方面。生產設備要在生產網絡和系統的控制下，智能的完成校正、診斷、控制、管理、信息交換等工作。這不僅提高了生產效率，還使生產過程更加靈活、可持續。在柔性化制造方式方面。智能制造技術的應用，使增材制造方式逐漸取代傳統的材料去除加工方式，使工廠生產過程中產生的耗能、污染降低，實現工廠的綠色化和柔性化。

3.3模塊化定制生產

傳統的工廠通過提高產品產量的方式盈利，但單一的產品難以滿足消費者的個性化、多樣化需求。模塊化定制生產重視消費者的需求，即使小產量也能實現盈利。這種生產模式主要包括模塊的生產和組裝兩個方面。在模塊生產方面，傳統的固定生產線逐漸難以滿足消費者的需求，最終會被可動態組合的模塊化生產方式代替。工廠先生產出不同用途或性能的模塊，再根據消費者的需求進行自由組合。這不僅能滿足消費者的需求，還能減少浪費、保證產品質量，降低成本和周期。在模塊組裝方面要實現標準化和通用化。不同產品其性能、結構不同，所需要的模塊也不同。選擇正確的模塊并自由組裝，豐富產品的品種和功能，提高產品性能。這還能使產品滿足消費者的個性化需求，實現定制服務。

3.4大數據化精益管理

大數據技術的應用，創新了工廠產品的研發、生產和管理方式，主要體現在客戶價值管理、精益生產和精益供應鏈三個方面。在客戶價值管理方面。大數據配套軟硬件、安全性和標準化在不斷提升，結合移動互聯、物聯網等信息技術，能對客戶的行為進行大數據分析。在此基礎上，產品的研發設計向眾包化的方向發展，售后服務也日益提升。在精益生產方面。大數據技術能分析預測生產過程中的用電量、能耗、事故等并進行優化，從而使生產過程更加透明、綠色、安全，提高產品質量。在精益供應鏈方面。大數據技術能收集、分析產品供應鏈中的數據，并預測其價格走勢和庫存等，從而實現供應鏈的信息共享和優化。這不僅能幫助工廠減少庫存，降低成本，避免浪費，還能提升其倉儲和配送效率。

4結束語

工廠應用智能制造技術是響應中國制造2025戰略規劃的要求，也是促進產業升級，提高競爭力的自身要求。當前工廠要應用智能制造技術，要滿足有成熟的傳感器、數字化、網絡化技術三個基本條件，大數據、物聯網和云計算等關鍵技術。要根據企業所屬的領域和類型，選擇適合自身的智能制造技術模式，還要重視各應用智能制造技術的環節。

參考文獻

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