“工业4.0”背景下的自动化制造技术

摘 要：随着生产工艺和科学技术的进步，“工业4.0”项目逐渐被重视，给制造业带来了新的发展机会，旨在提高智能化和自动化水平。而中德合作的加深，进一步地推动了工业4.0在我国的建设程度，拉动了制造生产业的发展。本文介绍了工业4.0的相关概念和意义，提出了自动化制造技术的创新应用方法。

关键词：工业4.0；自动化；制造技术

工业4.0是2020年十大未来技术之一，侧重点在整合合作伙伴和客户，并优化和升级制造业的智能化和自动化程度，有助于打破企业间的“围墙”，促进企业向产业链协同发展转变，进而升级为社会化商业。当前，如何在这一背景下，做好自动化制造技术有效应用是研究的重中之重。

1 “工业4.0”理论和意义

工业4.0是由德国政府提出的未来项目之一，属于高技术战略，主要的投资部门为德国联邦教育局及研究部（Bundesministerium für Bildung und Forschung，BMBF）和联邦经济技术部（BMWI）斥资两亿欧元研发和推进的项目。简要地概括工业4.0的实质，就是指通过先进的物联网系统，将制造生产环节涉及到的制造、销售、信息自动化等结合到一起，实现高效的产品设计制造和供应。2014年，中德签订了合作行动方案，标志着进入了中德合作的新时代，对提高数字化和自动化有着重要的意义。从意义的角度来看，工业4.0可称之为第四次工业革命，充分地将网络信息技术和制造生产工作结合到一起，利用了信息通讯技术和虚拟信息物理系统（Cyber-Physical System），推进了制造业向智能化和自动化的发展。而且，工业4.0项目的主题有三点，分别是智能工厂、生产和物流，以网络化的制造形式，连接了智能化的物流管理系统，实现了资源的快速分配和生产效率的提高。[1]

2 自动化制造技术的应用方法

工业4.0的背景下，制造业的发展迎来了新的方向，引发了新一轮的技术革新，制造技术的自动化也成为了关键的研究内容。针对新的工业形势，自动化制造技术的应用可以从两个方面入手，以建立灵活的智能化和自动化的综合性制造模式。

2.1 建立FMS系统，提高自动化综合水平

工业4.0下，为降低零件的生产成本、保证设备的使用率，以往的刚性制造模式需要进行改变，转化为柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS），提升制造体系的自动化和综合性。FMS系统是由多个柔性制造模块组成，把加工设备、存储和运输装置以及计算机主控单元结合到一起，可根据实际的制造环境和条件，灵活地调整生产技术，实现多种类和批量生产的目的。在设计和建立系统的过程中，需遵守三个原则。一是，经济性原则。制造企业的经营目的就是经济效益的最大化，设备的升级和自动化技术的引进，也需要综合考虑到这一点，积极研发经济型的FMS系统，支持企业设备的更新，为自动化制造技术提供硬件支持。二是，高效性原则。对于自动化制造技术的应用本质而言，生产效率的提升是重点。FMS系统也要从高效的角度出发，对构成的各个单元模块进行升级，进而增加整体的制造效率。三是，规模功能化原则。制造业的生产线通常都需要处理复杂零件的装配和加工，对零件功能和物流运输的合理控制占据主要地位。为了简化和提高制造的过程和效率，可以将产品生产的整个流程纳入FMS系统中，自动地完成全部的生产、检查测试和运输等步骤，降低时间的消耗。[2]

2.2 针对工业4.0三大主题，提升工业自动化制造

2.2.1智能物流技术的应用

通过上文对工业4.0的研究可知，智能物流是重要的項目组成部分，利用了物流网、计算机网络等技术，极大地提升了现有的制造业物流供应的效率，也是实现自动化制造技术的关键。在应用时，先要对制造资源的物流进行管理。物流信息的透明化是保证自动化制造顺利展开的关键，以往的生产中设备物流常出现储存效果低等问题，而物联网中的数据层和应用层可以对数据信息进行交换、分析和云计算，可以对运输中产生的大量数据及时快速地储存和弹性计算并定位追踪，而且，可以根据收集的信息绘制车辆的运行形势图、人员身体机能变化图等内容，找出可能存在的问题，对紧急事件作出应急方案，协调车辆和人员之间的关系，对资源要素合理分配。接着，可以通过射频技术和智能传感技术自动地对运输物资进行处理，从时间和地区两方面综合考虑，以免造成浪费。之后，智能自动物流技术，能够对制造环节中产生的信息进行及时的处理、存储、传输和应用，能够保证物资设备在运输的过程中随时处在控制的范围内。

2.2.2智能工厂技术

智能工厂是制造业的未来发展方向，重点在于生产全过程的自动化，就是要追求制造过程的管理可控性，确保制造的每个环节都处在实时的有效管理下。实际的应用环节，需按照配套的监管系统，选取的设备为覆盖范围广且感知能力强的传感器，满足自动化管控产品制造过程的要求。同时，产品的出入库管理也要借助这一技术，以相应的数据库作为存储到运输环节的信息处理手段。

绿色制造技术也属于智能工厂的范围，不仅减轻制造业给环境造成的污染，对降低消耗也有积极的作用，可以借助互联网技术，对制造过程中污染物的处理和产品的使用周期信息进行收集，建立制造商和使用者之间的联系，提高自动化制造技术的针对性和制造业的可持续发展。

3 结语

总而言之，工业4.0的来临对我国制造业的发展和技术革新有着重要的意义，尤其是诸如互联网和物联网等技术的应用，极大地提升了制造工艺的自动化。在新的发展时期，制造业要充分利用工业4.0背景下的先进技术，将自动制造技术与现有技术相结合，切实地增强制造的智能化水平和效率。

参考文献：

[1]杨国华，刘洪波，娄咏，等.大数据分析在“工业4.0”模式中的运用及对传统酿酒产业的创新发展研究[J].酿酒科技，2015，46（11）：1-8.

[2]何廷润，黄筱鹂，骆佳龙.“工业4.0”战略中CPS系统的挑战与前瞻[J].移动通信，2015，38（21）：19-21.

作者简介：安立成（1989-），男，甘肃兰州人，本科，助理工程师，工业自动化方向。