智能制造在中國制造業(yè)的應(yīng)用與研究

(柳州裕信方盛汽車飾件有限公司 廣西 柳州 545006)

一、引言

智能制造是保證我國制造業(yè)快速變強的重要途徑。現(xiàn)在，我國正在專注開展智能制造，已經(jīng)連續(xù)幾年開展智能制造項目，建立了智能制造專業(yè)體系。從最開始的《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》到 2015 年《中國制造 2025》的正式發(fā)布，國家發(fā)展智能制造產(chǎn)業(yè)的政策逐步完善。智能制造是讓制造業(yè)的價值鏈朝著智能化趨勢發(fā)展，智能制造是信息化和工業(yè)化完美結(jié)合后的升級模式。在智能制造過程中，利用多功能傳感器和智能控制系統(tǒng)，減少設(shè)備響應(yīng)問題的時間，實時反饋并優(yōu)化生產(chǎn)物流信息，提升企業(yè)生產(chǎn)效率。

二、智能制造定義

智能制造是基于新一代的信息技術(shù)，如云計算，物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)字，大數(shù)據(jù)等，利用新的能源，材料，工藝和設(shè)備，通過智能感知，信息共享，自我決定和執(zhí)行等技術(shù)[2]，在工廠進行設(shè)計，通過制造，管理和服務(wù)等生產(chǎn)流程形成的先進生產(chǎn)模式和先進制造系統(tǒng)總稱[3]。智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

三、智能制造發(fā)展歷程

目前，生產(chǎn)車間和生產(chǎn)設(shè)備數(shù)量的增加以及網(wǎng)絡(luò)上大量的信息流，導(dǎo)致了企業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)量呈指數(shù)爆炸式增長，處理信息的工作難度急劇增加，要求制造系統(tǒng)不僅具有靈活性，還要接收分析生產(chǎn)情報。作為一門新興學(xué)科，智能制造正受到越來越多的關(guān)注。此外，面對多元化、多品種、快速變化的市場環(huán)境下劇烈的競爭，制造系統(tǒng)還需要更大的柔性和智能性。在這種背景下，人們將智能技術(shù)投入到制造業(yè)，并獲得累累碩果。

(一)中國智能制造發(fā)展歷程

中國智能制造發(fā)展歷程也分為以下三個時期。

1.1958年至2006年，工業(yè)驅(qū)動信息化。我國第一臺數(shù)控機床于1958年研發(fā)成功。關(guān)于智能制造研究領(lǐng)域，我國涉獵時間較晚。大約在1980年，我國才開始研究智能制造和相關(guān)智能技術(shù)的基礎(chǔ)知識[4]。20世紀80年代末，科技部提出建設(shè)“工業(yè)智能工程”，已經(jīng)開始踏上了尋求制造行業(yè)出路—智能制造的道路[5]。從上世紀90年代到本世紀初，先進制造技術(shù)不斷推廣應(yīng)用以及互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)逐步推進，全國范圍的計算機互聯(lián)網(wǎng)開始逐漸形成，也生產(chǎn)了不計其數(shù)的軟件服務(wù)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)公司。

2.2007年至2014年，兩化融合時期。為了促進中國裝備制造業(yè)的升級，加強信息產(chǎn)業(yè)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)整合，促進產(chǎn)業(yè)從大到強的轉(zhuǎn)變。到了2010年，信息產(chǎn)業(yè)也成為中國國民經(jīng)濟的重要組成成分之一，中國基本實現(xiàn)了信息化覆蓋。

3.2015年至今，工業(yè)智能化時期。2015年，國務(wù)院印發(fā)《積極推進互聯(lián)網(wǎng)+行動的指導(dǎo)意見》和《中國制造2025》文件表明，要將制造行業(yè)與計算機互聯(lián)網(wǎng)兩化融合[6]，它將智能制造視為促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，品質(zhì)改進和制造能力提升以及應(yīng)對全球制造業(yè)變化的重要舉措[9]。隨后，我國還發(fā)布了《高端智能再制造行動計劃(2018-2020年)》、《智能制造試點示范 2016 專項行動實施方案》等一系列國家文件。一份份重要文件表明，智能制造將成為中國制造業(yè)今后的前進方向，是制造業(yè)生產(chǎn)模式產(chǎn)生一系列重大變革強有力的推動器。

四、智能制造的關(guān)鍵技術(shù)

智能制造技術(shù)是一種先進的制造技術(shù)，通過計算機模擬和人工智能手段跨學(xué)科互相滲透，應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)活動中。其主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品設(shè)計，生產(chǎn)管理，智能處理，智能物流，智能裝配，智能人機交互等，通過智能機器的整合和生產(chǎn)活動構(gòu)建新的制造模型。

在智能制造技術(shù)的支持下，傳統(tǒng)工藝和方法將產(chǎn)生巨大改變。

(一)識別技術(shù)。識別功能是智能制造服務(wù)環(huán)節(jié)關(guān)鍵的一環(huán)，需要的識別技術(shù)主要有射頻識別技術(shù)，基于深度三維圖像識別技術(shù)，以及物體缺陷自動識別技術(shù)基于三維圖像物體識別的任務(wù)是識別出圖像中有什么類型的物體，并給出物體在圖像中所反映的位置和方向，是對三維世界的感知理解。在結(jié)合了人工智能科學(xué)、計算機科學(xué)和信息科學(xué)之后，三維物體識別在智能制造服務(wù)系統(tǒng)中識別物體幾何情況的關(guān)鍵技術(shù)。

(二)實時定位系統(tǒng)。實時定位系統(tǒng)可以、對多種材料、零件、工具、設(shè)備等資產(chǎn)進行實時跟蹤管理，生產(chǎn)過程中，需要監(jiān)視在制品的位置行蹤，以及材料、零件、工具的存放位置等。這樣，在智能制造服務(wù)系統(tǒng)中需要建立一個實時定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以完成生產(chǎn)全程中角色的實時位置跟蹤。

(三)信息物理融合系統(tǒng)。信息物理融合系統(tǒng)也稱為“虛擬網(wǎng)絡(luò)-實體物理”生產(chǎn)系統(tǒng)，它將徹底改變傳統(tǒng)制造業(yè)邏輯。在這樣的系統(tǒng)中，一個工件就能算出自己需要哪些服務(wù)。通過數(shù)字化逐步升級現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施，這樣生產(chǎn)系統(tǒng)可以實現(xiàn)全新的體系結(jié)構(gòu)。

(四)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。數(shù)字化推動了制造業(yè)的發(fā)展，在很大程度上得益于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，與此同時也給工廠的網(wǎng)絡(luò)安全構(gòu)成了威脅。以前習(xí)慣于紙質(zhì)的熟練工人，現(xiàn)在越來越依賴于計算機網(wǎng)絡(luò)、自動化機器和無處不在的傳感器，而技術(shù)人員的工作就是把數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理部件和組件。制造過程的數(shù)字化技術(shù)資料支撐了產(chǎn)品設(shè)計、制造和服務(wù)的全過程，必須得以保護。

(五)系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)。這需要大型制造工程項目復(fù)雜自動化系統(tǒng)整體方案設(shè)計技術(shù)、安裝調(diào)試技術(shù)、統(tǒng)一操作界面和工程工具的設(shè)計技術(shù)、統(tǒng)一事件序列和報警處理技術(shù)、一體化資產(chǎn)管理技術(shù)等相互協(xié)同來完成。

五、中國制造業(yè)智能制造展望

智能制造將引領(lǐng)未來制造業(yè)的發(fā)展。信息時代的到來，引發(fā)了全球科技和產(chǎn)業(yè)革命的爆發(fā)。信息技術(shù)同現(xiàn)代工業(yè)相結(jié)合，將推動我國制造業(yè)朝著髙級智能化方向發(fā)展，例如德國的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略、美國的“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”，中國的“中國制造2025”等均是以智能制造為導(dǎo)向的新型工業(yè)革命。

目前，中國智能制造隨著“規(guī)劃”逐步實施，系統(tǒng)性技術(shù)創(chuàng)新、重點領(lǐng)域技術(shù)突破以及創(chuàng)新人才隊伍建設(shè)已經(jīng)在全面加速，全面掌握和達到較高的核心技術(shù)及裝備自給率的日子即將到來。按照目前的發(fā)展趨勢，到 2025 年以高端數(shù)控機床、工業(yè)機器人等人工智能技術(shù)將全面滲透到制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)，成為制造業(yè)發(fā)展的主要支撐技術(shù)。相比國外，中國的智能制造成本投入更低，易于普及智能制造。通過各種人才計劃引進大量高科技人才，極大地提升了人工智能技術(shù)水平，有力地帶動智能制造的高質(zhì)量發(fā)展。龐大的市場空間和巨大的創(chuàng)新潛能將助推中國成為智能制造的領(lǐng)導(dǎo)者。智能制造是實體經(jīng)濟振興的前進方向，也是中國制造業(yè)騰飛的翅膀。