智能制造技术在工厂生产中的运用和思考探究

2021-04-03孟庆宇尚勇高世凯

中国设备工程 2021年8期

孟庆宇，尚勇，高世凯

（航天四院西安航天动力机械有限公司，陕西西安 710038）

在社会经济飞速发展的今天，智能化技术已成为社会发展的必然趋势，如今智能技术已经对家居、医疗、物流等诸多行业和领域产生影响。在该背景下，工业制造也在加强与智能技术的有效结合，工厂需要不断加强技术创新，重视人才培养，以此全面促进我国工业发展。

1 智能制造技术的内涵

智能制造是在当代制造企业生产中将设备、机器等要素与人工智能的有效结合，也就是在机械化生产过程中与人的脑力活动有效结合，对生产现场的实际情况进行分析和决策，最终实现整个生产过程的智能化、高度集成化、柔性化与信息化。通常来说智能制造包括智能制造系统以及智能制造技术，对于智能制造技术来说，其又包括新型传感技术、先进控制与优化技术、系统协调技术、实时网络通信技术、故障诊断技术、精密制造技术、安全功能技术以及识别技术。通过人机交互、智能化感知实现工厂设计与制造环节的智能化，是一种能够显著提升生产效率的制造技术，通过智能制造技术的有效利用，可以降低人力投入和劳动强度，有效提升产品质量。智能制造系统集成了多种应用，由计算机控制发出信号完成产品的设计加工控制，智能制造系统在工厂生产中具有很强的适应能力，也是未来工厂发展的必然趋势。

2 工厂利用智能制造技术的挑战

工厂要想实现智能制造，需要保证强大的数据和信息处理能力，在此基础上做出决策，所以工厂需要具有成熟的网络化技术和传感器，这也是工厂利用智能化制造技术的基础，如果想要完成对信息和数据的有效处理需要工厂真正掌握关键技术，其中包括云计算、物联网和大数据等技术，以此帮助工厂分析大量的车间数据与操作数据，及时发现生产中的问题，同时还可以结合客户偏好以及市场趋势改进生产模式。随着智能化工厂的打造，还能够有效提升工人的整体素质，不断熟练应用工业机器人，进而实现分工协作，进一步提升工厂的生产效率。

不过目前我国诸多工厂在利用智能制造技术的过程中还存在问题，目前主要是专业研发和应用人才较为缺乏，具体表现在难以整体架构的搭建和明确需求的提出较为困难，企业需求不能真实反馈到智能工厂方案研发部门。此外一些工业企业的信息化与自动化基础较为薄弱，内部生产管理模式较为落后，缺少推行建设智能化的基础要素条件。实现智能化对建设方提出了加大科研投入、固定资产投入、人才培养的需求以此实现工厂发展水平的不断升级。

3 智能制造技术在工厂应用的模式

（1）生产过程的智能化。在当前钢铁、造纸、纺织、食品等相关制造领域中，部分企业已经实现生产过程的智能化。这些生产领域的制作流程较为固定，同时生产流程也与

产品的品质存在密切关系，通过智能制造技术的利用可以有效保证产品质量，对产品质量的控制从末端控制向全流程控制转变，需要在该类工厂中有效利用智能制造技术。具体说来：一方面需要实现生产过程的数字化，对信息化系统建设打造可追溯体系以及可视化平台；另一方面，要求工厂实现生产管理一体化。打造物理信息系统。在整合信息资源的过程中达到共享目标，以此让企业的生产、运营、采购、销售等诸多业务更加密切，促进分工协作，最终实现工厂的良好发展。此外，在生产过程的智能化过程中必须促进供应链的协同化发展，不仅可以促进内部信息资源的整合，同时还可以与外部环境紧密联系起来，让工厂与物流企业供应商加强合作，实现内部生产与外部原料供应联系性加强，为提升生产效率提供保障，在今后的工厂发展中还需要结合以上分析建立大数据化的智能工厂，全面提升产品合格率，满足客户的个性化要求。

（2）装备与产品的智能化发展。在航空、汽车、电子信息、家用电器等制造领域中，目前部分工厂已实现智能化生产，这些企业通过利用智能技术可以提升产品价值，保证生产效率。具体说来：一方面，需要实现生产线的智能化，积极引进多种智能装备，在满足生产需求的前提下全面提升工厂制造的敏捷性与精确性；另一方面，需要对产品智能化服务拓展，比如将产品的智能装置与物理信息系统结合起来，进而能够对产品故障实时诊断，提供远程服务。此外，工厂车间要与企业实现系统集成，加强内部生产经营的密切协作，也要与其它相关企业保持联系，提升信息共享能力，达到协同创新目标。在今后的工厂产品和装备智能化生产过程中，还需要让生产和服务紧密联系起来，以此全面提升自身的市场竞争力。

（3）工厂的个性化定制。在家居、家电、服装等消费品制造领域中，部分工厂已经打造出个性化定制模式，这些企业和消费者的生活关系密切，所以在利用智能制造技术的过程中，不仅要关注生产效率，同时还需要制定出个性化生产模式，以此满足消费者的多样化需求。在利用智能制造技术的过程中，具体说来：一方面，需要实现个性化和定制化的生产，打造出互联网平台与柔性化生产线，加强生产商与用户的联系，之后分析用户的需求，利用数据模型实现精益生产；另一方面，要在设计环节实现生产、服务等环节的有效结合，之后逆向整合相关环节，实现产品的优化设计。此外，还需要积极推进制造网络的协同化发展，通过该措施能够实现产业链上下游资源的有效整合，根据客户要求实现远程定制和工厂的协同制造。

4 工厂利用智能制造技术的关键环节

（1）虚拟仿真设计。模型设计、生成纸质图纸和形成三维工艺模型是传统产品研发设计的主要环节，整个设计环节中需要具有一定的经验，以此实现二维和三维的相互转换。在三维建模与仿真技术的发展下，工厂可以借助相关智能技术实现产品的设计与研发，让整个过程具有可视化、虚拟化的特点，不仅能够显著提升产品研发设计效率，还能让研发过程的信息更加畅通。此外，利用仿真技术还可以对产品仿真进行验证，在虚拟环境下设计和生产，以此缩短产品开发周期，节约成本提升企业市场竞争力。今后我国工厂还需要对物理仿真引擎系统架构、MBD 技术、仿真模型掌握。

（2）网络化智能设备。智能化的生产设备需要网络技术的有效支持，以此实现工厂制造模式柔性化、生产设备智能化和高度密集的生产变革。在我国进入老龄化社会的大背景下，人工成本也在提升，为了节约生产成本，需要利用先进的生产设备，代替人工从事一线作业，让工作人员在更为复杂的流程中进行劳动，以此有效提升产品质量；对于生产设备的智能化来说，需要在生产网络与控制系统下完成控制、校正、诊断、信息交换、管理等相关工作，以此让整个生产过程更加灵活、持续性更强；对于柔性化制造来说，借助智能制造技术可以节约生产材料，降低能耗与污染，实现绿色化生产。

（3）模块化定制生产。以往的工厂盈利方式主要是提升产品的产量，但是长期生产单一的产品，无法满足消费者的个性化需求，通过模块化的定制生产可以充分满足消费者需求，该生产模式包括生产与组装两个系统。在模块生产流程中，工厂可以生产出不同用途的模块之后，结合消费者需求有效组合，还能够减少生产材料浪费，节约生产周期，对模块组装来说，不同产品的结构和性能都存在差异，所以需要科学选择模块并自由组装，以此丰富产品的功能。

（4）大数据的精益化管理。随着大数据技术的出现，对工厂产品研发生产进行了创新，也实现了精益生产和客户价值管理。精益供应链的升级，使大数据技术支持下的产品标准化不断提升，，并且与物联网技术的有效结合分析出客户的行为，之后更加科学的进行产品包装设计，提升售后服务和质量。在精益生产过程中，通过大数据技术可以有效分析生产过程中的电力与能源消耗，进而实现整个生产过程中的绿色化、安全化。此外，通过对大数据技术的有效利用，可以分析出供应链的各项数据预测，产品市场需求和价格走势，以此减少库存，提升配送效率。