智能制造技術(shù)體系的建設(shè)

張文明，黃小惠，胡簫笛，吳國君，張守明

航天科工第四研究院紅陽機電公司 湖北孝感 432000

設(shè)計總工程師 張文明

1 序言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，各類先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備、數(shù)字化檢驗檢測裝備和電子通信儀器等人工智能裝備不斷涌現(xiàn)與升級，智能制造技術(shù)和智能化工廠得到快速發(fā)展。現(xiàn)結(jié)合我公司的實際情況，談?wù)剬χ悄苤圃旒夹g(shù)的理解與認(rèn)識，以及如何建設(shè)智能制造技術(shù)體系，推動智能制造技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用。

2 不斷充實硬件系統(tǒng)

擁有高智能化、自動化硬件裝置是建設(shè)智能制造技術(shù)體系的基礎(chǔ)。對于機械加工制造企業(yè)來說，最主要的智能裝備是高品質(zhì)的三軸與多軸數(shù)控機床。我公司采購數(shù)控銑床與數(shù)控車床始于20世紀(jì)80年代末期，至今已有30多年，這期間經(jīng)過多次大的技術(shù)改造，購入大量國內(nèi)外先進(jìn)的數(shù)控加工機床（見圖1）與檢測儀器及裝備（見圖2）。目前，我公司各類先進(jìn)數(shù)控設(shè)備數(shù)量已超過設(shè)備總量的95%，其中四軸、五軸數(shù)控加工機床已成為公司的主流加工設(shè)備。現(xiàn)代數(shù)控加工設(shè)備的智能化程度同過去相比有了極大的提升，尤其是設(shè)備的在線檢測及自適應(yīng)功能的運用，大大縮減了操作人員的工作量，機器取代了人的部分分析與糾錯工作。同時，在某些加工單元使用機器人等輔助加工智能裝備，用于快速裝卸工件。另外，公司還購入大量用于貨物周轉(zhuǎn)的智能轉(zhuǎn)運車等，為智能制造技術(shù)體系建設(shè)提供了硬件保證。

圖1 公司部分?jǐn)?shù)控設(shè)備

圖2 公司部分檢測裝置

3 不斷充實軟件系統(tǒng)

擁有高智能化、自動化硬件裝置，只是智能制造技術(shù)體系建設(shè)的前提，如何將這些裝置的智能與自動化潛能快速地開發(fā)出來，應(yīng)用于生產(chǎn)實際，則需要應(yīng)用高智能的軟件來實現(xiàn)。圖3為公司機械加工車間部分軟件應(yīng)用與管理現(xiàn)場情況。經(jīng)過了從Surfcam軟件到Mastercam的應(yīng)用，再到如今UG的推廣使用。編制數(shù)控程序的計算機輔助制造CAM軟件，基本上經(jīng)歷了一個從低級到高級的推廣應(yīng)用過程。編制數(shù)控程序的速度與程序的準(zhǔn)確率也經(jīng)歷了一個循序向上的過程，大大提高了數(shù)控機床的開機率。配合編程軟件，公司還通過引進(jìn)VERICUT數(shù)控加工仿真軟件，對編制的程序進(jìn)行全過程基于加工真實環(huán)境的虛擬摸擬仿真，大大提高了數(shù)控程序的準(zhǔn)確率。此外，通過引入Advantage軟件FEM、PM兩個模塊，對程序的進(jìn)給量、轉(zhuǎn)速和切削深度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，大大提高了數(shù)控加工程序的合理性，優(yōu)化了對數(shù)控機床的使用。

圖3 機械加工車間部分軟件應(yīng)用與管理現(xiàn)場

軟件的充實，不僅局限于數(shù)控編程這一個環(huán)節(jié)，還貫徹于制造的全過程。例如，公司引入武漢開目公司開發(fā)的CAPP軟件和南京國睿信維公司開發(fā)的三維工藝系統(tǒng)PDM軟件，解決了智能工藝規(guī)劃與過程管理、智能制造過程與執(zhí)行管理問題，使得編制工藝文件變得更快捷、更規(guī)范，也更方便管理。所有軟件系統(tǒng)協(xié)同運用，充分發(fā)揮軟件的功能，促進(jìn)了制造技術(shù)向智能化轉(zhuǎn)變。

4 推進(jìn)車間數(shù)字化建設(shè)

車間數(shù)字化建設(shè)是智能制造技術(shù)體系建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。數(shù)控機床是自帶顯示屏的數(shù)字化加工設(shè)備，操作人員可以在屏幕上直接輸入、編輯程序。車間在眾多大型關(guān)鍵數(shù)控機床前，安裝了大屏幕電腦，通過局域網(wǎng)直接與辦公室存有工藝文件的電腦連接，操作人員在加工時可以直接從電腦上調(diào)取工藝文件，查看加工內(nèi)容與圖樣尺寸，無需再去資料室借用所需要的工藝文件來指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)，真正做到了無紙化辦公。獲取資訊快捷、透明，還不用擔(dān)心丟失與損壞工藝文件。公司在每個車間，選擇在檢驗區(qū)域附近及人員流動密集處這兩個位置，分別安裝數(shù)臺自助機（見圖4），用于檢驗人員及生產(chǎn)操作人員向檢驗中心與生產(chǎn)調(diào)度部門匯報自己一天的生產(chǎn)情況，方便對口管理部門及時了解產(chǎn)品的加工質(zhì)量與生產(chǎn)進(jìn)度信息，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以及時發(fā)出調(diào)整指令。所有這些，都是創(chuàng)建數(shù)字化車間給生產(chǎn)與管理帶來的好處，在智能制造技術(shù)體系的建設(shè)過程中，堅決推行車間數(shù)字化管理是必不可少的環(huán)節(jié)。

圖4 數(shù)字化車間的自助機

5 網(wǎng)絡(luò)化資源共享與協(xié)同辦公

網(wǎng)絡(luò)是資源共享與協(xié)同辦公的橋梁，是智能制造技術(shù)體系建設(shè)關(guān)鍵的一環(huán)。我公司早在20世紀(jì)90年代初期便成立了信息化中心，通過創(chuàng)建局域網(wǎng)，基本上實現(xiàn)了資源共享與協(xié)同辦公。

車間的每臺機床與辦公室的程序管理計算機工作站通過網(wǎng)絡(luò)連接（見圖5），大大方便了數(shù)控程序的傳輸，輕松實現(xiàn)了在線分析加工。此外，將經(jīng)過機床驗證的程序回傳到工作站保管，不僅可以避免再次使用時重新編制程序的重復(fù)勞動，還可規(guī)避程序錯誤。

圖5 機床與設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)管理

6 加強與外界的交流合作

緊跟時代前沿技術(shù)，加強同外界的交流與合作，尤其是加強同一些高校、設(shè)計單位、研究院所的交流與合作，才不會迷失企業(yè)發(fā)展的方向，才不至于落伍。例如，前幾年我公司下屬的一個船艇開發(fā)分公司，自主設(shè)計了一款1.6L排量的水上摩托艇用發(fā)動機，使用性能一度不穩(wěn)定，工作過程中爆缸、連桿折斷等故障不斷發(fā)生。為此，公司內(nèi)部組織技術(shù)攻關(guān)多次，都沒有獲得好的效果，后來請大學(xué)的知名專家教授會診，終于使問題得到了解決，目前，該型發(fā)動機已成為國內(nèi)某船艇制造廠的配套產(chǎn)品，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)10000r/min。

7 柔性制造單元建設(shè)

為了探索智能制造技術(shù)體系的建設(shè)模式，在公司最大的機械加工廠房內(nèi)專門開辟了一塊場地，封閉創(chuàng)建了針對某量產(chǎn)的加工對象的智能化柔性制造單元。該單元由1臺五軸加工中心、1臺四軸加工中心、2臺數(shù)控車床、1條工件輸送線、1臺機器人及3臺指令與展示進(jìn)度指揮系統(tǒng)電腦構(gòu)成（見圖6），整個生產(chǎn)過程具有極高的自動化與智能化程度，從工件毛坯的輸送，到成品的檢測都是自動完成的，生產(chǎn)效率比原來提高10倍以上，質(zhì)量可靠性與穩(wěn)定性比原來高出不止一個量級。該單元的建設(shè)，強調(diào)了柔性，可在稍加改造或不加改造的前提下，快速實現(xiàn)對加工對象的改變，這也是智能化的一種體現(xiàn)。

圖6 車間柔性制造單元場景與裝備

8 人才隊伍建設(shè)

只有擁有高素質(zhì)的人才隊伍，才能把人的智慧與設(shè)備的智能有機地融合在一起，才能使彼此的潛能最大化，從而更好地服務(wù)于生產(chǎn)，創(chuàng)造出更大的價值。公司特別注重人才隊伍建設(shè)，采用引進(jìn)的方式，從國內(nèi)各大院校招聘了大量青年學(xué)子，充實到生產(chǎn)一線和工藝技術(shù)、生產(chǎn)調(diào)度等崗位；還從沿海等工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)高薪聘請了為數(shù)眾多的技術(shù)人才，使整個員工隊伍的專業(yè)素質(zhì)得到了顯著提高，對于加快推進(jìn)智能制造技術(shù)體系的建設(shè)進(jìn)程起到了至關(guān)重要的作用。

9 結(jié)束語

智能制造技術(shù)不僅局限于制造工藝，而是覆蓋了市場分析與培育、生產(chǎn)管理、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù)以及回收再生的全過程。目前，我公司智能制造技術(shù)體系的建設(shè)水平尚處于側(cè)重于生產(chǎn)制造的層面，離真正的智能化制造還有一定的距離，但是通過前期的努力，公司的生產(chǎn)能力已經(jīng)得到了極大的提高。未來，公司將持續(xù)推進(jìn)智能制造技術(shù)體系建設(shè)，只要我們堅定地走下去，一點一滴地積累經(jīng)驗，相信一定會獲得更好的效果。