智能制造技術在工廠生產中的運用和思考探究

孟慶宇，尚勇，高世凱

（航天四院西安航天動力機械有限公司，陜西 西安 710038）

在社會經濟飛速發展的今天，智能化技術已成為社會發展的必然趨勢，如今智能技術已經對家居、醫療、物流等諸多行業和領域產生影響。在該背景下，工業制造也在加強與智能技術的有效結合，工廠需要不斷加強技術創新，重視人才培養，以此全面促進我國工業發展。

1 智能制造技術的內涵

智能制造是在當代制造企業生產中將設備、機器等要素與人工智能的有效結合，也就是在機械化生產過程中與人的腦力活動有效結合，對生產現場的實際情況進行分析和決策，最終實現整個生產過程的智能化、高度集成化、柔性化與信息化。通常來說智能制造包括智能制造系統以及智能制造技術，對于智能制造技術來說，其又包括新型傳感技術、先進控制與優化技術、系統協調技術、實時網絡通信技術、故障診斷技術、精密制造技術、安全功能技術以及識別技術。通過人機交互、智能化感知實現工廠設計與制造環節的智能化，是一種能夠顯著提升生產效率的制造技術，通過智能制造技術的有效利用，可以降低人力投入和勞動強度，有效提升產品質量。智能制造系統集成了多種應用，由計算機控制發出信號完成產品的設計加工控制，智能制造系統在工廠生產中具有很強的適應能力，也是未來工廠發展的必然趨勢。

2 工廠利用智能制造技術的挑戰

工廠要想實現智能制造，需要保證強大的數據和信息處理能力，在此基礎上做出決策，所以工廠需要具有成熟的網絡化技術和傳感器，這也是工廠利用智能化制造技術的基礎，如果想要完成對信息和數據的有效處理需要工廠真正掌握關鍵技術，其中包括云計算、物聯網和大數據等技術，以此幫助工廠分析大量的車間數據與操作數據，及時發現生產中的問題，同時還可以結合客戶偏好以及市場趨勢改進生產模式。隨著智能化工廠的打造，還能夠有效提升工人的整體素質，不斷熟練應用工業機器人，進而實現分工協作，進一步提升工廠的生產效率。

不過目前我國諸多工廠在利用智能制造技術的過程中還存在問題，目前主要是專業研發和應用人才較為缺乏，具體表現在難以整體架構的搭建和明確需求的提出較為困難，企業需求不能真實反饋到智能工廠方案研發部門。此外一些工業企業的信息化與自動化基礎較為薄弱，內部生產管理模式較為落后，缺少推行建設智能化的基礎要素條件。實現智能化對建設方提出了加大科研投入、固定資產投入、人才培養的需求以此實現工廠發展水平的不斷升級。

3 智能制造技術在工廠應用的模式

（1）生產過程的智能化。在當前鋼鐵、造紙、紡織、食品等相關制造領域中，部分企業已經實現生產過程的智能化。這些生產領域的制作流程較為固定，同時生產流程也與

產品的品質存在密切關系，通過智能制造技術的利用可以有效保證產品質量，對產品質量的控制從末端控制向全流程控制轉變，需要在該類工廠中有效利用智能制造技術。具體說來：一方面需要實現生產過程的數字化，對信息化系統建設打造可追溯體系以及可視化平臺；另一方面，要求工廠實現生產管理一體化。打造物理信息系統。在整合信息資源的過程中達到共享目標，以此讓企業的生產、運營、采購、銷售等諸多業務更加密切，促進分工協作，最終實現工廠的良好發展。此外，在生產過程的智能化過程中必須促進供應鏈的協同化發展，不僅可以促進內部信息資源的整合，同時還可以與外部環境緊密聯系起來，讓工廠與物流企業供應商加強合作，實現內部生產與外部原料供應聯系性加強，為提升生產效率提供保障，在今后的工廠發展中還需要結合以上分析建立大數據化的智能工廠，全面提升產品合格率，滿足客戶的個性化要求。

（2）裝備與產品的智能化發展。在航空、汽車、電子信息、家用電器等制造領域中，目前部分工廠已實現智能化生產，這些企業通過利用智能技術可以提升產品價值，保證生產效率。具體說來：一方面，需要實現生產線的智能化，積極引進多種智能裝備，在滿足生產需求的前提下全面提升工廠制造的敏捷性與精確性；另一方面，需要對產品智能化服務拓展，比如將產品的智能裝置與物理信息系統結合起來，進而能夠對產品故障實時診斷，提供遠程服務。此外，工廠車間要與企業實現系統集成，加強內部生產經營的密切協作，也要與其它相關企業保持聯系，提升信息共享能力，達到協同創新目標。在今后的工廠產品和裝備智能化生產過程中，還需要讓生產和服務緊密聯系起來，以此全面提升自身的市場競爭力。

（3）工廠的個性化定制。在家居、家電、服裝等消費品制造領域中，部分工廠已經打造出個性化定制模式，這些企業和消費者的生活關系密切，所以在利用智能制造技術的過程中，不僅要關注生產效率，同時還需要制定出個性化生產模式，以此滿足消費者的多樣化需求。在利用智能制造技術的過程中，具體說來：一方面，需要實現個性化和定制化的生產，打造出互聯網平臺與柔性化生產線，加強生產商與用戶的聯系，之后分析用戶的需求，利用數據模型實現精益生產；另一方面，要在設計環節實現生產、服務等環節的有效結合，之后逆向整合相關環節，實現產品的優化設計。此外，還需要積極推進制造網絡的協同化發展，通過該措施能夠實現產業鏈上下游資源的有效整合，根據客戶要求實現遠程定制和工廠的協同制造。

4 工廠利用智能制造技術的關鍵環節

（1）虛擬仿真設計。模型設計、生成紙質圖紙和形成三維工藝模型是傳統產品研發設計的主要環節，整個設計環節中需要具有一定的經驗，以此實現二維和三維的相互轉換。在三維建模與仿真技術的發展下，工廠可以借助相關智能技術實現產品的設計與研發，讓整個過程具有可視化、虛擬化的特點，不僅能夠顯著提升產品研發設計效率，還能讓研發過程的信息更加暢通。此外，利用仿真技術還可以對產品仿真進行驗證，在虛擬環境下設計和生產，以此縮短產品開發周期，節約成本提升企業市場競爭力。今后我國工廠還需要對物理仿真引擎系統架構、MBD 技術、仿真模型掌握。

（2）網絡化智能設備。智能化的生產設備需要網絡技術的有效支持，以此實現工廠制造模式柔性化、生產設備智能化和高度密集的生產變革。在我國進入老齡化社會的大背景下，人工成本也在提升，為了節約生產成本，需要利用先進的生產設備，代替人工從事一線作業，讓工作人員在更為復雜的流程中進行勞動，以此有效提升產品質量；對于生產設備的智能化來說，需要在生產網絡與控制系統下完成控制、校正、診斷、信息交換、管理等相關工作，以此讓整個生產過程更加靈活、持續性更強；對于柔性化制造來說，借助智能制造技術可以節約生產材料，降低能耗與污染，實現綠色化生產。

（3）模塊化定制生產。以往的工廠盈利方式主要是提升產品的產量，但是長期生產單一的產品，無法滿足消費者的個性化需求，通過模塊化的定制生產可以充分滿足消費者需求，該生產模式包括生產與組裝兩個系統。在模塊生產流程中，工廠可以生產出不同用途的模塊之后，結合消費者需求有效組合，還能夠減少生產材料浪費，節約生產周期，對模塊組裝來說，不同產品的結構和性能都存在差異，所以需要科學選擇模塊并自由組裝，以此豐富產品的功能。

（4）大數據的精益化管理。隨著大數據技術的出現，對工廠產品研發生產進行了創新，也實現了精益生產和客戶價值管理。精益供應鏈的升級，使大數據技術支持下的產品標準化不斷提升，，并且與物聯網技術的有效結合分析出客戶的行為，之后更加科學的進行產品包裝設計，提升售后服務和質量。在精益生產過程中，通過大數據技術可以有效分析生產過程中的電力與能源消耗，進而實現整個生產過程中的綠色化、安全化。此外，通過對大數據技術的有效利用，可以分析出供應鏈的各項數據預測，產品市場需求和價格走勢，以此減少庫存，提升配送效率。

5 結語

綜上所述，隨著“制造2025 計劃”的提出，我國制造行業也將進入到全新的發展階段。新時期需要將人工智能與現代制造技術有效結合，實現生產過程的智能化、裝備的智能化、工廠的個性化定制，以此促進我國工業制造的升級，不僅可以顯著提升生產效率，同時能夠極大的節約生產成本。