智能制造技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

馬堆倉，朱云峰

（浙江省嘉興市桐鄉(xiāng)市巨石集團(tuán)有限公司四分廠，浙江嘉興 314500）

工業(yè)對于國家而言是基石產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在的工業(yè)主要是為了保證人們的生活水平，并且促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)工業(yè)的發(fā)展也能夠滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來為工業(yè)發(fā)展提供了自動(dòng)化技術(shù)，極大提高工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量，基于智能控制技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化逐漸成為國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)主流。在未來，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)會進(jìn)一步得到增強(qiáng)，諸如人工智能、云計(jì)算，會和工業(yè)生產(chǎn)制造結(jié)合起來，并且智能制造會在國內(nèi)得到大范圍推廣，將我國的工業(yè)生產(chǎn)水平推上新的臺階。

1 智能制造技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化概述

1.1 智能制造技術(shù)概述

智能制造技術(shù)是人機(jī)一體化的智能生產(chǎn)系統(tǒng)[1]。將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，不僅可以依靠自身完成數(shù)據(jù)分析、判斷、推理等過程，還可以根據(jù)自動(dòng)分析處理的結(jié)果自行發(fā)出對應(yīng)的指令，在工業(yè)生產(chǎn)中的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度以及故障診斷等方面都實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。①突破了傳統(tǒng)人工制造模式下的種種限制和束縛，即使是面對較為復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境下，也可以對各種生產(chǎn)問題進(jìn)行自行分析和處理，并根據(jù)分析結(jié)果制定完善的工業(yè)制造生產(chǎn)方案，發(fā)出相應(yīng)的指令，這使得實(shí)際的生產(chǎn)效率要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的手工操作生產(chǎn)效率。②在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，智能制造技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息的采集，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行整合分析，以此來為產(chǎn)品加工以及決策制定等方面提供信息支持。③智能制造技術(shù)還具有全透明以及開放性的特點(diǎn)，工作人員可以對系統(tǒng)中的信息進(jìn)行隨時(shí)修改，方便確保信息的更新足夠及時(shí)，這對于一些復(fù)雜問題的處理以及系統(tǒng)控制效率的提升都具有十分重要的作用。

1.2 工業(yè)自動(dòng)化概述

我國工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，不僅涵蓋物理加工方式，還涵蓋化學(xué)加工和生物加工方式，因此需要對產(chǎn)品和原材料的實(shí)際應(yīng)用比例進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測，才能夠最大限度減少資源浪費(fèi)和能源消耗比例。在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)和生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，需要對自動(dòng)化集成以及自動(dòng)化管理模式進(jìn)行客觀評估和集成部署，才能夠使各類工業(yè)產(chǎn)品和生產(chǎn)物料能夠精準(zhǔn)對應(yīng)，還需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善線性以及非線性生產(chǎn)加工模式。在部署和應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和系統(tǒng)裝置的過程中，不可忽略各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)資源之間的關(guān)聯(lián)性和共通之處，才能夠動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)各項(xiàng)組織資源。在廣泛應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)和系統(tǒng)裝置的過程中，也需要將工業(yè)生產(chǎn)加工要素與決策管理模式相結(jié)合，確保工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息資源的穩(wěn)定可持續(xù)傳輸狀態(tài)，才能夠有效提升工業(yè)管理的決策質(zhì)量，進(jìn)而使企業(yè)有效適應(yīng)瞬息萬變的市場環(huán)境[2]。

2 智能制造技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用的問題

2.1 系統(tǒng)感知問題

對于傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)而言，各類儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)感知標(biāo)準(zhǔn)并不一致，因此直接影響到智能制造技術(shù)的數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一形式，還會對工業(yè)自動(dòng)化控制模式的精準(zhǔn)度產(chǎn)生較深的影響。尤其在工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化和自動(dòng)化轉(zhuǎn)型階段內(nèi)，工業(yè)系統(tǒng)的感知問題相對比較普遍，直接關(guān)聯(lián)到各項(xiàng)生產(chǎn)、制造、加工業(yè)務(wù)流程的完整性，還會對企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)效益產(chǎn)生負(fù)面影響。很多工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和儀器視覺感知能力相對比較單一，數(shù)據(jù)存儲和采集精度相對偏低，因此能夠間接影響到智能制造技術(shù)資源的完整性。在智能制造領(lǐng)域，工業(yè)企業(yè)需要將自動(dòng)化控制系統(tǒng)和其他機(jī)器設(shè)備進(jìn)行信息共享和數(shù)據(jù)互聯(lián)操作，才能夠精準(zhǔn)定位和識別各項(xiàng)生產(chǎn)工藝參數(shù)以及自動(dòng)控制精度等相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)資源。系統(tǒng)感知問題不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)管理和生產(chǎn)加工流程等相關(guān)層面之上，也能夠間接影響到工業(yè)企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息資源的共享和交換質(zhì)量。

2.2 系統(tǒng)控制問題

很多工業(yè)企業(yè)在制定和完善生產(chǎn)加工流程的過程中，并未全面考量自動(dòng)化系統(tǒng)控制精度和操作模式之間的關(guān)聯(lián)性，因此也會間接浪費(fèi)較多數(shù)據(jù)信息資源以及生產(chǎn)技術(shù)資源。系統(tǒng)控制問題不僅體現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造模式、加工工藝流程、生產(chǎn)物料的庫存管理等相關(guān)層面之上，也能夠聚焦于工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化控制操作節(jié)點(diǎn)之中。針對此類系統(tǒng)控制問題，很多工業(yè)企業(yè)還不能全面部署和應(yīng)用智能制造系統(tǒng)裝置，因此會顯著降低生產(chǎn)物料的整體利用效率，剩余產(chǎn)能的問題非常嚴(yán)峻。系統(tǒng)控制問題，究其根本，與工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)資源信息化轉(zhuǎn)型路徑不夠精準(zhǔn)直接相關(guān)，還會間接影響到工業(yè)企業(yè)內(nèi)部自動(dòng)化控制系統(tǒng)裝置的整體資源利用效率。

2.3 系統(tǒng)決策問題

在對工業(yè)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)技術(shù)資源進(jìn)行全面整合的過程中，不能夠忽略系統(tǒng)決策結(jié)果的輸出形式，否則會直接影響到各項(xiàng)生產(chǎn)物料的審批和庫存盤點(diǎn)結(jié)果是否一致。尤其在部署和應(yīng)用智能制造系統(tǒng)裝置的過程中，需要對系統(tǒng)決策功能模塊的決策樹和邏輯規(guī)則進(jìn)行精準(zhǔn)判斷和識別，并逐步形成流程化的系統(tǒng)判斷模式。在統(tǒng)一部署集成化生產(chǎn)物料管理平臺之后，系統(tǒng)決策問題也能夠充分體現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)部工業(yè)技術(shù)資源和信息資源的互聯(lián)互通層面之上，對各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)的順利推進(jìn)產(chǎn)生一定阻礙和限制。系統(tǒng)決策問題與當(dāng)前企業(yè)所采用的生產(chǎn)管理模式直接關(guān)聯(lián)，并對工業(yè)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈和財(cái)務(wù)資金鏈產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

3 智能制造技術(shù)在巨石集團(tuán)中的應(yīng)用要點(diǎn)

玻纖行業(yè)本質(zhì)上隸屬勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，勞動(dòng)力成本的不斷上漲使得行業(yè)發(fā)展形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。在不斷的改革進(jìn)程當(dāng)中，巨石集團(tuán)作為玻纖行業(yè)翹楚，其生產(chǎn)線上智能化元素隨處可見[3]。依托智能制造技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，如此一來便減少了人工誤差，助力集團(tuán)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1 生產(chǎn)管理智能化

玻璃纖維的生產(chǎn)主要依靠對生產(chǎn)工序的把控，如果說任意一道生產(chǎn)工序出現(xiàn)問題，那么最終成品也因會出現(xiàn)問題而成為廢品。為此巨石集團(tuán)高度重視智能數(shù)字化工廠的建設(shè)，合理分配智能制造技術(shù)的相關(guān)信息資源，對生產(chǎn)管理的智能化目標(biāo)進(jìn)行合理制定和完善。在數(shù)字化工廠的智能制造系統(tǒng)平臺中，需要充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對各類生產(chǎn)制造以及加工設(shè)備的數(shù)據(jù)信息采集精度進(jìn)行嚴(yán)格界定，才能夠客觀考量玻璃纖維制品加工以及制造流程的完整性。巨石集團(tuán)智慧工廠總控制室如圖1所示，借助于云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，不僅能夠呈現(xiàn)智能化的生產(chǎn)管理模型，還能夠?qū)ζ髽I(yè)內(nèi)部生產(chǎn)技術(shù)資源和人力資源進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃以及資源目錄整合，充分保障工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中相關(guān)操作數(shù)據(jù)指標(biāo)的精確度。網(wǎng)絡(luò)云計(jì)算及大數(shù)據(jù)的運(yùn)用能夠幫助加工企業(yè)更好地進(jìn)行決策，在企業(yè)生產(chǎn)管理編制的實(shí)踐中不斷進(jìn)行調(diào)整，通過實(shí)行成品產(chǎn)銷管理模式優(yōu)化數(shù)據(jù)計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上充分發(fā)揮管理網(wǎng)絡(luò)化功能。由巨石集團(tuán)自主研發(fā)的智能物流輸送線一經(jīng)投入使用，有效打破諸多生產(chǎn)瓶頸，企業(yè)整體生產(chǎn)效率也因此提升了28.6%[4]。

圖1 巨石集團(tuán)智慧工廠總控制室

3.2 生產(chǎn)過程自動(dòng)化

為進(jìn)一步提升工業(yè)企業(yè)的市場核心競爭力水平，在部署和應(yīng)用智能制造技術(shù)資源、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過程中，企業(yè)需要對各類工業(yè)產(chǎn)品的整體生產(chǎn)制造流程進(jìn)行客觀評估和量化統(tǒng)計(jì)分析，對生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制模式進(jìn)行可行性分析和經(jīng)濟(jì)學(xué)評估。在工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程自動(dòng)化管理模式中，需要對各類生產(chǎn)物料的上下機(jī)狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)識別，并對各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)和工藝流程的關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行客觀評估和統(tǒng)計(jì)分析，充分保障不同工業(yè)產(chǎn)品的階段性生產(chǎn)質(zhì)量與集成化數(shù)據(jù)資源基本一致。

在部署和應(yīng)用智能制造技術(shù)資源以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的過程中，工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)管理部門需要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，還需要對生產(chǎn)操作環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)識別，確保加工制造原材料和工業(yè)產(chǎn)品的安全穩(wěn)定性。2020—2021年，巨石集團(tuán)智能制造基地相繼開工，通過智能制造技術(shù)的應(yīng)用，加之技術(shù)保障和硬件設(shè)備支撐，基地生產(chǎn)線的產(chǎn)能與能源利用率都得到了明顯的提升，生產(chǎn)成本、研發(fā)周期及產(chǎn)品不良率都有明顯的下降。具體如圖2所示。

圖2 巨石集團(tuán)智能制造基地實(shí)踐用例

3.3 故障診斷智能化

工業(yè)企業(yè)在集中部署和應(yīng)用智能制造技術(shù)資源的過程中，需要對故障診斷功能的智能化判斷模式進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控，才能夠盡量減少生產(chǎn)技術(shù)資源和人力資源的浪費(fèi)問題。在智能化故障診斷模式中，工業(yè)企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)制造流程更加公開透明，也有利于相關(guān)生產(chǎn)管理部門進(jìn)行信息共享及數(shù)據(jù)互聯(lián)，才能夠呈現(xiàn)更加穩(wěn)定安全以及可持續(xù)的生產(chǎn)管理模式。在部署和落實(shí)智能化故障診斷機(jī)制的過程中，需要對各類自動(dòng)化控制設(shè)備以及智能制造設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一編碼，才能夠精準(zhǔn)定位和識別各類故障問題的產(chǎn)生原因和影響范圍，還能夠?qū)δ硞€(gè)生產(chǎn)流水線和供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)信息資源進(jìn)行分類整合，充分保障企業(yè)內(nèi)部工業(yè)產(chǎn)品和專業(yè)技術(shù)資源的完整性和互通互聯(lián)狀態(tài)。在巨石集團(tuán)智能制造基地中，依托人機(jī)交互以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配合，實(shí)現(xiàn)了無人化的快速故障處理，維護(hù)人員也能在任一位置完成故障診斷與監(jiān)控工作。

3.4 虛擬工業(yè)生產(chǎn)

在巨石集團(tuán)的數(shù)字化工廠中，其生產(chǎn)管理模式為由集團(tuán)統(tǒng)一管控。智能制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能夠顯著提升玻璃纖維的整體生產(chǎn)效能，但是也需要充分引進(jìn)和應(yīng)用虛擬化的工業(yè)生產(chǎn)流程，盡量減少材料資源和其他技術(shù)資源的浪費(fèi)問題。在虛擬化工業(yè)生產(chǎn)模型中，需要充分運(yùn)用PLC 可編程邏輯器，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備中精準(zhǔn)判斷和識別各類生產(chǎn)技術(shù)資源以及數(shù)據(jù)信息的來源和去向，才能夠確保生產(chǎn)工藝流程的完整性和可持續(xù)性。尤其在引進(jìn)智能制造技術(shù)和儀器設(shè)備之后，需要對虛擬化生產(chǎn)操作流程進(jìn)行優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)學(xué)分析，才能夠充分改進(jìn)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造工藝，最大限度提升工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)資源的綜合利用率。巨石集團(tuán)智能制造項(xiàng)目依托網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備予以3D 仿真建模，旨在虛擬環(huán)境中探究原料比例、再現(xiàn)制造工藝、展現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期，確保工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益最大化[5]。而且采用這樣的方式能夠清楚地了解整個(gè)玻璃纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，結(jié)合虛擬/現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)，同時(shí)為產(chǎn)品研發(fā)提供很好的依據(jù)。

4 結(jié)語

對于工業(yè)制造自動(dòng)化生產(chǎn)線而言，有效應(yīng)用智能制造技術(shù)，有利于提高產(chǎn)品生產(chǎn)的精度、產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，并為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。在百年未有的大變局下，巨石集團(tuán)以智能制造的建設(shè)為抓手，為制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型交出一份高分答卷，結(jié)合自身實(shí)際生產(chǎn)需求，將人工操控、自動(dòng)設(shè)計(jì)、自動(dòng)檢測、自動(dòng)監(jiān)測等技術(shù)應(yīng)用到對應(yīng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，從而促進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的高質(zhì)高效運(yùn)行，提高產(chǎn)品的良品率，促進(jìn)企業(yè)的健康長遠(yuǎn)發(fā)展。