我国智能制造技术在工厂应用与思考

郭字 王海刚

摘要：本文对我国智能制造技术在工厂应用与思考进行了论述。智能制造技术在工厂中的应用模式主要包括：生产过程实现智能化;装备和产品实现智能化;工厂实现个性化定制。我国工厂应用智能制造技术，应注意以下环节：虚拟仿真设计;网络化智能设备;模块化定制生产;大数据化精益管理。

关键词：智能制造;工厂;人工智能

面对德国工业4.0，我国提出了制造2025。在这种背景下，制造技术逐渐向智能化方向发展。只有把人工智能和现代制造技术结合起来，才能促进我国制造业转型升级。智能制造就是现代制造生产过程中的机器、设备等实现智能化，部分体力劳动和脑力劳动能被智能设备和系统代替。从而提高产品质量和生产效率，实现生产的信息化、智能化。

1工厂应用智能制造技术的条件和挑战

工厂要实现智能制造，首先要能处理分析信息和数据，并在此基础上进行决策。因此工厂应该有成熟的传感器、数字化、网络化技术，满足这三个基本条件，是工厂应用智能制造技术的基础。要想实现对信息和数据的有效处理分析，工厂就要掌握关键技术，如大数据、物联网和云计算等。这些技术可以帮助工厂处理分析大量的操作数据和车间数据，发现生产中未知的模式和相关性，对市场趋势和客户偏好等有一定的了解，从而改进生产。在满足智能化工厂的基本条件和关键技术后，还要提高工人的素质，使其可以熟练应用机器和工业机器人，使这三者之间能分工协作，共同提高工厂的生产效率。

当前工厂在应用智能制造技术方面还面临着很多挑战。除了缺乏专业的研发、生产、应用的人才外，很多企业自动化和信息化基础薄弱，内部现代制造理念和生产管理方式落后，这些都不利于工厂智能制造的实现。

2智能制造技术在工厂中的主要应用模式

2.1生产过程实现智能化

这种模式主要用于钢铁、纺织、造纸、食品等制造领域，这些领域有比较固定的流程，生产流程关系着产品的品质和企业发展。这些工厂要应用智能制造技术，控制产品质量，侧重的是实现生产数字化，把产品品控南末端控制转为全流程控制。要在这类工厂应用智能制造技术，首先要推进生产过程数字化，建设信息化系统、动态透明可追溯体系、可视化平台，使生产制造、过程管理等单个环节信息及生产全流程都能实现跨部门的协同控制。其次要推进生产管理一体化，搭建企业CPS系统，整合企业的资源和信息并使其实现共享，使企业的生产制造、运营管理和采购销售等业务的联系更加密切，分工协作，共同促进企业的发展。再次要推进供应链协同化，CPS系统搭建完成后还要对其进行拓展，使其不仅能整合分享企业内部的信息资源，还要与外部环境联系起来。密切企业与供应商、物流企业等的联系，使外部原材料的供应和内部生产配送之间的联系更加紧密，沟通更加顺畅，工作效率得以提高。最后要在以上基础上打造大数据化智能工厂，使工厂不仅能生产出质量合格的产品，还能满足客户的个性化需求。

2.2装备和产品实现智能化

这种模式主要用于汽车、航空、家用电器、电子信息等制造领域。这类企业应用智能技术主要是为了提高产品价值，使其实现自动化和智能化，在提高生产效率的同时，也要提升产品效能。这类企业要实现智能制造，首先要推进生产线智能化，引进各类智能装备，建立智能生产单元，在满足生产需求的基础上，提高工厂制造能力的精准性和敏捷性。其次要拓展基于产品智能化的增值服务，把产品的智能装置与CPS系统联系起来，使产品的故障诊断可以实现远程和实时的服务。再次要推进车间级与企业级系统集成，不仅要在企业内部实现生产和经营的密切协作，还要密切企业与其他相关企业的联系，使其之间实现信息共享、协同创新。最后要把生产与服务联系起来，企业要想提高核心竞争力，不仅要提高其产业效率，还要向服务化转型。

2.3工厂实现个性化定制

这种模式主要应用于家电、服装、家居等消费品制造领域。这类企业与消费者的日常生活密切相关，因此智能制造技术的应用不仅要提高其生产效率，还要开展个性定制模式，使其满足消费者的个性化、多元化需求。这类企业要应用智能制造技术，首先要推进个性化定制生产，在柔性化生产线和互联网平台的基础上，加强企业和用户的联系互动。把用户的需求生成数据模型，并在此基础上开展精益生产。其次要推进设计虚拟化，利用互联网把产品的设计、生产、服务等环节联系起来，并逆向整合这些环节，优化产品设计。利用虚拟仿真技术优化生产工艺。最后要推进制造网络协同化。工厂的制造平台要实现扁平化和虚拟化，把产业链上的上下游资源整合起来。使产品不仅能实现远程定制，还能实现设计、生产等环节的异地，创新工厂协同制造的模式。

3工厂应用智能制造技术的重要环节

3.1虚拟仿真设计

传统的产品研发设计大致包括设计模型、形成纸质图纸、最终形成三维工艺模型三个环节，这个过程以经验为主，需要进行二、三维之间的转换。随着三维建模和仿真技术的发展，工厂可以应用这些智能制造技术，进行产品设计研发，使其过程实现虚拟化、可视化。这不仅提高了产品研发设计的效率和质量，还使研发过程中信息传递更加通畅。此外，仿真技术还可应用于对产品的仿真分析和驗证中，使其在虚拟环境下进行。这能缩短产品开发周期，降低成本，提高企业的竞争力。未来我国工厂应掌握MBD技术、物理仿真引擎系统架构、仿真模型等技术环节。

3.2网络化智能设备

生产设备的智能化离不开网络化的发展，推进工厂制造模式实现高度密集的生产设备、生产设备智能化、柔性化制造方式等方面的变革。人工成本在不断上升，工厂要想降低生产成本，就要用高度密集的生产设备来代替工作人员从事生产第一线工作，工作人员则从事高质量的复杂劳动，这还有利于提高产品质量。在生产设备智能化方面。生产设备要在生产网络和系统的控制下，智能的完成校正、诊断、控制、管理、信息交换等工作。这不仅提高了生产效率，还使生产过程更加灵活、可持续。在柔性化制造方式方面。智能制造技术的应用，使增材制造方式逐渐取代传统的材料去除加工方式，使工厂生产过程中产生的耗能、污染降低，实现工厂的绿色化和柔性化。

3.3模块化定制生产

传统的工厂通过提高产品产量的方式盈利，但单一的产品难以满足消费者的个性化、多样化需求。模块化定制生产重视消费者的需求，即使小产量也能实现盈利。这种生产模式主要包括模块的生产和组装两个方面。在模块生产方面，传统的固定生产线逐渐难以满足消费者的需求，最终会被可动态组合的模块化生产方式代替。工厂先生产出不同用途或性能的模块，再根据消费者的需求进行自由组合。这不仅能满足消费者的需求，还能减少浪费、保证产品质量，降低成本和周期。在模块组装方面要实现标准化和通用化。不同产品其性能、结构不同，所需要的模块也不同。选择正确的模块并自由组装，丰富产品的品种和功能，提高产品性能。这还能使产品满足消费者的个性化需求，实现定制服务。

3.4大数据化精益管理

大数据技术的应用，创新了工厂产品的研发、生产和管理方式，主要体现在客户价值管理、精益生产和精益供应链三个方面。在客户价值管理方面。大数据配套软硬件、安全性和标准化在不断提升，结合移动互联、物联网等信息技术，能对客户的行为进行大数据分析。在此基础上，产品的研发设计向众包化的方向发展，售后服务也日益提升。在精益生产方面。大数据技术能分析预测生产过程中的用电量、能耗、事故等并进行优化，从而使生产过程更加透明、绿色、安全，提高产品质量。在精益供应链方面。大数据技术能收集、分析产品供应链中的数据，并预测其价格走势和库存等，从而实现供应链的信息共享和优化。这不仅能帮助工厂减少库存，降低成本，避免浪费，还能提升其仓储和配送效率。

4结束语

工厂应用智能制造技术是响应中国制造2025战略规划的要求，也是促进产业升级，提高竞争力的自身要求。当前工厂要应用智能制造技术，要满足有成熟的传感器、数字化、网络化技术三个基本条件，大数据、物联网和云计算等关键技术。要根据企业所属的领域和类型，选择适合自身的智能制造技术模式，还要重视各应用智能制造技术的环节。

参考文献

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