淺析自動化信息化生產(chǎn)及智能制造前景

晁偉鵬 丁雷

摘 要：自德國的“工業(yè)4.0”，美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和中國的“中國制造2025”提出以來，智能制造，柔性制造，個性化定制，智能工廠，云工廠等新概念如雨后春筍般破土而出。近年來在大數(shù)據(jù)，人工智能的推動下，黑燈工廠，AI芯片，自動駕駛等亦逐步落地，給行業(yè)帶來了顛覆性變化。本文試圖從制造業(yè)底層角度淺析生產(chǎn)的自動化、信息化的必要性和重要性，以及對智能制造的簡單分析和暢想。

關鍵詞：自動化；信息化；工業(yè)4.0；智能制造

1、自動化、信息化生產(chǎn)的基本模式

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，中國的人口紅利逐漸消失，人力成本高企，企業(yè)轉(zhuǎn)型升級壓力加大，幾年前以富士康為首的制造業(yè)企業(yè)就提出機器換人的口號，以機械臂或者機器人代替生產(chǎn)工人，按照生產(chǎn)工藝的要求對設備進行流水線布局，使工件在各個工序之間自動轉(zhuǎn)運自動加工，這種自動化生產(chǎn)模式對于產(chǎn)品加工具有很大的可控性，且受人為因素影響較少，便于提高生產(chǎn)效率。

在實際生產(chǎn)中，特別是對于全工序的生產(chǎn)模式，由于涵蓋了零件加工的完整工藝流程和加工工序，即從接到產(chǎn)品圖紙起的編排工藝到原材料準備、車銑加工，熱處理，再到后續(xù)的磨削加工，刻字標識，包裝入庫，以及部分工序的特種加工等，其間無論是半成品零件的跟蹤，生產(chǎn)進度的控制，還是待加工零件的質(zhì)量回溯，以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，都因為生產(chǎn)工序復雜，各工序相互協(xié)調(diào)度高，管理存在巨大困難。

所以在自動化生產(chǎn)模式中還需要加入信息化的管理模式。在生產(chǎn)中信息化的管理模式主要在于信息收集和處理，應用ERP系統(tǒng)進行生產(chǎn)管理，通過其數(shù)據(jù)信息共享優(yōu)勢，企業(yè)不需要通過人工輸入數(shù)據(jù)、記錄日常工作狀況，而是采用目前較為成熟的條形碼或二維碼標識方法。生產(chǎn)系統(tǒng)在接到生產(chǎn)任務之后，由圖紙編號產(chǎn)生對應的條形碼/二維碼，這樣產(chǎn)品從開始錄入到原料準備、熱處理、轉(zhuǎn)間直至最后入庫，各工位只需要對零件的條形碼/二維碼進行識別確認即可，相應的信息可同步在電腦終端顯示。管理員可通過數(shù)據(jù)終端快速查到受監(jiān)控零件的加工位置，工序進展程度，入庫時間以及即將入庫數(shù)量。以此可實時掌握生產(chǎn)進度，有利于生產(chǎn)的調(diào)度與協(xié)調(diào)，提高加工效率，降低產(chǎn)品跟蹤，質(zhì)量回溯的時間成本。

在以上模式的生產(chǎn)環(huán)境下，數(shù)控機床的應用越來越普遍，然而對于數(shù)控銑床、加工中心等機床，其對零件的裝夾并不能像數(shù)控車床那樣，僅僅通過三爪卡盤或頂尖就能很方便快捷地進行裝夾。這類機床一般都需要專用夾具，通過操作者手動裝夾零件，比較費力，而且裝夾可靠性不強，更重要的是相比于數(shù)控機床的加工時間，花費在工件位置調(diào)整和裝夾上的時間過長，不能完全體現(xiàn)數(shù)控機床的優(yōu)勢。

2.自動化、信息化產(chǎn)品在線測量的重要性

產(chǎn)品是以質(zhì)量為生命的，對于以數(shù)控機床，自動夾具，機械臂，流水線組成的自動化生產(chǎn)線，其初始狀態(tài)的產(chǎn)品質(zhì)量控制還是需要人工進行檢測，這就產(chǎn)生自動加工與人工檢測之間不可調(diào)和的矛盾。高效率的產(chǎn)品加工往往會因為人工檢測的低效滯后而產(chǎn)生的批量廢品，增加生產(chǎn)成本，同時隨著生產(chǎn)效率的提高以及個性化生產(chǎn)的需求，人工檢測顯然不能滿足自動化生產(chǎn)的要求。

以機器檢測代替人工檢測，實現(xiàn)在線自動測量，在理論上完全可以實現(xiàn)與生產(chǎn)同步的產(chǎn)品全檢，百分之百保證產(chǎn)品質(zhì)量。當然受制于技術的發(fā)展，全檢在具體的生產(chǎn)線中會有一定困難，但是即使是進行抽檢，在檢測結(jié)果的可靠性，信息反饋的及時性上也有其不可否認的優(yōu)勢。在產(chǎn)品出現(xiàn)尺寸超差等不符合預設值等問題時，測量設備會進行報警并對前半段生產(chǎn)線進行自動停線，如果每個工位之間有半成品的儲備，那么后半段的生產(chǎn)線可暫時不受停線影響。

當然自動化生產(chǎn)線最終的目標是實現(xiàn)生產(chǎn)—檢測—反饋—調(diào)整—生產(chǎn)的閉環(huán)，這種閉環(huán)模式在單一數(shù)控設備上的實現(xiàn)較為簡單，比如軋鋼設備鋼板厚度的自動控制，無心磨床工件直徑的自動控制等。對于整條生產(chǎn)線而言就較為復雜，但基本原則還是以產(chǎn)品的關鍵工序為主，相應的加工設備和測量設備進行配合，對每一件加工完成的產(chǎn)品進行測量，測量結(jié)果與理論值進行比較，并將結(jié)果第一時間反饋給加工設備，設備在加工下一件產(chǎn)品之前對機床參數(shù)進行相應調(diào)整，以便更加接近理論值。

這種閉環(huán)模式可稱之為智能化生產(chǎn)線的初始形態(tài)，也是目前較為流行的一種生產(chǎn)線模式。但是這種模式下的生產(chǎn)線所能加工的產(chǎn)品品種較為單一，設備與設備之間是預先設定好的機械式銜接，調(diào)整起來困難較大，且對于預設程序之外的問題不能進行反饋調(diào)整，遠達不到智能化生產(chǎn)，甚至智能工廠的目標。

3.對智能制造的分析和前景的暢想

目前國內(nèi)，在不同場合都能聽到中國制造業(yè)可以借勢即將來臨的第四次工業(yè)革命“彎道超車”，實現(xiàn)“中國制造”向“中國智造”的飛躍。但是必須清楚認識到我國目前還處在工業(yè)2.0及工業(yè)3.0階段，要盡快地趕上發(fā)達國家，關鍵在于必須集合自身發(fā)展現(xiàn)狀利用技術創(chuàng)新，通過服務于生產(chǎn)制造過程科學管理的優(yōu)化和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，從而向消費者提供滿足需求的產(chǎn)品。不能只埋頭于技術的精致，閉門造車，只顧急于“彎道超車”，而熱衷于信息化的提升，投入大量資金搭建時下流行的各類的信息化系統(tǒng)，導致“信息化”過量，而“工業(yè)化”基礎不足，企業(yè)管理和產(chǎn)品質(zhì)量并無顯著改善，遑論“智能制造”。

緊盯在行業(yè)技術發(fā)展環(huán)境下的客戶需求變化，以此為前提，再結(jié)合自身的制造能力和現(xiàn)狀，采用有助于改善企業(yè)管理，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，有助于企業(yè)實現(xiàn)“跨越式”發(fā)展的“信息化、智能化”技術手段。唯有如此，才能在此次技術革新中既不至于被淘汰，也不至于陷入“智能化”陷阱而在“彎道超車”的過程中“翻車”。

制造企業(yè)要實現(xiàn)智能制造或者說工業(yè)4.0，還需要下很大功夫，特別是致力于產(chǎn)品創(chuàng)新和大力提高產(chǎn)品質(zhì)量，夯實制造基礎，在完成工業(yè)3.0之后，再借助于大數(shù)據(jù)和人工智能，特別是機器自主學習功能。從智能工廠的視角觀來說，將單個或多個有序組合的加工設備和測量設備作為一個加工單元，其所有的信息均存儲于車間的“大腦”，即中央處理中心，每個加工單元相互獨立且統(tǒng)一由中央處理中心進行調(diào)配。根據(jù)所要加工的產(chǎn)品特點自主選擇加工路線和加工單元，并對加工過程中所出現(xiàn)的問題進行收集分析處理，實現(xiàn)由一條生產(chǎn)線的閉環(huán)加工到一個生產(chǎn)車間，甚至一座工廠的閉環(huán)，且擁有自主學習的能力，解決簡單的意外情況。

在相應數(shù)據(jù)與外界聯(lián)網(wǎng)之后，或許就達到了云工廠的目標，當然要實現(xiàn)這樣的生產(chǎn)模式，達到機器在一定范圍內(nèi)擁有自主決策能力的夢想，未來還有很長的路要走。在現(xiàn)階段生產(chǎn)線的閉環(huán)生產(chǎn)，以及生產(chǎn)線的自主選擇，并依靠信息化而建立起來的輔助決策系統(tǒng)將是將來一段時間內(nèi)制造業(yè)的主流模式。

智能化的生產(chǎn)本質(zhì)是要將人從簡單重復的機械式工作中解脫出來，進而從事更具有創(chuàng)造性的工作，擴大了人的可選擇余地，解放了人。

參考文獻

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作者簡介

晁偉鵬，（1990，1-），男，漢族，陜西寶雞，從事夾具設計與加工（含液壓夾具）。本科，助理工程師。畢業(yè)于長安大學。

（作者單位：陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司）