智能制造技术在门窗制造领域的应用

潘 福

（北京米兰之窗节能建材有限公司，北京 102211）

0 引言

当前经济高质量发展的背景下，制造业的高质量发展尤为重要，其中智能化水平的提升是不可或缺的一环。智能化水平包括智能管理、智能产品和智能制造三个环节[1]。智能制造作为新一轮工业革命的核心技术，随着其不断发展，越来越多的门窗制造企业开始应用智能制造技术，以提高生产效率、降低成本和提升产品品质。近年来，学术界对门窗智能制造的研究集中在个案设计上，郎洪林[2]研究设计了一种基于物联网的智能门窗监测控制系统。龙华金[3]通过对市面上已有的智能门窗系统的分析，设计了一种以micro:bit板作为硬件电路核心的智能门窗系统。蔡秋[4]指出数字化转型对门窗制造工厂数字化转型的发展现状。

本文旨在探讨智能制造技术在门窗行业中的应用和前景展望，创新点主要体现在以下几个方面：（1）典型案例分析。本文选择了米兰之窗智能门窗作为典型案例，通过深入分析其智能制造实践，揭示智能制造技术在门窗行业中的应用情况。（2）问题与限制探讨。本文将重点关注传统门窗制造过程中存在的问题和限制，探讨这些问题如何影响供应链、生产效率以及产品品质，进而引发对智能制造技术的需求。（3）应用和前景展望。本文将重点讨论智能制造技术在门窗行业中的应用前景，分析其对提高生产效率、降低成本和提升产品品质的潜在作用，旨在为门窗行业的制造发展提供有价值的参考。

门窗是建筑物的基本组成部分，其在建筑设计和装饰中起到了至关重要的作用。传统的门窗制造通常需要大量的人工操作和精确的测量，这不仅费时费力，而且容易产生误差。随着智能制造技术的快速发展，门窗制造业也面临着转型和升级的机遇，门窗制造将进入工业4.0时代。智能制造技术的应用可以提高门窗制造的效率、质量和精确度，并减少人为因素对制造过程的影响。通过引入智能制造技术，通过数字化转型，门窗制造商可以实现数字化设计、智能化生产和智能化管理，让高性能门窗产品低成本触达终端客户，改变目前行业“劣币驱逐良币”的现象，引领整个门窗行业健康有序发展。因此，研究门窗在智能制造方面的突破和应用具有重要的实际意义和应用前景。

1 智能制造概述

智能制造是指利用先进的信息技术、自动化技术和智能化技术，以实现工业生产过程的数字化、网络化、自动化和智能化的生产方式。它通过将传感器、物联网、云计算、大数据分析等技术应用于制造过程中，实现生产设备、产品和生产环境的智能化互联互通，从而提高生产效率、产品质量和资源利用效率。通过信息技术驱动双跨越的战略变革，是企业实现转型升级的重要路径[5]。

智能制造的发展可以分为三个阶段：第一阶段是自动化制造阶段，主要通过机械化和自动化技术实现生产过程的自动化，如传统的生产线和机器人应用。第二阶段是数字化制造阶段，利用计算机技术和软件工具对生产过程进行数字化建模和仿真，实现生产过程的可视化和优化。第三阶段是智能化制造阶段，基于先进的信息技术和人工智能技术，实现生产设备和系统的智能化互联互通，实现物联网，智能决策、智能控制和智能优化。

2 智能制造在门窗行业中的应用前景

智能制造在门窗行业中有着广阔的应用前景。通过引入智能制造技术，可以实现四个方面的改进和创新。

首先是生产过程的智能化管理。通过引入物联网、传感器技术、嵌入式中端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，可以实现对生产设备和生产过程的实时监控和数据采集，从而提高生产过程的可视化和透明度，实现生产过程的智能化管理和优化。

其次是个性化定制和柔性生产的出现。智能制造技术可以实现门窗的个性化定制和柔性生产。通过数字化设计和智能化生产设备，可以根据客户需求实现门窗的定制设计和生产，提供更加符合用户需求的产品。通过提供售后服务和其他后续服务，来获取更多的附加价值，这就是软性制造。个性化需求、小批量定制将成为潮流。

再次，可以更好地进行质量控制和品质管理。智能制造技术可以实现门窗生产过程的数据驱动的质量控制。通过实时监测关键参数和数据分析，可以及时发现生产过程中的质量问题，实施精确的质量控制和品质管理，提高产品的质量稳定性。

最后，智能制造可以带来线上线下一体化的服务体验。智能制造技术可以实现线上线下一体化的服务体验。通过物联网技术和智能设备，用户可以在线上进行产品选购和定制，同时享受到线下的高品质服务和售后支持。

综上所述，智能制造在门窗行业中的应用前景非常广阔，将为门窗制造商带来更高效、精确和智能化的生产方式，同时为用户提供更优质的产品和服务体验。

3 传统门窗制造存在的问题

3.1 传统门窗制造的流程和方法

传统门窗制造通常采取手工制作的方式，由于技术和工艺的局限，生产周期长，生产效率低，无法满足大批量、高质量、个性化的生产需求。同时，一些传统门窗生产厂家存在小规模、工艺简陋、质量不稳定等问题，致使消费者对该行业的信任度不高。

3.2 传统门窗制造的局限性和挑战

传统门窗制造通常存在以下几个局限性和挑战：首先是制造精度低。传统门窗制造通常采用人工生产，制造精度低，不利于提高产品品质和加工效率。其次是生产效率低。传统门窗制造周期长、量少，生产效率低，这影响了企业的生产效益，并且无法满足快速交付和个性化需求。再次是成本较高。传统门窗制造采用人工制作方式，需要大量的人力资源，设备成本高，致使制造成本高昂。随着人工成本的快速上升，原材料价格持续上涨，年轻人不愿意从事苦、脏、累的工作，给国内企业带来了巨大的生存压力，行业面临向东南亚国家外迁的趋势，企业面临巨大的生存压力。最后，传统门窗无法满足个性化需求。传统门窗制造无法满足新时代消费者的个性化需求，难以提供多款式、多尺寸、多功能的产品。

4 智能制造技术在门窗制造中的突破

为了克服传统门窗制造存在的问题，门窗制造企业开始采用智能制造技术来提高生产效率、降低成本、生产精度和品质等方面都具有显著的提升。

4.1 数字化设计与模拟

智能制造技术使得门窗制造企业可以利用数字化设计和模拟工具来进行产品设计和模拟。通过数字化设计软件和仿真工具，可以创建门窗的三维数字模型，并进行结构分析、材料模拟和性能仿真。这样可以预测和优化生产过程中的设计缺陷，提前发现和解决问题，大大降低产品开发周期。数字化设计和模拟还可以提高产品的制造精度和质量，确保产品满足设计要求。建有基于互联网的个性化定制服务平台，收到客户数据之后，自动化地将其与数据库中存储的模型进行比对，并提供给客户一个3D模型，通过模型顾客可以立体、细致地观察款式、细节设计，门窗材质等，这样就实现了“一窗一版，一件一流”的定制化智能设计。

4.2 自动化生产与装配

智能制造技术在门窗制造中广泛应用自动化生产和装配。传统的人工操作和组装过程可以通过智能制造技术转化为机械化和数字化的自动化生产方式。利用数控加工设备和自动化装配线，可以实现门窗零件的精确加工和快速组装。以MES为产线大脑，实现自动排产、自动加工、上下料、智能测量、误差自补偿等作业全过程的闭环控制，支持不同材料、不同结构形式产品的混线生产，自动灵活调整工艺，适应小批量、多品种的生产模式。自动化生产和装配不仅提高了生产效率，还降低了人为错误和浪费，保证了产品的一致性和质量稳定性。

4.3 物联网和传感技术的应用

智能制造技术借助物联网和传感技术在门窗制造中实现了生产过程的实时监控和质量控制。通过在关键位置安装传感器，可以实时监测生产过程中的参数，如温度、湿度、压力等，以及产品的质量指标。收集到的数据可以通过物联网平台传输和分析，通过云服务平台的数据分析和算法优化，可以及时发现和纠正生产过程中的问题，确保产品的质量和一致性。

4.4 人工智能在门窗制造中的应用

人工智能技术在门窗制造中的应用也日益重要。在工艺标准化、管理组织化、信息一体化、生产自动化的基础上，以MES为核心，打造24h可靠的无人值守的智能车间，实现生产全过程作业自动化，质量可追溯；同时实现互联互通以及人机互联、机物互联、机机互联、人人互联，最终让整个工厂变成一个类似人脑一样的智能系统，自动响应用户个性化订单。利用机器学习和深度学习算法，可以实现生产资源的智能分配和调度，优化生产流程和资源利用效率。人工智能还可以通过对生产数据的分析和模式识别，预测制品的畸变率和缺陷率，提前采取措施来提高产品质量和生产效益。

4.5 其他创新技术的突破

除了上述技术，智能制造还可以融合其他创新技术来推动门窗制造的突破。例如，3D打印技术可以实现复杂结构门窗的快速制造和个性化定制；光固化技术可以实现高精度的光学元件制造；材料表面处理技术可以改善门窗的耐久性和外观质量。通过集成和应用这些创新技术，可以进一步提高门窗制品在生产、设计、制造工艺和材料方面的突破，推动门窗行业向智能化和高品质化发展。

5 智能制造在门窗行业中的应用案例分析

智能制造在门窗行业的应用涉及门窗的设计与制造、质量控制、供应链管理、售后服务等各个环节。米兰之窗品牌创立于1999年，是集自主研发、系统化智能生产为一体的高端科技系统门窗公司，是中国铝包木门窗国家标准的制定者，国家建筑系统门窗技术导则的编写者[1]。该公司现已形成北京、河北、山东三大运营基地。产品遍及全国，并出口美国和欧洲市场。米兰之窗山东智能制造基地于2014年立项，2015作为中国首个工业4.0系统铝包木窗智能化生产线正式投产。2021年，米兰之窗再度开启门窗智能制造新纪元，首个系统铝合金窗工业4.0智能化生产线也正式开机。米兰之窗在生产制造、质量控制、供应链管理和售后服务等方面全方位实现了智能制造。

5.1 智能化门窗应用于生产实践的案例

以米兰之窗山东基地铝合金车间和铝包木车间的智能化设计与生产为例，在铝合金车间，米兰之窗山东基地引入了最新的4.0铝合金生产线，用德国的KLAES软件和设备连线，使用户订单通过软件可以直接和生产设备对接，解决了传统生产方式效率低下、产品质量无法保证和人工成本不断增加等问题。该生产线采用智能锯切、智能分拣机加工、智能物料分拣和智能指示灯料车等先进技术。智能锯切系统由智慧大脑控制，实现了无需纸质数据的启动程序，只需输入数据即可进行切割。仅需两人操作，大大提高了工作效率。该系统还具备自动完成送料、切割和出料的功能，能够一次性处理多个型材，机械手可适应铝材切割的水平和垂直方向。同时，智能锯切系统配备了防错机构和自动报警功能，保证了工作的准确性和安全性。该生产线设备精度可参见表1。

表1 智能制造门窗生产设备精度表

此外，生产线还采用了环保设计，配备了自动排屑机和集尘系统，提高了工作效率。铝合金车间的智能分拣机系统根据二维码标识扫描型材所属部位，并自动分配给机器人进行加工，实现了智能化加工。而智能物料分拣和智能指示灯料车系统则通过机器人完成铣型打孔和中挺的加工，并利用指示灯将零件输送到料车上进行组装，避免了人工错误分类。

在铝包木车间，采用先进的生产设备和工艺，实现了高品质的铝包木门窗制造。主要设备包括德国原装进口的数控优化备料线，具有自动上料，优化切割和四面刨光等功能，有效提高了生产效率和材料利用率。此外，还采用了自动注胶机、自动压木机等设备，实现了铝包木门窗的自动化制造。

总的来说，通过引入先进的智能制造技术和设备，实现了全自动智能化流水式生产，提高了生产效率，摆脱内部工序混乱、产品堆积的局面，这些创新和实践不仅推动了企业的发展，还为整个行业树立了榜样，展示了智能制造在门窗行业的巨大潜力和应用前景。

5.2 智能制造在门窗质量控制、供应链管理、售后服务等方面的应用案例

米兰之窗的智能制造生产基地，在数字化运营平台将ERP、MES、SRM、CRM、PDM等软件应用于制造的实践上，推动制造装备之间、产线、车间、工厂的数字化信息快速流动和广泛应用，以期使企业在质量控制、供应链管理和售后服务等方面的能力有效最大提升。通过自动化生产设备的有序运作，提高生产效率、实现高效批量化规模生产的同时，其数字化管理、大数据分析为优化生产结构和管理模式提供了便捷，使资源利用率得以提高、资源能耗得以降低，在产品生产端实现智能制造体系的搭建，以智能化生产助推绿色产业发展。

首先，在质量控制方面，米兰之窗生产基地的产品制造过程质量控制系统可以对生产过程中的数据进行实时监控，员工通过智能数据中心的质量管理模块，可以随时检查车间内实时的产品产能和品控情况，运用制造系统质量状态评测指标体系，实时判断车间不合格品、不合格品原因、故障停机台时、车间设备完好率、设备利用率等，并实时进行质量特性管理、数据采集、控制图分析、异常原因处理、过程能力分析等，保证产品制造加工过程的稳定性。通过数据挖掘和分析可以发现生产中的瑕疵和问题，及时调整制造流程。通过参考在制品信息，可以更灵活的制定或者变更生产计划，减低损耗，达到精益生产的目的，提高了生产效率和质量，同时减少了人工成本。依靠智能控制技术，该企业实现了批量生产和高品质，同时满足了市场上多维化和个性化的需求。

其次，从供应链管理的应用来看，米兰之窗采用企业资源计划系统ERP构建了一个数字化的门窗供应链管理系统，以信息化为手段，将企业所有资源进行整合集成管理，即企业的三大流（物流，资金流，信息流）进行全面一体化管理的管理信息系统，实现生产流程的重组、优化和企业内部资源的整合，提供销售管理、采购管理、仓库管理与存货核算的集成应用，使得企业构建高效的基础供应链管理体系，形成整体综合优势，能够快速响应市场，获取效益的最大化。该系统从客户下单到款项清算整个过程，全程在线化，可根据订单、生产、安全库存等情况自动生成采购建议，可根据行业预设多种材料类型如：型材、玻璃、木方、板材、五金件等等，即装即用，支持多种常规出入库业务及盘点业务，支持与条码管理相结合，大幅降低录入工作量，可追溯物流，也可以透过系统交流信息，可提供外购、估价、自制、其他入库的成本核算功能，采购费用自动分摊，可大幅提升行业生产效率，并减少生产和运营成本，并减少了传统模式下个别业务环节的流失和外漏，从而为企业节约了管理成本和时间。

再次，将智能制造技术应用于售后服务中。通过智能传感器和数据分析，可以监测门窗的性能和使用情况，并提供定期维护和远程故障诊断，实现设备故障的提前预警和远程运维，以确保客户的门窗系统始终处于良好状态。米兰之窗的设备故障远程诊断系统实现对门窗启停记录、状态变更、运行日志及装备/设备运行初始值设置等运行情况记录，对运行工作进行全面和规范的管理；同时实现对设备及装置运行过程的跟踪；并且实现对设备故障和缺陷及时发现、监控、识别、快速处理以及故障分析等的闭环管理。通过大数据分析，建立各设备中传感器的异常检测模型，从而通过输出异常得分，输入行业专家库，从而分析出故障成因，使用户或者公司能及时排除故障，可以提前发现门窗故障和损坏，进而进行预警和修复，提高了售后服务质量和效率，同时降低了售后服务成本并提高了客户满意度。

6 结论

通过对智能制造在门窗行业中的应用前景、传统门窗制造存在的问题以及智能制造技术在门窗制造中的突破进行研究，得出以下结论。

（1）智能制造在门窗行业中具有巨大的应用前景，可以提高生产效率、降低成本，并实现个性化定制。

（2）传统门窗制造存在流程繁琐、效率低下以及质量难以保证等问题，制约了行业的发展。

（3）智能制造技术在门窗制造中的突破包括数字化设计与模拟、自动化生产与装配、物联网和传感技术的应用、人工智能的应用，以及其他创新技术的突破。

综上所述，智能制造对于门窗行业具有重要意义。通过采用智能制造技术，门窗制造企业可以提高生产效率、降低成本，并满足消费者个性化需求。然而，为了实现智能制造的全面应用，企业需要加强技术研发与创新，政府和相关机构也应提供支持和推动政策。只有充分发挥智能制造的优势，门窗行业才能实现可持续发展，并迎接未来的挑战。