離散制造行業數字化轉型與智能化升級路徑研究

蘆仁杰

中國長江航運集團電機廠，湖北武漢，430205

0 引言

離散制造產品多數是通過不同零件所裝配而成的，具體的加工環節具有系列性、間斷性的特點，如火箭制造、電子設備制造、汽車制造等都屬于離散制造型企業。離散制造行業的發展可以解決存在的民生問題，為廣大人民提供就業機會，同時也是推動制造業和經濟發展的關鍵。近年來離散制造行業對于產品質量要求不斷提升，加之市場上的競爭愈發激烈，企業產能過剩問題明顯，給離散制造行業的發展帶來了制約和影響。信息技術的快速發展，數字化技術、智能化技術水平不斷提高，將其融入離散制造行業內，有效改變了其工作方式，順應了我國所提出的“智能制造”發展戰略，應當合理利用新技術推動產業升級。

1 離散制造行業轉型升級重要技術

離散制造行業在新的社會發展環境下所面臨的挑戰和風險不斷增加，為了能夠進一步推進離散制造行業的發展應當重視對各類新型技術進行有序使用。通過對共性關鍵技術進行使用可以對現有的資源配置模式進行優化，提高研發生產的效率水平，改變傳統的商業模式。在具體的轉型升級過程中所使用的主要技術包括制造技術、信息技術以及人工智能技術，可以對技術體系進行升級，打造新的虛擬設計模式，構建新型業態模式。

1.1 制造技術

在目前生產活動中經常給會使用各種先進制造技術，其是離散制造行業得以轉型升級的重要基礎，包括智能設計技術、智能加工技術、智能調度以及監測技術，可以對各個環節進行有效的監管和控制。在生產系統中各個環節均重視建設數字化模型，是促進生產資料數字化轉變的關鍵，如管理調度、設計優化以及數據驅動等模型。將人工智能技術和先進制造技術進行結合可以提高產品的規模化生產量，達到批量生產的目的，滿足市場上對于優質產品的需求。拓撲優化技術在和信息技術進行融合后成了智能設計所使用的主要技術類型。該技術同對邊界條件、約束條件進行明確后對材料的分布形式進行調整，保證其處于最佳的狀態，提升結構性能水平。該技術可以對結構的重量進行控制，同時還可以強化結構的承載能力，但是在使用時應當對強度、熱變形等問題進行控制。

1.2 信息技術

信息技術的快速發展為轉型升級活動的開展帶來了重要的助力，主要包括常見的5G技術、邊緣計算技術以及區塊鏈技術等。信息技術滲透力有所上升，改變了數據共享難度大的問題，解決數據孤島的現象，可以對生產資源進行控制，拓展了生產空間，同時形成了人員、機器設備、物品等各個環節的協調性和密切配合程度的工作模式。其中區塊鏈技術可以有效展示不同系統的特點，保證系統使用的安全性，不可以進行隨意篡改。5G技術在日常生活中最為人們所熟知，具有高帶寬和低延遲的優勢，可以對不同規模的節點數據進行存儲。5G技術可以結合各項要素數據實時分析，并對其進行共享，形成了互聯互通的生產模式，為后續預測活動的開展提供了重要參考[1]。

1.3 人工智能技術

人工智能技術的使用為離散制造行業的轉型升級提供了頂層支持，促進社會經濟發展模式改變，從原有的數字化經濟體系轉換為智能化的智能經濟，改變了社會形態和生產方式，合理利用各種學習技術、人機協作模式，通過將人工智能技術進行合理的應用，能夠對各類不同數據進行智能化分析，并將分析結構以可視化的方式展示出來，形成了數字孿生模型，成為提高智能技術應用效率的主要因素。深度學習是人工智能技術所關注的重點，和傳統的故障診斷相比其特征提取所需要的時間較少，無需經過過多的信號處理環節。通過深度學習可以對較為簡單的信號進行及時處理，定位存在缺陷的位置，可以在一定時間對技術問題進行處理。在選擇多標識領域自適應網絡故障診斷技術時能夠對特征工程所需要花費的時間進行控制，提升故障診斷泛化水平。

2 離散制造行業數字化轉型與智能化升級路徑研究

制造行業一直以來都是我國在發展過程中所需要依賴的主要產業類型，近年來其發展模式趨向于平穩，離散制造行業也已經進入了工業2.0后期，雖然開始使用了各種智能化技術，但是仍然不具備扎實的基礎。為了可以保證離散制造行業能夠滿足社會的發展需求，應當重視對其進行全方位轉型升級，目前所使用的升級模式屬于嘗試階段，應當重點對制造模式進行改進。不同企業所選擇的轉型升級模式不同，離散制造企業應當結合自身發展需求和現有條件選擇合適的升級方式。

2.1 研發模式轉型升級

離散制造行業在轉型過程中離不開智能化技術的使用，通過新型技術的使用加快了企業的轉型速度，開始重視面向全社會完成創客的孵化，確保可以達到智能化制造模式的目標[2]。在轉型升級過程中需要重點針對信息化體系進行升級，加強企業和其他不同平臺的轉型規劃。首先，在升級過程中應當將企業、消費者以及電商等不同主體納入到升級體系中，形成業務融合的工作模式，打通用戶前端體驗，在保證基礎產品服務質量的同時提供增值服務。其次，進入自動化和網絡化建設環節。在企業內部應當重視引進資源規劃機制，對離散制造企業內部的資源分配情況進行調整，針對制造執行和倉庫管理等系統進行合理使用，讓產品、設備、人員、模塊之間形成緊密的聯系。該種方式改變了以往離散制造行業存在的串聯作業形式，可以達到并聯生產的目的，有效提高了生產效率。最后，積極探索全面轉型升級的策略，如針對家電設備角度進行分析，海爾成立了COSMOPlat這一平臺，以工業互聯網作為基礎，為數字化轉型工作的開展提供了重要的基礎保障。研發技術的投入提升可以有效提高產能的總量，其產能提升相較于以前約為1倍左右。

2.2 運營模式轉型升級

運營模式是影響離散制造企業發展的主要因素，目前部分企業開始使用了以制造運行管理為核心的線上平臺，可以隨時展示生產現場的情況，提升了制造過程的透明化程度，達到跨區域轉型的目標。運營模式轉型升級主要包括4個不同的階段。第一階段利用CAD技術進行圖畫繪制，改變了以往用手繪畫的現象和問題，提高了圖畫繪制的效率和精準程度，通過使用條碼和生產管理機制達到了信息化管理的目的。第二階段為信息化發展、自動化發展共同前進的重要階段，需要使用資源分配系統，在具體的生產活動中引入新型的柔性生產線，可以進一步強化生產效率，打造以信息和數字化中心為基礎的系統，大力推廣柔性生產線，提高生產線的工作質量。第三，在探索新的發展階段時可以選擇X計劃，使用MES和WMS等系統，可以自動對倉儲內的物品進行統計，根據倉儲物品的標識情況完成分揀，有利于提高分揀的效率。第四階段屬于網絡化探索階段，充分利用大數據技術、人工智能技術優化生產環節、流通環節以及銷售環節，對離散制造行業的業態結構進行創新和優化，打造全新的發展生態環境。通過各種新型技術的應用可以提高生產效益，提升幅度大約為5%，并且人工成本也大幅度下降[3]。

2.3 商業模式轉型升級

酷特智能模式是某家服裝制造企業所提出的一種商業模式，具有個性化定制的特點，同時也能夠做到和用戶進行直接連接。該種模式的轉型升級也包括四個階段：第一階段屬于信息化管理和自動生產階段，在這一階段將個性化定制作為重點，積極利用自動化設備對生產模式進行升級，優化生產流程，同時推出了電子商務體系。第二階段，信息化和自動化齊頭并進，引入自動化設計、MES、WMS等新技術形成C2M新商業模式。第三階段為數字化轉型、智能化探索階段，引入數字化生產計劃系統，重點加快數據標準化建設速度，構建以數據驅動為基礎的大規模個性化定制新模式。第四階段進入到網絡化、智能化探索階段，通過對倉儲管理體系進行改進可以有效減少物流量，通過使用各種信息技術可以打造互聯網生態環境，建設智能工廠，在智能工廠中人、事、物都會形成互聯互通的模式，生產效率上升，成本投入下降，利潤效益上升，有利于進一步深化供給側結構改革[4]。

2.4 制造模式轉型升級

離散制造行業在發展過程中最為重要的即為制造模式，目前制造模式也有所改善和調整。在制造模式轉型升級時首先需要對設計方案進行優化，利用智能設計的方式在產品流通的各個環節做好自動化建設，可以形成全自動化的生產模式。其次，在進入轉型階段之后需要構建智能制造體系，隨時收集有關于設備的運行情況以及相關數據，保證數據交互的統一性，有利于全生命管理理念的落實。最后，是發展探索階段，開始不斷完善生產計劃執行系統、全生命周期質量追溯體系，對于配方采取加密管理方式，保證其安全性，有利于推進制造設備進行升級，滿足離散制造行業的發展需求。

3 離散制造行業數字化轉型與智能化升級要點

目前離散制造行業在轉型升級的過程中仍然存在著較多的問題，給行業發展帶來了制約，因此必須要重視在轉型升級時所關注的要點，完成重點任務，促進離散制造行業的穩定發展[5]。

3.1 打破智能關鍵技術壁壘

在智能制造活動中需要使用到工業互聯網以及智能傳感裝置，重點突破智能傳感器與傳感網絡及智能終端、即插即用技術、實時網絡操作系統技術、機器對機器技術、制造IOT技術。大數據和知識庫是智能制造的核心，重點突破制造大數據挖掘技術、大數據智能分析與管理技術、面向制造大數據的綜合推理技術。智能推理是智能制造的靈魂，重點突破智能建模與仿真技術，研究數字孿生技術。

3.2 重視研發智能化制造設備

在離散制造行業發展過程中如何提升制造質量和效率成為了相關人員所關注的重點話題，而設備則是影響制造活動開展的關鍵因素，需要積極研發符合生產制造需求的智能化設備。在進行研發時應當針對機床、機器人、特種制造設備進行重點改造，形成柔性制造生產線，提升制造的效率[6]。機器人產業是行業所重點發展的產業之一，智能機器人的適用范圍應當不斷進行拓展，如焊接作業、打磨作業、裝配作業、加工作業等。機器人產業年均增速超過15%，預計2025年產業規模將達到2458億元。

3.3 完善標準和安全機制

在完善標準機制時應結合CPS、技術標準要求、云計算技術、區塊鏈技術等進行分析，了解具體的技術應用要點。在具體的構建過程中需要針對產品標準、過程標準、安全標準機制進行完善。當前離散制造行業正處于快速轉型的階段，如果沒有形成統一的規劃，會影響制造活動的有序開展。以安全標準為例，應當構建信息安全模塊和物理安全模塊，將離散制造行業的數據上傳到數據平臺中，在不斷的攻防演練過程中積累經驗。同時利用大數據完成數據分析、風險預警、風險識別等一系列環節，可以針對存在的風險隱患進行處理，做好防御和消毒工作，防止出現漏洞，及時對入侵到系統內的病毒采取處理措施，充分發揮大數據技術的功能和作用[7]。

3.4 建設智能化車間、工廠

數字化車間是智能化車間的初級發展階段，數字化車間需要利用數字化技術對不同類型的設備實施管控，通過完成加工數據的描述、分析和決策環節后采取相應的控制措施。智能化車間利用集成數據完成分析、決策，對制造流程進行調整。

智能化工廠也是目前改革過程中所關注的重點內容，在產品設計階段利用三維模擬技術、仿真優化技術可以對設計內容進行不斷的優化和更改，充分發揮計算機的功能和作用。在生產制造活動中使用各類智能化設備可以提升生產的平穩性和效率水平。在運營管理活動中會充分發揮工業互聯網的優勢，對不同領域的知識進行有機融合，滿足價值鏈在不同環節的增長需求[8]。

4 結語

離散制造行業在以往的發展過程中出現了較多的問題，如自動化水平低、缺少扎實基礎技術支持等，在具體的制造活動中所需要投入的資源和成本普遍較高，排放的污染物量較多，不符合我國節能減排的發展理念。離散制造行業面對新的發展挑戰應當重視對現階段存在的問題進行處理，夯實數字化技術的應用基礎，解決數據匯聚利用難度大的問題，力求可以提高行業的經濟效益。