离散制造行业数字化转型与智能化升级路径研究

芦仁杰

中国长江航运集团电机厂，湖北武汉，430205

0 引言

离散制造产品多数是通过不同零件所装配而成的，具体的加工环节具有系列性、间断性的特点，如火箭制造、电子设备制造、汽车制造等都属于离散制造型企业。离散制造行业的发展可以解决存在的民生问题，为广大人民提供就业机会，同时也是推动制造业和经济发展的关键。近年来离散制造行业对于产品质量要求不断提升，加之市场上的竞争愈发激烈，企业产能过剩问题明显，给离散制造行业的发展带来了制约和影响。信息技术的快速发展，数字化技术、智能化技术水平不断提高，将其融入离散制造行业内，有效改变了其工作方式，顺应了我国所提出的“智能制造”发展战略，应当合理利用新技术推动产业升级。

1 离散制造行业转型升级重要技术

离散制造行业在新的社会发展环境下所面临的挑战和风险不断增加，为了能够进一步推进离散制造行业的发展应当重视对各类新型技术进行有序使用。通过对共性关键技术进行使用可以对现有的资源配置模式进行优化，提高研发生产的效率水平，改变传统的商业模式。在具体的转型升级过程中所使用的主要技术包括制造技术、信息技术以及人工智能技术，可以对技术体系进行升级，打造新的虚拟设计模式，构建新型业态模式。

1.1 制造技术

在目前生产活动中经常给会使用各种先进制造技术，其是离散制造行业得以转型升级的重要基础，包括智能设计技术、智能加工技术、智能调度以及监测技术，可以对各个环节进行有效的监管和控制。在生产系统中各个环节均重视建设数字化模型，是促进生产资料数字化转变的关键，如管理调度、设计优化以及数据驱动等模型。将人工智能技术和先进制造技术进行结合可以提高产品的规模化生产量，达到批量生产的目的，满足市场上对于优质产品的需求。拓扑优化技术在和信息技术进行融合后成了智能设计所使用的主要技术类型。该技术同对边界条件、约束条件进行明确后对材料的分布形式进行调整，保证其处于最佳的状态，提升结构性能水平。该技术可以对结构的重量进行控制，同时还可以强化结构的承载能力，但是在使用时应当对强度、热变形等问题进行控制。

1.2 信息技术

信息技术的快速发展为转型升级活动的开展带来了重要的助力，主要包括常见的5G技术、边缘计算技术以及区块链技术等。信息技术渗透力有所上升，改变了数据共享难度大的问题，解决数据孤岛的现象，可以对生产资源进行控制，拓展了生产空间，同时形成了人员、机器设备、物品等各个环节的协调性和密切配合程度的工作模式。其中区块链技术可以有效展示不同系统的特点，保证系统使用的安全性，不可以进行随意篡改。5G技术在日常生活中最为人们所熟知，具有高带宽和低延迟的优势，可以对不同规模的节点数据进行存储。5G技术可以结合各项要素数据实时分析，并对其进行共享，形成了互联互通的生产模式，为后续预测活动的开展提供了重要参考[1]。

1.3 人工智能技术

人工智能技术的使用为离散制造行业的转型升级提供了顶层支持，促进社会经济发展模式改变，从原有的数字化经济体系转换为智能化的智能经济，改变了社会形态和生产方式，合理利用各种学习技术、人机协作模式，通过将人工智能技术进行合理的应用，能够对各类不同数据进行智能化分析，并将分析结构以可视化的方式展示出来，形成了数字孪生模型，成为提高智能技术应用效率的主要因素。深度学习是人工智能技术所关注的重点，和传统的故障诊断相比其特征提取所需要的时间较少，无需经过过多的信号处理环节。通过深度学习可以对较为简单的信号进行及时处理，定位存在缺陷的位置，可以在一定时间对技术问题进行处理。在选择多标识领域自适应网络故障诊断技术时能够对特征工程所需要花费的时间进行控制，提升故障诊断泛化水平。

2 离散制造行业数字化转型与智能化升级路径研究

制造行业一直以来都是我国在发展过程中所需要依赖的主要产业类型，近年来其发展模式趋向于平稳，离散制造行业也已经进入了工业2.0后期，虽然开始使用了各种智能化技术，但是仍然不具备扎实的基础。为了可以保证离散制造行业能够满足社会的发展需求，应当重视对其进行全方位转型升级，目前所使用的升级模式属于尝试阶段，应当重点对制造模式进行改进。不同企业所选择的转型升级模式不同，离散制造企业应当结合自身发展需求和现有条件选择合适的升级方式。

2.1 研发模式转型升级

离散制造行业在转型过程中离不开智能化技术的使用，通过新型技术的使用加快了企业的转型速度，开始重视面向全社会完成创客的孵化，确保可以达到智能化制造模式的目标[2]。在转型升级过程中需要重点针对信息化体系进行升级，加强企业和其他不同平台的转型规划。首先，在升级过程中应当将企业、消费者以及电商等不同主体纳入到升级体系中，形成业务融合的工作模式，打通用户前端体验，在保证基础产品服务质量的同时提供增值服务。其次，进入自动化和网络化建设环节。在企业内部应当重视引进资源规划机制，对离散制造企业内部的资源分配情况进行调整，针对制造执行和仓库管理等系统进行合理使用，让产品、设备、人员、模块之间形成紧密的联系。该种方式改变了以往离散制造行业存在的串联作业形式，可以达到并联生产的目的，有效提高了生产效率。最后，积极探索全面转型升级的策略，如针对家电设备角度进行分析，海尔成立了COSMOPlat这一平台，以工业互联网作为基础，为数字化转型工作的开展提供了重要的基础保障。研发技术的投入提升可以有效提高产能的总量，其产能提升相较于以前约为1倍左右。

2.2 运营模式转型升级

运营模式是影响离散制造企业发展的主要因素，目前部分企业开始使用了以制造运行管理为核心的线上平台，可以随时展示生产现场的情况，提升了制造过程的透明化程度，达到跨区域转型的目标。运营模式转型升级主要包括4个不同的阶段。第一阶段利用CAD技术进行图画绘制，改变了以往用手绘画的现象和问题，提高了图画绘制的效率和精准程度，通过使用条码和生产管理机制达到了信息化管理的目的。第二阶段为信息化发展、自动化发展共同前进的重要阶段，需要使用资源分配系统，在具体的生产活动中引入新型的柔性生产线，可以进一步强化生产效率，打造以信息和数字化中心为基础的系统，大力推广柔性生产线，提高生产线的工作质量。第三，在探索新的发展阶段时可以选择X计划，使用MES和WMS等系统，可以自动对仓储内的物品进行统计，根据仓储物品的标识情况完成分拣，有利于提高分拣的效率。第四阶段属于网络化探索阶段，充分利用大数据技术、人工智能技术优化生产环节、流通环节以及销售环节，对离散制造行业的业态结构进行创新和优化，打造全新的发展生态环境。通过各种新型技术的应用可以提高生产效益，提升幅度大约为5%，并且人工成本也大幅度下降[3]。

2.3 商业模式转型升级

酷特智能模式是某家服装制造企业所提出的一种商业模式，具有个性化定制的特点，同时也能够做到和用户进行直接连接。该种模式的转型升级也包括四个阶段：第一阶段属于信息化管理和自动生产阶段，在这一阶段将个性化定制作为重点，积极利用自动化设备对生产模式进行升级，优化生产流程，同时推出了电子商务体系。第二阶段，信息化和自动化齐头并进，引入自动化设计、MES、WMS等新技术形成C2M新商业模式。第三阶段为数字化转型、智能化探索阶段，引入数字化生产计划系统，重点加快数据标准化建设速度，构建以数据驱动为基础的大规模个性化定制新模式。第四阶段进入到网络化、智能化探索阶段，通过对仓储管理体系进行改进可以有效减少物流量，通过使用各种信息技术可以打造互联网生态环境，建设智能工厂，在智能工厂中人、事、物都会形成互联互通的模式，生产效率上升，成本投入下降，利润效益上升，有利于进一步深化供给侧结构改革[4]。

2.4 制造模式转型升级

离散制造行业在发展过程中最为重要的即为制造模式，目前制造模式也有所改善和调整。在制造模式转型升级时首先需要对设计方案进行优化，利用智能设计的方式在产品流通的各个环节做好自动化建设，可以形成全自动化的生产模式。其次，在进入转型阶段之后需要构建智能制造体系，随时收集有关于设备的运行情况以及相关数据，保证数据交互的统一性，有利于全生命管理理念的落实。最后，是发展探索阶段，开始不断完善生产计划执行系统、全生命周期质量追溯体系，对于配方采取加密管理方式，保证其安全性，有利于推进制造设备进行升级，满足离散制造行业的发展需求。

3 离散制造行业数字化转型与智能化升级要点

目前离散制造行业在转型升级的过程中仍然存在着较多的问题，给行业发展带来了制约，因此必须要重视在转型升级时所关注的要点，完成重点任务，促进离散制造行业的稳定发展[5]。

3.1 打破智能关键技术壁垒

在智能制造活动中需要使用到工业互联网以及智能传感装置，重点突破智能传感器与传感网络及智能终端、即插即用技术、实时网络操作系统技术、机器对机器技术、制造IOT技术。大数据和知识库是智能制造的核心，重点突破制造大数据挖掘技术、大数据智能分析与管理技术、面向制造大数据的综合推理技术。智能推理是智能制造的灵魂，重点突破智能建模与仿真技术，研究数字孪生技术。

3.2 重视研发智能化制造设备

在离散制造行业发展过程中如何提升制造质量和效率成为了相关人员所关注的重点话题，而设备则是影响制造活动开展的关键因素，需要积极研发符合生产制造需求的智能化设备。在进行研发时应当针对机床、机器人、特种制造设备进行重点改造，形成柔性制造生产线，提升制造的效率[6]。机器人产业是行业所重点发展的产业之一，智能机器人的适用范围应当不断进行拓展，如焊接作业、打磨作业、装配作业、加工作业等。机器人产业年均增速超过15%，预计2025年产业规模将达到2458亿元。

3.3 完善标准和安全机制

在完善标准机制时应结合CPS、技术标准要求、云计算技术、区块链技术等进行分析，了解具体的技术应用要点。在具体的构建过程中需要针对产品标准、过程标准、安全标准机制进行完善。当前离散制造行业正处于快速转型的阶段，如果没有形成统一的规划，会影响制造活动的有序开展。以安全标准为例，应当构建信息安全模块和物理安全模块，将离散制造行业的数据上传到数据平台中，在不断的攻防演练过程中积累经验。同时利用大数据完成数据分析、风险预警、风险识别等一系列环节，可以针对存在的风险隐患进行处理，做好防御和消毒工作，防止出现漏洞，及时对入侵到系统内的病毒采取处理措施，充分发挥大数据技术的功能和作用[7]。

3.4 建设智能化车间、工厂

数字化车间是智能化车间的初级发展阶段，数字化车间需要利用数字化技术对不同类型的设备实施管控，通过完成加工数据的描述、分析和决策环节后采取相应的控制措施。智能化车间利用集成数据完成分析、决策，对制造流程进行调整。

智能化工厂也是目前改革过程中所关注的重点内容，在产品设计阶段利用三维模拟技术、仿真优化技术可以对设计内容进行不断的优化和更改，充分发挥计算机的功能和作用。在生产制造活动中使用各类智能化设备可以提升生产的平稳性和效率水平。在运营管理活动中会充分发挥工业互联网的优势，对不同领域的知识进行有机融合，满足价值链在不同环节的增长需求[8]。

4 结语

离散制造行业在以往的发展过程中出现了较多的问题，如自动化水平低、缺少扎实基础技术支持等，在具体的制造活动中所需要投入的资源和成本普遍较高，排放的污染物量较多，不符合我国节能减排的发展理念。离散制造行业面对新的发展挑战应当重视对现阶段存在的问题进行处理，夯实数字化技术的应用基础，解决数据汇聚利用难度大的问题，力求可以提高行业的经济效益。