淺談數字化制造技術及其裝備在中小型制造企業的應用

溫士俊

（福建南方路面機械股份有限公司，福建 泉州 362000）

在全球信息化時代的不斷逐步深入發展的情況下，世界主要國家先后進入了數字化時代。在數字化技術在經濟、科技、社會、生產、生活、國防、文化和教育等各個領域不斷擴大應用范圍并取得顯著經濟和社會效益的背景下。數字制造技術將計算機數字技術、網絡信息技術與制造技術不斷融合、創新、發展和應用，為未來制造企業、制造系統和生產系統不斷實現數字化的發展指明了方向。對制造型企業而言。通過匯總、匹配數字網絡上的相關需求，通過信息共享，動態組合，使得相應需求的產品被敏捷而迅速的制作出來，即把各班組、車間、設備、企業、經銷商的人員和定案需求組建成為網上的一個個的結點，使信息開放、透明，便于查詢和使用，將初始的設計、制造、銷售過程中將各項活動或者物料賦予的相應的數字信息，并將其作為廣泛的應用，綜合服務于企業制造，這將成為日后主宰制造業最活躍的驅動因素之一。

1 數字化制造技術介紹

在虛擬現實空間、數據庫、計算機數據網絡技術、多媒體技術等現代計算機技術的支持下，根據用戶的定制需求，迅速收集相關資源信息，對類似產品參數信息、工藝過程信息和資源調度信息按照需求進行分析、規劃和重組的這項技術就是數字化制造技術。是一種從建立數字應用空間，并在其中完成產品制造的全過程實際上就是在對傳統的制造過程進行數字化的描述我們稱之為數字化制造技術。

1.1 數字化制造技術的發展

人類在20世紀50年代開辟了制造裝備的新起點。借著民用計算機的普及和進一步發展的東風。歐美國家相已發出了工業機器人、坐標測量儀等一批重要的數字化裝備。數字化制造技術的本質是用數字控制代替傳統結構行程控制、實現運動數字化

20世紀90年代初期。數字裝備的一個重要的發展趨勢是對相關的海量信息處理數量和處理速度的均有了大幅度的提高.在數字仿形技術的基礎上，利用激光、超聲波、核磁共振等數字測量設備實現零件幾何形狀的數字化然后通過數據預處理、表面建模、實體建模、后置處理等過程生成響應的數據文件(或數控代碼)，驅動相應的數字設備 (或數控機床)加工或者制造出出新零件。

20世紀90年代中期，數字化升級推動了機械結構并聯與數控技術的結合，產生了并聯機床.又稱虛擬軸機床，將應用范圍逐漸擴展到虛擬軸坐標測量機、六維力傳感器等精密的測量平臺設備，這些設備通過相關坐標測量，并實時在線監測各數字量的變化，按照設定的指令各進行走刀，最終達到了設計要求。類似各種數字化設備的如雨后春筍般的出現，又進一步推動了數字化制造技術的進步。

1.2 數字化制造技術的現狀

進入21世紀后，由于信息化技術發展迅速，數字化技術與傳統制造技術的融合出現一定的突破，造成數字化制造技術應用展現出未有的繁榮。發達國家的先進企業由于廣泛得使用CAD／CAM軟件，并結合想用的三維設計軟件，實現100%數字化設計從而出現了無紙化生產。美國更是將基于建模和仿真的設計工具的研究方向在“2010年及其以后的美國國防制造業”計劃中，列為優先發展的四種重點研究方向之一，并取得了很多成果。

德國政府通過發起工業4.0活動，重塑了自己在工業領域的龍頭地位。這一規劃注意著重借助信息產業的優勢將其原有的先進工業模式進行智能化和虛擬化，重視智能化水平和是應用，并不斷的制定和推出新的行業標準，為解決老齡化等問題的進行積極應對。

2012年，美國啟動了“先進制造業國家戰略計劃”又稱為“工業互聯網”，他提出了包括要發展先進制造工藝及設計、更新先進生產技術平臺、更新數據基礎設施等先進的數字化制造技術來重塑工業產業格局，以期激活傳統產業的目標。

在中國制造業在面臨要解決產品質量提升、強化工業基礎能力、制造業升級轉型等基本問題的同時，開展對現代制造技術進行不斷進行探索和發展。這種類似于“邊跑動邊調整”推進策略，為我們也最終達到工業4.0的理想水平提供了指導方向，但實際上都是挑戰性非常大的課題，于是我國推出了信息化和工業化兩化融合的這一戰略舉措。

2 中小制造型企業數字化制造技術的應用情況

近些年來，我國一些已經積累了一定實力的中小制造型企業，從自身的特點出發，結合現代制造工業和世界先進發達國家的經驗，我國也開始逐步推動機械設計與制造技術的進行數字化、信息化改造。隨著政府部門以及相關企業不斷提高對數字化制造技術的重視，我國的數字化制造技術取得了比較迅速的發展。這些發展主要在集中在快速成型、并聯機床、多功能機床、機器人化機床等整機方面。直線電機、高速電機主軸、軟件補償精度等單項技術方面的突破，為數字化制造技術的縱深發展提供有利條件。

（1）在數控技術、制造信息支持系統主體的數字技術已有了一定的優異成績的條件下。我國大量的骨干企業都不同程度地采用了計算機輔助設計技術，使得我國的設計自動化水平、計算機輔助設計，計算機輔助工藝開發方面也取得了不錯的成績，伴隨著這些軟件的深入二次開發和利用，其逐步提升了相關產品的市場占有率，在功能導向設計中，工程師們可以在關心平面圖形、三維模型的建立之余，把實現整個產品功能作為核心，通過數字化設計將各項核心功能充分表達，便于開展測試測試、仿真和檢驗這些產品的功能屬性。

（2）與此同時，伴隨著MES和ERP等相關軟件在國內企業中應用范圍的不斷擴大，并取得一定的經濟效益的情況下，生產性企業愿意將自己的基礎信息融入相應系統，把更多數據匯入數據庫作為信息資源。

（3）近幾十年，許多具有知識產權的多種數控系統，被我國的工程師開發出來，通過幾十年研究、開發和應用，自行開發我們總結出了根據自身應用，不斷總結改進，并不斷完善相應系統的迭代式發展模式。

（4）以福建南方路面機械股份有限公司為例，企業在2008年增加了數控車床，2009年追加投資先后投入等離子數控切割機，數控型材切割機，2010年更是不惜花巨資先后投入了兩套用于攪拌主機桶體的焊接機器人，專門用于焊接焊縫路徑較多，而且比較標準的攪拌主機桶體，由此可見中國的中小企業對數字化制造技術的重視程度，圖1為福建南方路面機械有限公司引入的用于焊接攪拌主機桶體的焊接機器人。

1.4.1 主觀指標 在治療前后采用疼痛視覺模擬評分法（visual analogue scale,VAS）評分與腰椎功能障礙問卷 （roland-morris disability questionnaire,RMDQ）對患者的癥狀進行評價。

圖1

（5）根據自身的應用情況，福建南方路面機械有限公司在近年將各工廠、將供應商整理數據，將各個單位的數據全部匯總到一個智能制造系統（圖2計算機產權著作權登記證書），根據應用權限，開發相應的視圖，使得各單元可以集成在同一個平臺內查閱圖紙，跟蹤貨期，明確分工，售后問題處理，通過自身的對系統的不算完善，目前已經功能齊全穩定，邁出了通向數字化制造的第一步。

圖2

3 數字化制造技術在中小企業應用情況分析

以福建南方路面機械股份有限公司為例做通過SWOT分析，確定對應的生存戰略和發展戰略的一種決策分析的方法，最終是幫助企業找到行業中的機會與威脅同企業內部優勢和弱點的一種企業戰略。

3.1 優勢(Strength)

（1）董事會支持。福建南方路面機械股份有限公司重視對生產技術進步與技術人員技能的提高，因此公司在購置數字化制造裝備，對于數據標準化、數字化改造優化董事會很支持。

（2）先進的技術及裝備。數字化制造技術在先進的軟件和設備的支持下，不斷蓬勃發展，目前企業擁有從CAD二維畫圖到Solidworks三維制圖轉變加上先后引入德國的SAP企業數據管理系統和法國達索公司的PLM系統，在加上近年來自主開發的智能制造系統，逐步將營銷、技術、生產、倉儲各系統逐步貫穿起來，逐步向著世界先進數字化方向邁進。

（3）無形的合作伙伴力量。福建南方路面機械股份有限公司有一個教育部設立的博士后工作站，和華僑大學、長安大學有多年的技術交流和科研合作經驗，最關鍵的是近年來不斷為了打造數字化和信息化，而進行的自上而下進行數據整理優化、研發項目管理、客戶關懷系統而引入的第三方機構。

（4）銷售收入和利潤的增長。數字化設計／制造裝備基本上都比較昂貴，尤其是現代數字終端技術互聯互通，需要不斷的去淘汰以往不能進行數據通訊的，焊接設備，傳統機床等落后的設備，想要更大規模的提升數字化制造水平，必須要有穩定的銷售收入和利潤的增長。

3.2 弱點(Weakness)

（1）市場地位。數字化制造技術市場現處于成長初期階段，國內設備穩定性還有待提高，兼容性也需要的不斷的提升。

（3）企業在數字化制造技術服務和產品方面的標準尚未達成統一。由于相應評價標準在大多數企業中尚未建立，企業的員工從CAD二維設計，三維軟件到數字化制造技術使用的格式均不同，公司也沒有對其進行相應的標準化，因此在運作中還不斷有問題產生。

（4）失敗風險。在部分數字化制造裝備在論證不充分的情況下，匆忙上馬，后期又缺乏相應的配套措施和手段，沒有從戰略的角度的整體評估處理各項問題，很可能導致實際應用效果不佳，這會不利于數字化技術制造技術在企業內長期應用，甚至出現倒退。

3.3 機會(Opportunity)

（1）市場情況。目前數字化制造技術裝備生產企業越來越多，由于充分競爭，為企業降低購置成本提供了機會。

（2）政策扶持。國內部分地區的地方政府會根據企業的數字化技術應用情況，對企業給予一定的財政補貼，同時在融資和稅收政策以及項目申報方面給予較大支持，擬將公司發展成為本區內具有競爭力的重工業制造企業。

（3）信息社會。網絡互聯，萬物互聯所帶來的巨大機會，由此產生的形成了資源以及信息的互補和利用，促使需求的多樣化和服務方式的多樣化。

3.4 威脅(Threats)

（1）惡性競爭。國家對基礎設施建設的巨額投資，引發各地工程機械設備大規模上馬，重復投資，相互爭搶，存在惡性競爭的可能，這對福建南方路面機械有限公司的銷售收入和利潤產生影響，進而影響到企業對數字化制造裝備的投入。

（2）技術期望。福建南方路面機械股份有限公司有些員工甚至部分高管對數字化制造技術裝備的期望過高，以為利用這一先進的技術可以解決他們難以解決的任何制造方面的問題。于是出現了少部分人，一旦出現質量問題或者進度問題，便不再樂意接受新的數字化技術裝備。

（3）人才流失。由于經濟發展不平衡，公司引進的數字化制造技術裝備，是由部分一線技術骨干力量使用的，一旦，他們經不住其他企業的高薪誘惑，便會直接影響到公司的數字化制造裝備的使用。

（4）不確定因素。當前新冠疫情仍在持續，世界各地國外仍處于疫情高發區域，國內各地零星散發，對企業的正常運行順暢運行存在很多不確定性因素。

4 結語

數字化制造技術及其裝備在中小型制造企業中的重要地位以及應用趨勢勿庸置疑，但要求科研單位對數字化制造技術裝備的研發仍是制約數字化制造技術應用的關鍵所在。為了與國際先進水平接軌，結合區塊鏈技術、實現數據互聯互通，數據去中心化，大力研究與發展數字化制造技術和裝備是非常必要的。另外國內的數字化制造技術裝備的研究也剛剛起步，仍然存在一些不足之處，相信，在日后的研究過程中，還將會遇到更多新的問題，需要中小型制造企業與科研單位一起共同解決。

隨著現代科技的發展及各種需求的出現，將區塊鏈技術，數據傳輸技術，網絡拓撲技術的集成應用到數字化制造技術，將會是下一步各中小企業的應用方向。