智能制造技術體系的建設

張文明，黃小惠，胡簫笛，吳國君，張守明

航天科工第四研究院紅陽機電公司 湖北孝感 432000

設計總工程師 張文明

1 序言

隨著現代科學技術的不斷進步與發展，各類先進的數控設備、數字化檢驗檢測裝備和電子通信儀器等人工智能裝備不斷涌現與升級，智能制造技術和智能化工廠得到快速發展。現結合我公司的實際情況，談談對智能制造技術的理解與認識，以及如何建設智能制造技術體系，推動智能制造技術在企業中的應用。

2 不斷充實硬件系統

擁有高智能化、自動化硬件裝置是建設智能制造技術體系的基礎。對于機械加工制造企業來說，最主要的智能裝備是高品質的三軸與多軸數控機床。我公司采購數控銑床與數控車床始于20世紀80年代末期，至今已有30多年，這期間經過多次大的技術改造，購入大量國內外先進的數控加工機床（見圖1）與檢測儀器及裝備（見圖2）。目前，我公司各類先進數控設備數量已超過設備總量的95%，其中四軸、五軸數控加工機床已成為公司的主流加工設備。現代數控加工設備的智能化程度同過去相比有了極大的提升，尤其是設備的在線檢測及自適應功能的運用，大大縮減了操作人員的工作量，機器取代了人的部分分析與糾錯工作。同時，在某些加工單元使用機器人等輔助加工智能裝備，用于快速裝卸工件。另外，公司還購入大量用于貨物周轉的智能轉運車等，為智能制造技術體系建設提供了硬件保證。

圖1 公司部分數控設備

圖2 公司部分檢測裝置

3 不斷充實軟件系統

擁有高智能化、自動化硬件裝置，只是智能制造技術體系建設的前提，如何將這些裝置的智能與自動化潛能快速地開發出來，應用于生產實際，則需要應用高智能的軟件來實現。圖3為公司機械加工車間部分軟件應用與管理現場情況。經過了從Surfcam軟件到Mastercam的應用，再到如今UG的推廣使用。編制數控程序的計算機輔助制造CAM軟件，基本上經歷了一個從低級到高級的推廣應用過程。編制數控程序的速度與程序的準確率也經歷了一個循序向上的過程，大大提高了數控機床的開機率。配合編程軟件，公司還通過引進VERICUT數控加工仿真軟件，對編制的程序進行全過程基于加工真實環境的虛擬摸擬仿真，大大提高了數控程序的準確率。此外，通過引入Advantage軟件FEM、PM兩個模塊，對程序的進給量、轉速和切削深度等參數進行優化，大大提高了數控加工程序的合理性，優化了對數控機床的使用。

圖3 機械加工車間部分軟件應用與管理現場

軟件的充實，不僅局限于數控編程這一個環節，還貫徹于制造的全過程。例如，公司引入武漢開目公司開發的CAPP軟件和南京國睿信維公司開發的三維工藝系統PDM軟件，解決了智能工藝規劃與過程管理、智能制造過程與執行管理問題，使得編制工藝文件變得更快捷、更規范，也更方便管理。所有軟件系統協同運用，充分發揮軟件的功能，促進了制造技術向智能化轉變。

4 推進車間數字化建設

車間數字化建設是智能制造技術體系建設的重要環節。數控機床是自帶顯示屏的數字化加工設備，操作人員可以在屏幕上直接輸入、編輯程序。車間在眾多大型關鍵數控機床前，安裝了大屏幕電腦，通過局域網直接與辦公室存有工藝文件的電腦連接，操作人員在加工時可以直接從電腦上調取工藝文件，查看加工內容與圖樣尺寸，無需再去資料室借用所需要的工藝文件來指導生產作業，真正做到了無紙化辦公。獲取資訊快捷、透明，還不用擔心丟失與損壞工藝文件。公司在每個車間，選擇在檢驗區域附近及人員流動密集處這兩個位置，分別安裝數臺自助機（見圖4），用于檢驗人員及生產操作人員向檢驗中心與生產調度部門匯報自己一天的生產情況，方便對口管理部門及時了解產品的加工質量與生產進度信息，一旦發現問題，可以及時發出調整指令。所有這些，都是創建數字化車間給生產與管理帶來的好處，在智能制造技術體系的建設過程中，堅決推行車間數字化管理是必不可少的環節。

圖4 數字化車間的自助機

5 網絡化資源共享與協同辦公

網絡是資源共享與協同辦公的橋梁，是智能制造技術體系建設關鍵的一環。我公司早在20世紀90年代初期便成立了信息化中心，通過創建局域網，基本上實現了資源共享與協同辦公。

車間的每臺機床與辦公室的程序管理計算機工作站通過網絡連接（見圖5），大大方便了數控程序的傳輸，輕松實現了在線分析加工。此外，將經過機床驗證的程序回傳到工作站保管，不僅可以避免再次使用時重新編制程序的重復勞動，還可規避程序錯誤。

圖5 機床與設備的聯網管理

6 加強與外界的交流合作

緊跟時代前沿技術，加強同外界的交流與合作，尤其是加強同一些高校、設計單位、研究院所的交流與合作，才不會迷失企業發展的方向，才不至于落伍。例如，前幾年我公司下屬的一個船艇開發分公司，自主設計了一款1.6L排量的水上摩托艇用發動機，使用性能一度不穩定，工作過程中爆缸、連桿折斷等故障不斷發生。為此，公司內部組織技術攻關多次，都沒有獲得好的效果，后來請大學的知名專家教授會診，終于使問題得到了解決，目前，該型發動機已成為國內某船艇制造廠的配套產品，最高轉速可達10000r/min。

7 柔性制造單元建設

為了探索智能制造技術體系的建設模式，在公司最大的機械加工廠房內專門開辟了一塊場地，封閉創建了針對某量產的加工對象的智能化柔性制造單元。該單元由1臺五軸加工中心、1臺四軸加工中心、2臺數控車床、1條工件輸送線、1臺機器人及3臺指令與展示進度指揮系統電腦構成（見圖6），整個生產過程具有極高的自動化與智能化程度，從工件毛坯的輸送，到成品的檢測都是自動完成的，生產效率比原來提高10倍以上，質量可靠性與穩定性比原來高出不止一個量級。該單元的建設，強調了柔性，可在稍加改造或不加改造的前提下，快速實現對加工對象的改變，這也是智能化的一種體現。

圖6 車間柔性制造單元場景與裝備

8 人才隊伍建設

只有擁有高素質的人才隊伍，才能把人的智慧與設備的智能有機地融合在一起，才能使彼此的潛能最大化，從而更好地服務于生產，創造出更大的價值。公司特別注重人才隊伍建設，采用引進的方式，從國內各大院校招聘了大量青年學子，充實到生產一線和工藝技術、生產調度等崗位；還從沿海等工業發達地區高薪聘請了為數眾多的技術人才，使整個員工隊伍的專業素質得到了顯著提高，對于加快推進智能制造技術體系的建設進程起到了至關重要的作用。

9 結束語

智能制造技術不僅局限于制造工藝，而是覆蓋了市場分析與培育、生產管理、加工和裝配、銷售、維修、服務以及回收再生的全過程。目前，我公司智能制造技術體系的建設水平尚處于側重于生產制造的層面，離真正的智能化制造還有一定的距離，但是通過前期的努力，公司的生產能力已經得到了極大的提高。未來，公司將持續推進智能制造技術體系建設，只要我們堅定地走下去，一點一滴地積累經驗，相信一定會獲得更好的效果。