新時代背景下機械智能制造現狀研究

吳永新

我國機械智能制在造理論研究和實際操作方面起步較晚，加上受經濟、科技以及文化等因素的制約，導致制造水平與發達國家相比存在較大差距，這也是造成我國綜合生產力發展緩慢的主要原因。雖然近年來，我國在機械智能制造方面加大了人力、物力、財力投入力度，但結合機械產品制造效果來看，依然存在集成化水平不高等缺陷，需要及時通過創新技術加以改善。對此，從業人員必須立足可持續發展戰略，充分利用現代化科學技術，優化機械智能制造手段，以此來強化我國智能制造綜合水平，為機械制造行業創新發展奠定良好基礎。

1 新時代背景下機械智能制造現狀

1.1 智能制造的起源

人工智能實際上就是智能制造的起源。所謂人工智能，就是科學技術發展到一定程度衍生而言的技術，通過模擬人的思維、意識和行為，是技術在應用過程中能夠模仿人類，并與相關事務和信息作出相關反應，從而達到以智能技術代替人工操作的目標。新時期背景下，科學技術發展迅速，人工智能技術也得到一定優化和完善，并且應用范圍越來越廣泛。其中包括智能機器人、圖像識別、文字識別等。而智能制造，則是人工智能在制造行業應用衍生出的一種技術。主要通過人工與智能機器人有效配合的方式，減少人工工作強度和腦力勞動。智能制造包括兩部分內容，分別為智能制造技術和職能制造系統。可以看出，“智能”包含的范圍較廣，涉及到理解、分析、判斷等各種功能。新時期，智能制造已經成為制造行業改革創新的大勢所趨，同時也是企業強化核心競爭力的主要手段。這也使得世界范圍內越來越多專家和學者將研究重點放在智能制造上，為推動智能制造業發展奠定良好基礎。

1.2 機械制造現狀

以上提到，我國相對于發達國家而言，在機械智能制造方面起步較晚，所以智能化水平普遍不高。但值得肯定的是，機械制造業在我國國民經濟建設中發揮主導作用，可以對信息數據進行收集、整理和規劃。新時期背景下，機械制造業發展水平已經成為衡量一個國家綜合實力的重要標準。然而，隨著時代不斷進步，我國也逐漸進入社會經濟轉型期，使得傳統機械制造中存在的問題日益凸顯，具體體現在機械制造集成化水平不高、無法實現數據信息實時共享等方面，不能滿足新時期國民經濟建設需求。基于此，需要機械制造行業立足發展現狀，對傳統機械制造中存在的問題進行分析，對制造技術進行深化改革。同時積極響應國家提出的綠色發展戰略，引入綠色制造理念，在夯實機械制造技術基礎的同時構建系統化機械制造平臺，全面提高機械產品質量，為機械制造行業穩步發展奠定基礎。

1.3 智能制造現狀

智能化制造最早起源于20世紀末期的德國，“工業4.0”計劃就是智能制造的典型代表。所謂“工業4.0”，實際上就是第四次工業革命。自該理念提出后，便在世界各國廣泛關注。越來越多國家認識到科學技術融合的重要性，并在機械制造中將網絡空間模擬技術與信息通信技術有機結合，促進機械制造行業逐漸向智能化、數字化、信息化方向發展。工業互聯網作為一種全球化、開放化網絡系統，能夠將機械、人力以及數據信息有效融合，并在此基礎上利用物聯網技術制造機械產品，促進機械制造產業快速升級。在智能時代背景下，我國也進一步加大了機械智能制造水平，并提出“中國制造2025戰略”。強調遵循以人文本、綠色發展、創新驅動基本原則，對機械制造行業進行優化改革，全面提高我國機械智能制造水平，盡快實現機械制造強國夢。

2 機械智能制造的特征及重要意義

2.1 機械智能制造特征

機械智能制造相對于傳統機械制造而言，在產品種類、產品功能、產品性能等方面，均逐漸向多元化趨勢發展。其特征可以歸納為以下幾點：第一，精準度較高。機械智能制造需要依賴于計算機系統，在制造前要準確計算機械產品各項參數，同時明確制造程序以及制造技術，而后將相關信息錄入計算機軟件系統，按照設置好的流程生產制造，相對于傳統手工機械制造方式而言能夠有效規避人為誤差，從而提高機械產品精準度。另外，在制造過程中，如果出現問題和隱患，計算機軟件系統會及時發出報警信號，有利于從業人員第一時間查找問題原因并調整，如此既能夠提高機械產品精度，又能夠加快產品生產速度。第二，節約資源。機械智能制造引入了綠色發展理念，在保證機械產品質量的同時，有效減少了不必要的資源浪費。并且采用三維仿真技術對機械零配件進行檢查，能夠及時判斷零配件之間是否存在彼此干涉問題，有利于提高資源利用率。第三，便捷性特點。機械智能制造采用了現代化化生產手段和設施設備，能夠有效降低人工工作強度，只需準確輸入指令，制造設備就能夠保質保量完成機械制造任務。

2.2 機械智能制造重要意義

經濟全球化背景下，國家面臨的市場競爭壓力與日俱增，機械制造水平作為衡量一個國家綜合實力的重要指標，其發展狀況與國民經濟建設息息相關。具體來說：第一，上文提到，機械智能制造引入了綠色發展理念，能夠充分滿足黨中央提出的可持續發展戰略需求，在實際制造過程中本著節能降耗原則，優先使用綠色材料，一方面能夠提高機械產品環保性，另一方面能夠為機械制造行業穩定發展奠定良好基礎。第二，機械智能制造控制管理更加靈活。智能化機械制造離不開先進技術和網絡系統的支撐，只需從業人員準確輸入制造參數、工藝流程等，就能夠由制造設備自主完成制造任務，并且自動化監測制造過程，有利于提高機械制造安全性和時效性。第三，機械智能制造能夠利用互聯網、大數據等技術，在用戶需求和供給方之間建立聯系。同時以消費者需求為核心，實現個性化、定制化機械產品智能制造目標。充分滿足顯示器個性化市場發展需求。與此同時，機械制造企業可以在線生產用戶所需的機械制造服務，不僅包括機械產品，也包括產品相關服務，可以充分滿足生產要素合理配置需求。另外，在互聯網技術、物聯網技術基礎上構建機械智能制造模式，能夠降低制造成本，提供人性化產品，滿足消費者需求。

3 新時代背景下機械智能制造技術研究

3.1 對資源進行合理分類

機械智能制造就是利用智能化技術對機械產品進行改革和優化，這也說明產品與技術之間存在密切聯系。具體來說：第一，智能化系統通過識別機械制造參數和流程，能夠有序完成生產指令，并形成以機械制造為主的資源共享平臺。另外，智能系統中還包括控制識別系統，主要用來儲存機械制造生產鏈，同時按照供應商提出的機械產品生產規格分析運行狀態。如果在智能化制造過程中存在問題，那么控制識別系統會及時發出信號，意味著機械智能制造方案與制造需求不相符，需要從業人員重新設置生產質量。如果未出現信息預警，那么說明運行狀態良好，可以批量生產機械產品。第二，通過電子信息控制模塊能夠對機械產品質量進行準確分析，通過搜集產品生產數據信息，并錄入監控系統，能夠對機械運行速度進行實施監督和管理，同時可以模擬機械制造過程，并判斷運行狀態是否正常。第三，機械智能制造系統在選擇材料過程中，能夠優先考慮材料的環保型和重復使用率。并在保證產品質量和生產周期的情況下對資源進行合理計算、科學分類。

3.2 引入人工智能技術

人工智能技術與機械制造業融合，創造了機械智能制造新業態。隨著科學技術不斷進步，人工智能逐漸向2.0階段發展，也就是建立在互聯網基礎上，構建出一套系統性、完整性智能系統，用以生產機械產品。從機械制造業長遠發展角度來看，引入人工智能技術對行業進行改革升級，能夠實現行業實體經濟與先進技術的深度融合目標，這也是行業發展的一大亮點。在這一背景下，各種智能服務、智能工廠以及智能裝備應運而生，可以充分滿足機械智能制造自動化發展需求。當前，我國人工智能機械制造產業規模正在不斷擴大，已經超出400億。尤其新時期背景下，科技發展迅速，人工智能產業蓬勃發展，具中國信通院數據分析可以看出，從2015年～2018年，我國人工智能機械制造產業規模增長率為54.6%，站全球平均水平36%左右。并且2018年智能機械制造產業規模已經超出415億元。其中機械智能制造集成化技術、關鍵技術以及智能制造方案研究發展勢頭迅猛。結合我國人工智能新一代發展戰略研究院最新發布的《中國新一代人工智能科技產業發展報告》數據信息統計來看，截止到2019年2月，人工智能產業已經覆蓋了18個產業，其中機械制造產業占比最高。

3.3 機械智能制造引入綠色發展理念

改革開放后，我國高度重視經濟建設，雖然在短短幾十年間一躍成為全球第二大經濟體，但隨之而來的也有資源能源的嚴重短缺，以及生態環境的大規模污染。在這一背景下，我國為了進一步協調好經濟與生態之間的關系，提出綠色發展戰略需求，為智能機械制造指明了發展方向。綠色發展理念的出現，在一定程度上轉變了人們的生活方式和工作模式，使得節能環保理念融入到社會發展方方面面。在智能機械制造中，綠色發展理念主要體現在兩個層面：第一，在機械智能制造過程中，要優先使用環保材料，在保證產品質量的同時，充分考慮材料的重復使用率。第二，在機械產品制造時，要考慮產品本身的回收價值，同時分析產品失去應用價值時，是否會對生態環境和人類身體健康造成不良影響，以此來提高機械產品環保效益。

3.4 采用激光切削技術提高產品精度

激光切削技術常見于機床產品制造中。當前，金屬切削機床在總機床銷售量中占據一半以上比重。其不僅能夠廣泛應用到船舶、航彈航空以及電力領域，還能夠在新能源、汽車等行業發揮作用。我國機械制造業在經歷過2011～2017經濟市場動蕩風波后，行業景氣度不斷下滑，固定資產投資速度停滯不前。導致機床制造量和銷售量嚴重萎縮。一直到2018年，金屬切削機床同比下降24%。激光加工技術作為一種效率較高、精度較高的加工工藝，隨著科技不斷進步，其激光設備也得到了一定優化和完善，在一定程度上拓展了激光加工技術的應用范圍。相對于傳統機械制造中的刀具切削技術而言，不僅能夠提高產品制造精度，還能夠加快產品制造效率。

3.5 在機械智能制造中應用3D打印技術

3D打印技術是新時期機械制造行業逐漸崛起的一種制造技術，其不僅具備炫酷的前沿科技，而且能夠為機械制造業技術革新提供保障。該技術集合了機械制造批量生產、高效生產、手工生產等多種優勢，具有靈活性特點，能夠適用于機械制造各個環節，可以有效降低機械產品制造成本，提高制造效率，是機械制造行業未來發展的必然趨勢。近年來，我國逐漸看清了3D打印行業的發展前景，并不斷加大力度發展3D打印行業，從2013年～2018年行業發展規模來看，已經由最初3.2億美元逐漸上升到23.6億美元。短短五年增長率高達49.1%。

當前，我國在機械制造過程中應用的3D打印核心零部件依然依賴于國外進口，國內在自主生產制造方面依然有很大進步空間。尤其新時期，我國汽車、航空航天等領域發展水平不斷提升，機械零件結構也日益復雜，并且對性能、精確度提出更高要求，導致傳統金屬切削加工方式不再適用。而3D打印技術相對于傳統制造工藝而言，不僅能夠減少材料使用量，還能夠確保復雜零部件加工一次成型，是機械制造領域近年來極具代表性和顛覆性的制造技術。但是，由于我國3D打印技術應用和研究起步較晚，即便發展速度較快，但依然存在企業數量少、規模小等問題，使得很多接卸制造中應用的核心部件和新材料依然依賴于國外進口，導致制造關鍵技術受制于人。

4 機械智能制造未來發展趨勢

我國機械制造行業相對于發達國家而言起步較晚，由于技術較為落后，所以迫使國內機械制造業積極尋求各種轉型升級措施。只有掌握先進技術，才能夠切實轉變機械制造勞動密集型這一產業特點。上文提到，智能制造已經成為世界范圍內機械制造業改革創新的大勢所趨。其特征主要體現在以下方面：第一，智能制造具備獨立性、自主性特征，同時相互之間不僅能夠相互協調，還能夠彼此制約。第二，機械制造系統中，實現人機一體化是智能制造的主要表現。在智能機器與人工勞動相互配合的情況下，人的潛能也會被充分激發。與此同時，采用虛擬現實技術。第三，機械化制造不僅能夠有效提高機械制造效率和質量，還能夠真正解放生產力。現階段，我國機械制造產業已經將智能制造技術和系統作為行業發展的主要方向。

機械智能制造的發展方向體現在以下幾個方面，其中任意一個方面都涉及到兩個相應的領域。真正意義上的機械智能制造，需要貫穿于機械產品生產、服務去哪過程。具體來說：第一，機械產品生產方式智能化。在生產方式上，采用智能工廠、智能設備，能夠有效提高生產效率和質量，從而實現智能生產目標。第二，機械產品智能化主要體現在機械視覺、傳感器、芯片等人工智能領域。與此同時，機械產品的定制化生產，以及產品追溯，將會成為機械制造領域最新的業態模式，有利于提高機械制造企業管理能力。第三，服務智能化。具體體現在機械產品在線監測、遠程診斷等服務方面。由此可見，機械智能制造在未來發展中，實現智能化生產需要體現在三個方面，即從智能化工程到數字化工廠，最后發展為自動化工廠。

在未來發展進程中，隨著科學技術不斷進步，我國機械智能制造還會逐漸向節能化、信息化、集成化以及自動化趨勢不斷進步。其中節能化主要體現在機械產品設計、制造、運輸、包裝、報廢處理等各個環節，能夠盡可能減少機械產品對生態環境造成的不良影響，同時充分發揮企業經濟效益和社會效益。信息化主要體現在機械產品生產技術方面，包括傳感器技術、計算機技術、軟件技術等先進技術的應用，有效挺高機械產品性能能和智能化水平。集成化主要體現在接卸產品生產工藝、軟硬件設施、應用技術等方面，可以通過新能源技術、納米技術跨學科高技術集成方式，促進機械產品不斷改革升級。自動化主要體現在機械產品高度適應性等方面，能夠結合客戶需求完成機械產品生產過程自動化，同時對制造環境有較高適應能力，實現制造過程全面優化目標。

另外，機械智能制造的全生命周期管理水平也會不斷提高，需要貫穿于機械產品設計、生產、銷售、應用、維護、報廢處理全方面。面向全生命周期以及所有環節對機械智能制造進行管理，是制造企業改革創新管理模式和方法的大勢所趨，有利于提高智能制造企業核心競爭力。另外，應用智能制造技術，能夠為機械產品管理和服務模式提供保障，實現智能產品全生命周期管理、服務目標，一方面能夠滿足群眾需求，另一方面能夠激發企業活力。例如：陜鼓動力有限公司在機械智能化制造中，提出了集智能化設計、智能制造以及智能服務三位一體的服務理念。并設置了機械智能制造和綠色制造試點。在這一服務理念支撐下，300多臺機械產品以高效率、高質量服務完成了檢測診斷工作。這種主動為用戶提供智能服務的方式，不僅提高了用戶滿意度，還強化了機械產品全周期智能制造水平，有利于為企業轉型升級奠定基礎。

5 結語

綜上所述，科技的飛速發展，促進機械制造技術更新換代速度不斷加快，推動機械制造行業逐漸向智能化、信息化趨勢發展。在一定程度上提高了機械產品制造精度和制造效率，同時降低了不必要的材料、資源消耗，節約了機械制造成本，為機械制造行業進軍國際市場奠定良好基礎。