智能制造技术在工业自动化中的应用研究

马堆仓，朱云峰

（浙江省嘉兴市桐乡市巨石集团有限公司四分厂，浙江嘉兴 314500）

工业对于国家而言是基石产业，现在的工业主要是为了保证人们的生活水平，并且促进国家经济的发展，同时工业的发展也能够满足当前经济全球化的发展。“互联网+”时代的到来为工业发展提供了自动化技术，极大提高工业生产效率与质量，基于智能控制技术的工业自动化逐渐成为国内工业生产主流。在未来，工业自动化技术会进一步得到增强，诸如人工智能、云计算，会和工业生产制造结合起来，并且智能制造会在国内得到大范围推广，将我国的工业生产水平推上新的台阶。

1 智能制造技术与工业自动化概述

1.1 智能制造技术概述

智能制造技术是人机一体化的智能生产系统[1]。将其应用到工业生产中，不仅可以依靠自身完成数据分析、判断、推理等过程，还可以根据自动分析处理的结果自行发出对应的指令，在工业生产中的工程设计、生产调度以及故障诊断等方面都实现了广泛的应用。①突破了传统人工制造模式下的种种限制和束缚，即使是面对较为复杂的生产环境下，也可以对各种生产问题进行自行分析和处理，并根据分析结果制定完善的工业制造生产方案，发出相应的指令，这使得实际的生产效率要远高于传统的手工操作生产效率。②在实际的生产过程中，智能制造技术还可以实现对生产过程数据信息的采集，并传输到计算机内部进行整合分析，以此来为产品加工以及决策制定等方面提供信息支持。③智能制造技术还具有全透明以及开放性的特点，工作人员可以对系统中的信息进行随时修改，方便确保信息的更新足够及时，这对于一些复杂问题的处理以及系统控制效率的提升都具有十分重要的作用。

1.2 工业自动化概述

我国工业自动化技术应用十分广泛，不仅涵盖物理加工方式，还涵盖化学加工和生物加工方式，因此需要对产品和原材料的实际应用比例进行自动化监测，才能够最大限度减少资源浪费和能源消耗比例。在工业自动化控制系统和生产制造系统中，需要对自动化集成以及自动化管理模式进行客观评估和集成部署，才能够使各类工业产品和生产物料能够精准对应，还需要进一步优化和完善线性以及非线性生产加工模式。在部署和应用工业自动化技术和系统装置的过程中，不可忽略各项生产技术资源之间的关联性和共通之处，才能够动态协调各项组织资源。在广泛应用工业自动化技术和系统装置的过程中，也需要将工业生产加工要素与决策管理模式相结合，确保工业系统内部数据信息资源的稳定可持续传输状态，才能够有效提升工业管理的决策质量，进而使企业有效适应瞬息万变的市场环境[2]。

2 智能制造技术在工业自动化中应用的问题

2.1 系统感知问题

对于传统的工业生产制造系统而言，各类仪器设备的数据参数感知标准并不一致，因此直接影响到智能制造技术的数据规范统一形式，还会对工业自动化控制模式的精准度产生较深的影响。尤其在工业企业的数字化和自动化转型阶段内，工业系统的感知问题相对比较普遍，直接关联到各项生产、制造、加工业务流程的完整性，还会对企业内部生产效益产生负面影响。很多工业生产设备和仪器视觉感知能力相对比较单一，数据存储和采集精度相对偏低，因此能够间接影响到智能制造技术资源的完整性。在智能制造领域，工业企业需要将自动化控制系统和其他机器设备进行信息共享和数据互联操作，才能够精准定位和识别各项生产工艺参数以及自动控制精度等相关生产技术资源。系统感知问题不仅体现在生产管理和生产加工流程等相关层面之上，也能够间接影响到工业企业内部数据信息资源的共享和交换质量。

2.2 系统控制问题

很多工业企业在制定和完善生产加工流程的过程中，并未全面考量自动化系统控制精度和操作模式之间的关联性，因此也会间接浪费较多数据信息资源以及生产技术资源。系统控制问题不仅体现在工业产品的生产制造模式、加工工艺流程、生产物料的库存管理等相关层面之上，也能够聚焦于工业企业的自动化控制操作节点之中。针对此类系统控制问题，很多工业企业还不能全面部署和应用智能制造系统装置，因此会显著降低生产物料的整体利用效率，剩余产能的问题非常严峻。系统控制问题，究其根本，与工业企业的生产技术资源信息化转型路径不够精准直接相关，还会间接影响到工业企业内部自动化控制系统装置的整体资源利用效率。

2.3 系统决策问题

在对工业企业内部生产技术资源进行全面整合的过程中，不能够忽略系统决策结果的输出形式，否则会直接影响到各项生产物料的审批和库存盘点结果是否一致。尤其在部署和应用智能制造系统装置的过程中，需要对系统决策功能模块的决策树和逻辑规则进行精准判断和识别，并逐步形成流程化的系统判断模式。在统一部署集成化生产物料管理平台之后，系统决策问题也能够充分体现在企业内部工业技术资源和信息资源的互联互通层面之上，对各项生产经营活动的顺利推进产生一定阻碍和限制。系统决策问题与当前企业所采用的生产管理模式直接关联，并对工业产品的供应链和财务资金链产生深远的影响。

3 智能制造技术在巨石集团中的应用要点

玻纤行业本质上隶属劳动密集型产业，劳动力成本的不断上涨使得行业发展形势愈发严峻。在不断的改革进程当中，巨石集团作为玻纤行业翘楚，其生产线上智能化元素随处可见[3]。依托智能制造技术进行自动化生产，如此一来便减少了人工误差，助力集团的可持续发展。

3.1 生产管理智能化

玻璃纤维的生产主要依靠对生产工序的把控，如果说任意一道生产工序出现问题，那么最终成品也因会出现问题而成为废品。为此巨石集团高度重视智能数字化工厂的建设，合理分配智能制造技术的相关信息资源，对生产管理的智能化目标进行合理制定和完善。在数字化工厂的智能制造系统平台中，需要充分运用物联网技术和互联网技术，对各类生产制造以及加工设备的数据信息采集精度进行严格界定，才能够客观考量玻璃纤维制品加工以及制造流程的完整性。巨石集团智慧工厂总控制室如图1所示，借助于云计算技术和大数据分析技术，不仅能够呈现智能化的生产管理模型，还能够对企业内部生产技术资源和人力资源进行科学规划以及资源目录整合，充分保障工业自动化系统中相关操作数据指标的精确度。网络云计算及大数据的运用能够帮助加工企业更好地进行决策，在企业生产管理编制的实践中不断进行调整，通过实行成品产销管理模式优化数据计算，并在此基础上充分发挥管理网络化功能。由巨石集团自主研发的智能物流输送线一经投入使用，有效打破诸多生产瓶颈，企业整体生产效率也因此提升了28.6%[4]。

图1 巨石集团智慧工厂总控制室

3.2 生产过程自动化

为进一步提升工业企业的市场核心竞争力水平，在部署和应用智能制造技术资源、工业自动化控制系统的过程中，企业需要对各类工业产品的整体生产制造流程进行客观评估和量化统计分析，对生产过程的自动化控制模式进行可行性分析和经济学评估。在工业企业的生产过程自动化管理模式中，需要对各类生产物料的上下机状态进行精准识别，并对各项生产技术参数和工艺流程的关键控制节点进行客观评估和统计分析，充分保障不同工业产品的阶段性生产质量与集成化数据资源基本一致。

在部署和应用智能制造技术资源以及自动化控制系统的过程中，工业企业的生产管理部门需要严把质量关，还需要对生产操作环境进行精准识别，确保加工制造原材料和工业产品的安全稳定性。2020—2021年，巨石集团智能制造基地相继开工，通过智能制造技术的应用，加之技术保障和硬件设备支撑，基地生产线的产能与能源利用率都得到了明显的提升，生产成本、研发周期及产品不良率都有明显的下降。具体如图2所示。

图2 巨石集团智能制造基地实践用例

3.3 故障诊断智能化

工业企业在集中部署和应用智能制造技术资源的过程中，需要对故障诊断功能的智能化判断模式进行精准监控，才能够尽量减少生产技术资源和人力资源的浪费问题。在智能化故障诊断模式中，工业企业的相关产品生产制造流程更加公开透明，也有利于相关生产管理部门进行信息共享及数据互联，才能够呈现更加稳定安全以及可持续的生产管理模式。在部署和落实智能化故障诊断机制的过程中，需要对各类自动化控制设备以及智能制造设备进行统一编码，才能够精准定位和识别各类故障问题的产生原因和影响范围，还能够对某个生产流水线和供应链数据信息资源进行分类整合，充分保障企业内部工业产品和专业技术资源的完整性和互通互联状态。在巨石集团智能制造基地中，依托人机交互以及工业互联网技术的配合，实现了无人化的快速故障处理，维护人员也能在任一位置完成故障诊断与监控工作。

3.4 虚拟工业生产

在巨石集团的数字化工厂中，其生产管理模式为由集团统一管控。智能制造技术的广泛应用，能够显著提升玻璃纤维的整体生产效能，但是也需要充分引进和应用虚拟化的工业生产流程，尽量减少材料资源和其他技术资源的浪费问题。在虚拟化工业生产模型中，需要充分运用PLC 可编程逻辑器，在计算机系统设备中精准判断和识别各类生产技术资源以及数据信息的来源和去向，才能够确保生产工艺流程的完整性和可持续性。尤其在引进智能制造技术和仪器设备之后，需要对虚拟化生产操作流程进行优化和经济学分析，才能够充分改进产品的生产制造工艺，最大限度提升工业生产技术资源的综合利用率。巨石集团智能制造项目依托网络架构技术对生产设备予以3D 仿真建模，旨在虚拟环境中探究原料比例、再现制造工艺、展现产品全生命周期，确保工业生产的经济效益最大化[5]。而且采用这样的方式能够清楚地了解整个玻璃纤维产品的生产流程，结合虚拟/现实技术优化生产，同时为产品研发提供很好的依据。

4 结语

对于工业制造自动化生产线而言，有效应用智能制造技术，有利于提高产品生产的精度、产品的生产效率，并为企业创造更大的经济效益。在百年未有的大变局下，巨石集团以智能制造的建设为抓手，为制造业数字化转型交出一份高分答卷，结合自身实际生产需求，将人工操控、自动设计、自动检测、自动监测等技术应用到对应的生产环节中，从而促进工业自动化生产线的高质高效运行，提高产品的良品率，促进企业的健康长远发展。