論智能制造的發展與智能工廠的實踐

王俊文

[摘? ? 要]我國近年來經濟快速發展，我國為實現從制造大國到制造強國的轉變，需要制造業不斷進步和實現可持續的發展，并且必須要對智能技術在制造業的應用中進行實踐。文章對智能制造的內涵進行論證，闡述我國智能制造的發展和規劃，從技術方面對智能制造工廠的框架進行分析，并對智能制造的實際情況進行詳細的介紹。

[關鍵詞]智能制造;發展;智能工廠;實踐

[中圖分類號]F424;F49 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–00–02

[Abstract]With the rapid economic development of our country in recent years， the manufacturing industry has realized the transformation from a large manufacturing country to a strong manufacturing country. Continuous progress and sustainable development are needed， and the application of smart technology in manufacturing must be practiced. Demonstrate the connotation of smart manufacturing， elaborate the development and planning of smart manufacturing in my country， analyze the framework of smart manufacturing factories from the technical aspect， and give a detailed introduction to the actual situation of smart manufacturing.

[Keywords]smart manufacturing; development; smart factory; practice

1 智能制造概念的產生和發展

（1）在20世紀90年代，信息化技術已得到了快速的發展，中國制造的產品銷往世界各地，圍繞高效制造的新概念和新的技術不斷的出現。以這樣的時代為背景，新型的人工智能技術得到了孕育，并通過一系列的技術手段和措施實現了智能技術的不斷向前發展。研發出了制造領域的智能單元和系統，并將其結合成了智能的單元系統的集成，智能制造系統就被廣泛地使用到制造產業當中。

（2）也就在這個時期，歐盟集體進行了EUREKA的跨國研究計劃，并對智能制造在基礎問題方面進行了大力的研究支持。作為科技強國的日本也在此時進入了智能制造行業領域，并在1990年推出了名為“智能制造系統IMS”的國際合作的研究計劃，邀請了很多的國際同行參加，并投入了大量的經費來進行100個與此相關的項目的前期研究。有行業專業認為當時日本倡導的合作計劃實施并沒有成功，處在智能技術和制造產業的初級階段，無法對制造系統的需求進行有效的滿足。

（3）最近幾年，信息技術對人工智能提供了很大的幫助，因此人工智能在我國取得了飛躍發展。2018年，我國政府開啟了《新一代人工智能發展規劃》，對新一代的智能技術提出了發展的新要求，人工智能技術和新一代的信息技術廣泛應用到制造企業中。“十三五”時期，我國實行了智能制造工程的展示，工信部專家在此時對智能制造做出了新的定義，把智能制造定義為“智能制造是基于新一代信息技術與先進制造業的深度融合，貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節、具有信息深度自感知、智慧優化自決策、競爭控制自執行等功能的先進制造過程、系統與模式的總稱”。權威認為智能制造是以工廠為載體，以關鍵的制造智能的運行數據進行端到端的智能生產活動。

2 當前主要工業國家智能制造相關發展規劃

（1）工業領域中廣泛地應用了物聯網、工業機器、人工智能等一些新技術。先進制造業是全球工業大國爭搶的重要領域。為了搶占先機，我國在2015年進行了“中國制造2025”的發布，對制造業強國的舉措進行了大力的實施。與此同時，全世界的制造業大國也相應地出臺了與制造相關的戰略規劃，比如德國的工業4.0計劃、日本的智能5.0計劃、韓國制造的創新3.0戰略等。

（2）新一代的信息技術和制造業的深度結合已經在“中國制造2025”中明確提出，這是智能制造的前進方向。同時還對十年的制造業強國方案設計了行動綱領，其中指出智能制造是需要重點實施的工程，緊緊圍繞智能制造的行動綱領進行了展開工作，國家工信部與財政部聯合制定了智能制造的計劃書，大力推進智能制造的示范工程，發布智能制造工程在實施過程中的行動指南，對工程的主要內容指明了方向，并同時引導對智能制造的有關核心技術進行了研發，并利用智能示范工程進行了實踐。

（3）2008年出現了世界性的金融危機，對先進制造業的發展被美國推上了國家戰略的高度，進行了伙伴計劃的實施。通用電氣提出了“工業互聯網”概念，這是互聯網和工業革命進行高度融合的變革。它將實體的制造業與虛擬的數字網絡進行了有效的連接，對其有效信息進行了交換，對生產系統進行了科技的創新。這樣的創新創造出了很多的創業機會，對美國的先進制造業的持續提升起到了一定的保障，在新一輪科技革命中占據了主導地位。

（4）對于2013年德國提出的工業4.0戰略來說，其主要內容分為三部分：

①實現智能工廠，實現對生產設施的網絡化設施，對智能化的生產流程和智能設備進行重點的研究;

②實現“智能生產”，實現生產現場可視化和透明化，主要在智能化的生產過程、人機協調性和各種軟件的應用方面進行了重點的研究。

③實現“智能物流”，主要內容是整合網絡資源和物流資源，對互聯網、物流網絡技術、物聯網等一些有用的資源進行了有效的整合，來進行物流效率的有效提高。德國提出的工業4.0技術特別注重智能化技術和中小型制造企業的生產技術的應用及創新。倡導GPS（“信息物流系統”）融入云計算和物聯網，創造自動操作的智能生產系統，以這樣的工業技術革新來確保德國在世界工業領先地位的持續。

（5）2015年日本發布的“機器人新戰略”，主要提出三大戰略方面目標：

①生產、學術、官方進行三方合作，創建世界機器人的創新基地，采用廠商和用戶的對接機會激發創新，對下一代的智能人才進行重點培養，緊接著進行下一代的新技術研發。

②建設世界第一的機器人應用國家，主要在服務業、制造業、農業和公共的基礎設施的建設等方面推行機器人技術，不斷采用機器人的新技術進行環境方面的改善。

③邁向領先于世界的機器人時代，制定機器人在大數據、物聯網時代下機器人數據采集、自律性和物聯網方面制定國際標準。在第二年又接著發布了科技的基本振興計劃，提出了智能社會5.0的概念。

（6）在韓國，2014年發布了“制造業創新3.0戰略”，并提出到2020年要進行1萬家智能工廠的打造，設立了咨詢服務、教育服務和支持注冊資金等方式來配合智能工廠的創建。借用信息科技領域的優勢，來對智能制造進行信息技術和制造業的高度融合，以此來進行制造業的在智能程度的提升，來推進制造業的整體水平及能力。

3 智能工廠的總體技術架構

（1）“中國制造2025”明確地提出了智能制造的實施策略，智能制造技術是其中五項重大工程中的一個，智能制造要借助智能工廠為實施基礎，快速地實現自動化、柔性化、高度智能化和個性定制化的專業生產技術，設置科學的制造生產流程，進行實際的生產操作，以此來實現工業生產對市場需求的快速響應，滿足市場需求的個性化和定制化生產。

（2）生產車間是生產中的中間執行層，主要負責生產計劃的安排、生產中的執行、物料的管理、資源的管理和現場的管理的模式。以制造執行系統（MES）為基礎來實施生產過程的管控。為了保證制造的智能部門順利地完成生產計劃，統一進行制造計劃的分發和實現現場的信息資源進行一致的協調和管理。MES可以在底層工業網絡的基礎之上對現場的工作狀態進行及時獲取，生產實物和相關的生產記錄信息進行及時的反饋，可以對現場管理中的管理人員和操作人員進行跟蹤當前的制作資源狀態進行調控，完成生產在執行過程中的有效管控。主要運用的是高級計劃與排成系統（APS）、顯示終端的大屏幕（PCT）和設備的集成控制系統（RPC）等。

（3）生產資源屬于現場設備層的內容，它包含的內容是：工業機器人、數控加工中心和加工生產等一些生產必需的設備，建立在全集成自動化理念（TLA）基礎之上的自動化是其生產的核心，廣泛地采用總線技術來控制現場管理，同時實現各種智能信息進行及時交換，并利用編程控制器（PLC）和工業的控制軟件對現場生產過程中的智能設備完成其協調控制工作，同時還需要操作人員和機械共同協同作業，自動化的靈活性和穩定性就在自動化的生產過程中展現出來了。

（4）例如，武漢華中數控公司就研發了自主的數控平臺，公司聯合了華中科技大學的國家研究中心對制造設備的數字化進行了合作研究，自主創建了智能工廠并申請了自主知識產權。其智能工廠的技術框架分為主要的四層架構，包括智能的決策層、智能的執行層（MES）、智能的傳感層和智能的設備層，經過工廠大數據的中心平臺進行集成的分析操作。如圖1所示，CAPP作為輔助工業的設計系統，主要對其輔助工藝進行設計;RFID是無線射頻，對其電子標簽進行有效的識別;CNC是數控機床系統;AGV是自動導航車，負責其導航系統;RGV是軌道導航車系統。

4 國產智能制造工廠實踐與應用

（1）以制造強國戰略為導向，廣東勁勝集團和華中數控進行聯合，進行了我國首批智能制造的試點項目的實踐工作，是一種對移動終端的金屬加工進行智能制造的新模式。這個項目主要對手機、平板（PAD）等數字終端所采用的金屬零件進行加工制造，已經完成項目實施和驗收通過，是我國首個國產化的智能示范型工廠，它是離散型的智能制造的教科書產業，可以為后續的一些企業提供參考。

（2）廣東勁勝集團的智能工廠規劃方案對我國的國產數控機床、國產工業軟件和國產機器人技術進行了有效的工廠實踐，創建了一個我國自主知識產權的集成系統。這個智能工廠規劃了十條專業的智能生產線，并對智能生產線進行了高效的配置。主要包括：180臺可高效運行的數控中心，來進行手機的金屬復雜零件加工;72臺華速機器人來進行數控機床的配套，進行物料的自動上下流水線操作;15臺導航小車來進行物料的運輸。這些設備系統的集成構建，采用云數據為基礎進行數控平臺的大數據集成進行運動。MES軟件對制造的執行完成了管控的工作，同時為PLM軟件提供進行連接的交互接口。這樣，產品的研發和制造的效率得到了很大的提高。

5 結束語

站在技術的角度，制造業已經成為未來數字化發展的重要行業，實現了新一代的信息技術和制造業的高度結合。綠色環保的概念是中國制造的前進方向。國家的大力度舉措和技術的發展必將促進智能制造和相關人才的發展。

參考文獻

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[3] 周佳軍，姚錫凡，劉敏，等.幾種新興智能制造模式研究評述[J].計算機集成制造系統，2017，23（3）：624-639.