浅析人工智能技术在建筑陶瓷产业发展中的应用

2021-03-31王浩王宁

砖瓦 2021年1期

王浩王宁

（1.中材高新材料股份有限公司，山东淄博 255000；2.淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院，山东淄博 255000）

1 前言

人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。近三十年来人工智能技术获得了迅速的发展，在很多学科领域都获得了广泛应用，并取得了丰硕的成果。专家系统、人工神经系统、模糊辨识是人工智能技术的三大支柱，它们已经越来越深入地应用于工程领域中的故障诊断、工况预报和监控、工程设计（包括配方设计）中[1]。

改革开放以来，借助于我国经济的高速发展，我国陶瓷制品的产量和陶瓷企业数量都有了大规模的增长。目前，我国的陶瓷总产量位居世界第一位，是世界上最大的陶瓷生产国和出口国。但建筑陶瓷行业仍存在整体利润较低、产品创新力度不够、产品综合竞争力差等问题。此外，受国家节能环保政策的影响，陶瓷行业的发展模式正在从以“量增长”为主的模式转向“调整优化存量、做优做强增量”并存的发展模式。我国建筑陶瓷企业为了适应新形势下的发展要求，逐步把人工智能技术应用到建筑陶瓷生产行业中，为建筑陶瓷行业发展注入了新的活力，为建筑陶瓷立于世界领先地位，做出了积极努力。

2 现阶段建筑陶瓷制造业发展中遇到的主要问题

2.1 产品需求増势趋于平缓，产品存在结构性产能过剩

中国是世界陶瓷制造中心和陶瓷生产大国，年产量和出口量多年居世界首位。但是受国际金融危机深层次的影响，全球经济发展速度开始放缓，资料显示，我国的瓷砖产量从2014 年以后几乎没有增长，市场对建筑陶瓷的需求量增速趋于平缓，尤其是低端建筑陶瓷产品。在国内，房屋建筑行业的增速收缩也限制了建筑陶瓷的需求量的增长。另外，由于瓷砖生产商忽视保温隔热性能，温度应力、温度变形和、耐酸耐碱和耐久性能、节材节能性能、以及与外墙保温系统的可靠组合连接构造方式的研究，使瓷砖难以满足建筑节能、绿色建筑和新型城镇化建设需求，导致每平方米商品房的销售瓷砖消耗量也在逐渐减小。目前，我国建筑陶瓷行业存在结构性的产能过剩问题，尤其是低端产品、同质化产品过剩严重。

2.2 出口压力增大的同时，进一步受到外来产品的冲击

我国连续多年遭遇反倾销调查，2011 年9 月欧盟对我国瓷砖征收高达近70%的反倾销税，2012年年初印尼对我国陶瓷进行反倾销调查。此外，印度、韩国、泰国、阿根廷等国家也先后挑起对华瓷砖反倾销，并引发多国对我国瓷砖联动发起反倾销调查，这对我国瓷砖出口造成较大影响。除了反倾销，印度、越南等新兴陶瓷产业国的崛起，和中国陶瓷产能的国外转移，也导致了我国瓷砖产品出口下滑，自2015年以来瓷砖出口创汇由上升开始转为下滑。

另一方面，随着我国人民生活水平的不断提高，人们对生活品位的追求也在不断提高，瓷砖已不再局限于传统装修中的防滑与美观性能，而是开始打破传统，成为提升人们生活品位与艺术文化的媒介。进口瓷砖在产品设计、满足个性需求，产品质量、立体感观、和产品的整体细节都有优于国内瓷砖的地方，近年来我国进口瓷砖的金额也逐年增加。

目前，我国建筑陶瓷行业面临着内有追兵，外有堵截的双重压力，建陶企业经营压力增大，利润空间进一步被压缩。

2.3 环保政策日益收紧，企业面临选择性生存困难

建筑陶瓷行业是高污染、高耗能、高排放行业,生产过程中消耗大量矿产资源和能源，产生的废气、废水、废渣、粉尘等对环境造成了严重污染。近年来，我国政府出台了一系列政策措施加大节能减排力度，各地方政府也制定相应法令、法规，整治行业污染，河南、山东、珠三角等地更是将建陶列入禁止新建范围，建筑陶瓷行业面临资源、能源和环境问题的严峻挑战。

受国家宏观调控和节能减排的影响，大部分建筑陶瓷企业面临着选择性困境。

上述问题的存在，严重阻碍了我国建陶行业的长远发展，为了生产出低成本、高品质的建陶产品，很多厂家将人工智能技术引入到了从产品设计生产到销售的各个环节，从而促进了问题的解决。比如，2015年佛山东鹏建立了国内第一家“建筑陶瓷智能工厂”，2016 年佛山恒力泰机械建设了“年产200 台（套）建筑陶瓷智能制造装备及产业化”项目，佛山科达洁能的“陶瓷装备智能服务平台”被列入2016年广东省智能制造试点示范项目[2]。2017以来，佛山欧神诺的建筑陶瓷企业智能工厂、佛山新明珠的绿色智能制造示范工厂、乐华的建陶智造网络平台、亚细亚湖北咸宁的大理石瓷砖智能化生产线、重庆唯美的机器代人生产线、诺贝尔的瓷抛砖工艺、蒙娜丽莎的绿色工厂等多个项目陆续落地[2]，这些公司或在单项技术、单项设备上，或在整条生产线、工厂上，实现了人工智能的突破，极大促进了我国建筑陶瓷行业的智能化进程，推动了产品档次的提高，产品结构的优化和产品综合竞争力的提升。

3 人工智能在陶瓷产业发展中的应用

3.1 在建陶产品设计的应用

在产品设计环节，采用数字化设计技术，可以使设计使用的材料和设备简化，设计创意空间更加灵活开阔，充分模拟现实，预视效果逼真[3]。对于造型复杂的陶瓷产品，可以通过3D 智能数字化的手段对陶瓷产品的外观和性能进行设计，将所需的造型输入到3D打印机中，通过3D打印技术打印出该造型，并对其强度、质量等进行模拟运算和调整，使得产品的设计更加精细。此外，通过3D打印技术，企业可以有效地与消费者面对面沟通，就产品的颜色、图案、形状等外观等进行协商，及时对设计稿进行修改，并按照消费者的需求和喜好设计出最终产品，有效地满足了消费者的需求，提高了产品的差异化竞争能力。

3.2 在建陶产品生产中的应用

从产品配方的优化、设备和系统的升级到工艺、生产线升级等方面，人工智能技术贯穿了各个方面，在一些工厂，实现了产业的自动化生产和生产线的数字化提升改造，进而实现了整个陶瓷生产销售管理的智能化。

建筑陶瓷配方的调配是一个复杂的问题，同样的原材料，不同的产地，最终的配方也会有差别，制品在烧制的过程中容易受到各种条件的影响，且没有一个通用的理论公式辅助人们计算材料的比率，而是需要相关的研究人员根据温度等条件结合长期的工作实践对配方进行改进。人工智能技术在优化陶瓷配方方面的应用，充分利用了人工智能技术的专家系统，可以实现配方调控的智能化，通过电子信息技术实现更加精准的配方调控，以使配方达到最合理，在生产成本降低的同时使产品质量达到最优。

窑炉监控是建筑陶瓷生产过程中的一项重要工序，通过对窑炉参数的监控，可以及时调整烧成制度，从而提高产品的质量。模糊控制与人类的思维方式具有较高的契合度，在陶瓷产业的智能化中有着更加广泛的应用。在实际应用中，模糊技术一般与PID控制结合，建立更加复杂的复合型控制网络系统，从而减少控制过程中出现的偏差，提高产品质量和工艺水平。此外，在稳态偏差的调节工程中融入PID控制系统，可以使得控制更加精准，保证了陶瓷产业的管理更加科学全面。

3.3 在建陶产品销售中的应用

通过计算机技术的应用，可以促进解决产能过剩的问题。利用大数据分析的技术，对企业的销售情况、产品销售变化等进行统计和分析，找出满足需求的生产方案，并灵活地根据实际情况进行生产计划的调整，制定有弹性的生产计划，尽可能使得供需之间的关系达到一定的平衡，减少产能的浪费。

另外，企业可以对产品目标市场进行充分的调查，收集相关市场信息，利用数据分析技术对生产计划进行科学合理的调整，并制定有针对性的销售计划。销售部门还可以通过计算机技术的应用总结出不同地区对建筑陶瓷的不同需求，并有针对性地对相关地区制定销售计划，从而争取产品的利润最大化。

3.4 在建陶企业管理中的应用

目前，无论是陶瓷生产的配方还是生产线参数的控制与检测、陶瓷的造型设计和产品的销售、企业管理等各方面都离不开计算机技术的应用和参与。通过计算机来减少人力的使用成为现阶段企业管理的一项重要手段。机器代人工程也在很多企业得以大面积使用。产品的质量是最大的竞争力，陶瓷产业作为我国传统的劳动密集型产业，从原料到成品工艺程序复杂，每一项工序都将直接或间接影响到产品的质量，因此，通过人工智能技术对生产过程进行监督和调控成为现阶段建筑陶瓷业发展的一项重点内容，通过电子信息技术，工人可以随时对生产线进行监督和调控，从而有效地提高产品的质量，生产出更加优质的建筑陶瓷产品。