智能制造技術(shù)在門窗制造領域的應用

潘 福

（北京米蘭之窗節(jié)能建材有限公司，北京 102211）

0 引言

當前經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的背景下，制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展尤為重要，其中智能化水平的提升是不可或缺的一環(huán)。智能化水平包括智能管理、智能產(chǎn)品和智能制造三個環(huán)節(jié)[1]。智能制造作為新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)，隨著其不斷發(fā)展，越來越多的門窗制造企業(yè)開始應用智能制造技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率、降低成本和提升產(chǎn)品品質(zhì)。近年來，學術(shù)界對門窗智能制造的研究集中在個案設計上，郎洪林[2]研究設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能門窗監(jiān)測控制系統(tǒng)。龍華金[3]通過對市面上已有的智能門窗系統(tǒng)的分析，設計了一種以micro:bit板作為硬件電路核心的智能門窗系統(tǒng)。蔡秋[4]指出數(shù)字化轉(zhuǎn)型對門窗制造工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展現(xiàn)狀。

本文旨在探討智能制造技術(shù)在門窗行業(yè)中的應用和前景展望，創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）典型案例分析。本文選擇了米蘭之窗智能門窗作為典型案例，通過深入分析其智能制造實踐，揭示智能制造技術(shù)在門窗行業(yè)中的應用情況。（2）問題與限制探討。本文將重點關注傳統(tǒng)門窗制造過程中存在的問題和限制，探討這些問題如何影響供應鏈、生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品品質(zhì)，進而引發(fā)對智能制造技術(shù)的需求。（3）應用和前景展望。本文將重點討論智能制造技術(shù)在門窗行業(yè)中的應用前景，分析其對提高生產(chǎn)效率、降低成本和提升產(chǎn)品品質(zhì)的潛在作用，旨在為門窗行業(yè)的制造發(fā)展提供有價值的參考。

門窗是建筑物的基本組成部分，其在建筑設計和裝飾中起到了至關重要的作用。傳統(tǒng)的門窗制造通常需要大量的人工操作和精確的測量，這不僅費時費力，而且容易產(chǎn)生誤差。隨著智能制造技術(shù)的快速發(fā)展，門窗制造業(yè)也面臨著轉(zhuǎn)型和升級的機遇，門窗制造將進入工業(yè)4.0時代。智能制造技術(shù)的應用可以提高門窗制造的效率、質(zhì)量和精確度，并減少人為因素對制造過程的影響。通過引入智能制造技術(shù)，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，門窗制造商可以實現(xiàn)數(shù)字化設計、智能化生產(chǎn)和智能化管理，讓高性能門窗產(chǎn)品低成本觸達終端客戶，改變目前行業(yè)“劣幣驅(qū)逐良幣”的現(xiàn)象，引領整個門窗行業(yè)健康有序發(fā)展。因此，研究門窗在智能制造方面的突破和應用具有重要的實際意義和應用前景。

1 智能制造概述

智能制造是指利用先進的信息技術(shù)、自動化技術(shù)和智能化技術(shù)，以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、自動化和智能化的生產(chǎn)方式。它通過將傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)應用于制造過程中，實現(xiàn)生產(chǎn)設備、產(chǎn)品和生產(chǎn)環(huán)境的智能化互聯(lián)互通，從而提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和資源利用效率。通過信息技術(shù)驅(qū)動雙跨越的戰(zhàn)略變革，是企業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的重要路徑[5]。

智能制造的發(fā)展可以分為三個階段：第一階段是自動化制造階段，主要通過機械化和自動化技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，如傳統(tǒng)的生產(chǎn)線和機器人應用。第二階段是數(shù)字化制造階段，利用計算機技術(shù)和軟件工具對生產(chǎn)過程進行數(shù)字化建模和仿真，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化和優(yōu)化。第三階段是智能化制造階段，基于先進的信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)設備和系統(tǒng)的智能化互聯(lián)互通，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，智能決策、智能控制和智能優(yōu)化。

2 智能制造在門窗行業(yè)中的應用前景

智能制造在門窗行業(yè)中有著廣闊的應用前景。通過引入智能制造技術(shù)，可以實現(xiàn)四個方面的改進和創(chuàng)新。

首先是生產(chǎn)過程的智能化管理。通過引入物聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)、嵌入式中端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)設備和生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，從而提高生產(chǎn)過程的可視化和透明度，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化管理和優(yōu)化。

其次是個性化定制和柔性生產(chǎn)的出現(xiàn)。智能制造技術(shù)可以實現(xiàn)門窗的個性化定制和柔性生產(chǎn)。通過數(shù)字化設計和智能化生產(chǎn)設備，可以根據(jù)客戶需求實現(xiàn)門窗的定制設計和生產(chǎn)，提供更加符合用戶需求的產(chǎn)品。通過提供售后服務和其他后續(xù)服務，來獲取更多的附加價值，這就是軟性制造。個性化需求、小批量定制將成為潮流。

再次，可以更好地進行質(zhì)量控制和品質(zhì)管理。智能制造技術(shù)可以實現(xiàn)門窗生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量控制。通過實時監(jiān)測關鍵參數(shù)和數(shù)據(jù)分析，可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題，實施精確的質(zhì)量控制和品質(zhì)管理，提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

最后，智能制造可以帶來線上線下一體化的服務體驗。智能制造技術(shù)可以實現(xiàn)線上線下一體化的服務體驗。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能設備，用戶可以在線上進行產(chǎn)品選購和定制，同時享受到線下的高品質(zhì)服務和售后支持。

綜上所述，智能制造在門窗行業(yè)中的應用前景非常廣闊，將為門窗制造商帶來更高效、精確和智能化的生產(chǎn)方式，同時為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務體驗。

3 傳統(tǒng)門窗制造存在的問題

3.1 傳統(tǒng)門窗制造的流程和方法

傳統(tǒng)門窗制造通常采取手工制作的方式，由于技術(shù)和工藝的局限，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，無法滿足大批量、高質(zhì)量、個性化的生產(chǎn)需求。同時，一些傳統(tǒng)門窗生產(chǎn)廠家存在小規(guī)模、工藝簡陋、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，致使消費者對該行業(yè)的信任度不高。

3.2 傳統(tǒng)門窗制造的局限性和挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)門窗制造通常存在以下幾個局限性和挑戰(zhàn)：首先是制造精度低。傳統(tǒng)門窗制造通常采用人工生產(chǎn)，制造精度低，不利于提高產(chǎn)品品質(zhì)和加工效率。其次是生產(chǎn)效率低。傳統(tǒng)門窗制造周期長、量少，生產(chǎn)效率低，這影響了企業(yè)的生產(chǎn)效益，并且無法滿足快速交付和個性化需求。再次是成本較高。傳統(tǒng)門窗制造采用人工制作方式，需要大量的人力資源，設備成本高，致使制造成本高昂。隨著人工成本的快速上升，原材料價格持續(xù)上漲，年輕人不愿意從事苦、臟、累的工作，給國內(nèi)企業(yè)帶來了巨大的生存壓力，行業(yè)面臨向東南亞國家外遷的趨勢，企業(yè)面臨巨大的生存壓力。最后，傳統(tǒng)門窗無法滿足個性化需求。傳統(tǒng)門窗制造無法滿足新時代消費者的個性化需求，難以提供多款式、多尺寸、多功能的產(chǎn)品。

4 智能制造技術(shù)在門窗制造中的突破

為了克服傳統(tǒng)門窗制造存在的問題，門窗制造企業(yè)開始采用智能制造技術(shù)來提高生產(chǎn)效率、降低成本、生產(chǎn)精度和品質(zhì)等方面都具有顯著的提升。

4.1 數(shù)字化設計與模擬

智能制造技術(shù)使得門窗制造企業(yè)可以利用數(shù)字化設計和模擬工具來進行產(chǎn)品設計和模擬。通過數(shù)字化設計軟件和仿真工具，可以創(chuàng)建門窗的三維數(shù)字模型，并進行結(jié)構(gòu)分析、材料模擬和性能仿真。這樣可以預測和優(yōu)化生產(chǎn)過程中的設計缺陷，提前發(fā)現(xiàn)和解決問題，大大降低產(chǎn)品開發(fā)周期。數(shù)字化設計和模擬還可以提高產(chǎn)品的制造精度和質(zhì)量，確保產(chǎn)品滿足設計要求。建有基于互聯(lián)網(wǎng)的個性化定制服務平臺，收到客戶數(shù)據(jù)之后，自動化地將其與數(shù)據(jù)庫中存儲的模型進行比對，并提供給客戶一個3D模型，通過模型顧客可以立體、細致地觀察款式、細節(jié)設計，門窗材質(zhì)等，這樣就實現(xiàn)了“一窗一版，一件一流”的定制化智能設計。

4.2 自動化生產(chǎn)與裝配

智能制造技術(shù)在門窗制造中廣泛應用自動化生產(chǎn)和裝配。傳統(tǒng)的人工操作和組裝過程可以通過智能制造技術(shù)轉(zhuǎn)化為機械化和數(shù)字化的自動化生產(chǎn)方式。利用數(shù)控加工設備和自動化裝配線，可以實現(xiàn)門窗零件的精確加工和快速組裝。以MES為產(chǎn)線大腦，實現(xiàn)自動排產(chǎn)、自動加工、上下料、智能測量、誤差自補償?shù)茸鳂I(yè)全過程的閉環(huán)控制，支持不同材料、不同結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品的混線生產(chǎn)，自動靈活調(diào)整工藝，適應小批量、多品種的生產(chǎn)模式。自動化生產(chǎn)和裝配不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了人為錯誤和浪費，保證了產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量穩(wěn)定性。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù)的應用

智能制造技術(shù)借助物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù)在門窗制造中實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和質(zhì)量控制。通過在關鍵位置安裝傳感器，可以實時監(jiān)測生產(chǎn)過程中的參數(shù)，如溫度、濕度、壓力等，以及產(chǎn)品的質(zhì)量指標。收集到的數(shù)據(jù)可以通過物聯(lián)網(wǎng)平臺傳輸和分析，通過云服務平臺的數(shù)據(jù)分析和算法優(yōu)化，可以及時發(fā)現(xiàn)和糾正生產(chǎn)過程中的問題，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。

4.4 人工智能在門窗制造中的應用

人工智能技術(shù)在門窗制造中的應用也日益重要。在工藝標準化、管理組織化、信息一體化、生產(chǎn)自動化的基礎上，以MES為核心，打造24h可靠的無人值守的智能車間，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程作業(yè)自動化，質(zhì)量可追溯；同時實現(xiàn)互聯(lián)互通以及人機互聯(lián)、機物互聯(lián)、機機互聯(lián)、人人互聯(lián)，最終讓整個工廠變成一個類似人腦一樣的智能系統(tǒng)，自動響應用戶個性化訂單。利用機器學習和深度學習算法，可以實現(xiàn)生產(chǎn)資源的智能分配和調(diào)度，優(yōu)化生產(chǎn)流程和資源利用效率。人工智能還可以通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析和模式識別，預測制品的畸變率和缺陷率，提前采取措施來提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。

4.5 其他創(chuàng)新技術(shù)的突破

除了上述技術(shù)，智能制造還可以融合其他創(chuàng)新技術(shù)來推動門窗制造的突破。例如，3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)門窗的快速制造和個性化定制；光固化技術(shù)可以實現(xiàn)高精度的光學元件制造；材料表面處理技術(shù)可以改善門窗的耐久性和外觀質(zhì)量。通過集成和應用這些創(chuàng)新技術(shù)，可以進一步提高門窗制品在生產(chǎn)、設計、制造工藝和材料方面的突破，推動門窗行業(yè)向智能化和高品質(zhì)化發(fā)展。

5 智能制造在門窗行業(yè)中的應用案例分析

智能制造在門窗行業(yè)的應用涉及門窗的設計與制造、質(zhì)量控制、供應鏈管理、售后服務等各個環(huán)節(jié)。米蘭之窗品牌創(chuàng)立于1999年，是集自主研發(fā)、系統(tǒng)化智能生產(chǎn)為一體的高端科技系統(tǒng)門窗公司，是中國鋁包木門窗國家標準的制定者，國家建筑系統(tǒng)門窗技術(shù)導則的編寫者[1]。該公司現(xiàn)已形成北京、河北、山東三大運營基地。產(chǎn)品遍及全國，并出口美國和歐洲市場。米蘭之窗山東智能制造基地于2014年立項，2015作為中國首個工業(yè)4.0系統(tǒng)鋁包木窗智能化生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。2021年，米蘭之窗再度開啟門窗智能制造新紀元，首個系統(tǒng)鋁合金窗工業(yè)4.0智能化生產(chǎn)線也正式開機。米蘭之窗在生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制、供應鏈管理和售后服務等方面全方位實現(xiàn)了智能制造。

5.1 智能化門窗應用于生產(chǎn)實踐的案例

以米蘭之窗山東基地鋁合金車間和鋁包木車間的智能化設計與生產(chǎn)為例，在鋁合金車間，米蘭之窗山東基地引入了最新的4.0鋁合金生產(chǎn)線，用德國的KLAES軟件和設備連線，使用戶訂單通過軟件可以直接和生產(chǎn)設備對接，解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)方式效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量無法保證和人工成本不斷增加等問題。該生產(chǎn)線采用智能鋸切、智能分揀機加工、智能物料分揀和智能指示燈料車等先進技術(shù)。智能鋸切系統(tǒng)由智慧大腦控制，實現(xiàn)了無需紙質(zhì)數(shù)據(jù)的啟動程序，只需輸入數(shù)據(jù)即可進行切割。僅需兩人操作，大大提高了工作效率。該系統(tǒng)還具備自動完成送料、切割和出料的功能，能夠一次性處理多個型材，機械手可適應鋁材切割的水平和垂直方向。同時，智能鋸切系統(tǒng)配備了防錯機構(gòu)和自動報警功能，保證了工作的準確性和安全性。該生產(chǎn)線設備精度可參見表1。

表1 智能制造門窗生產(chǎn)設備精度表

此外，生產(chǎn)線還采用了環(huán)保設計，配備了自動排屑機和集塵系統(tǒng)，提高了工作效率。鋁合金車間的智能分揀機系統(tǒng)根據(jù)二維碼標識掃描型材所屬部位，并自動分配給機器人進行加工，實現(xiàn)了智能化加工。而智能物料分揀和智能指示燈料車系統(tǒng)則通過機器人完成銑型打孔和中挺的加工，并利用指示燈將零件輸送到料車上進行組裝，避免了人工錯誤分類。

在鋁包木車間，采用先進的生產(chǎn)設備和工藝，實現(xiàn)了高品質(zhì)的鋁包木門窗制造。主要設備包括德國原裝進口的數(shù)控優(yōu)化備料線，具有自動上料，優(yōu)化切割和四面刨光等功能，有效提高了生產(chǎn)效率和材料利用率。此外，還采用了自動注膠機、自動壓木機等設備，實現(xiàn)了鋁包木門窗的自動化制造。

總的來說，通過引入先進的智能制造技術(shù)和設備，實現(xiàn)了全自動智能化流水式生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，擺脫內(nèi)部工序混亂、產(chǎn)品堆積的局面，這些創(chuàng)新和實踐不僅推動了企業(yè)的發(fā)展，還為整個行業(yè)樹立了榜樣，展示了智能制造在門窗行業(yè)的巨大潛力和應用前景。

5.2 智能制造在門窗質(zhì)量控制、供應鏈管理、售后服務等方面的應用案例

米蘭之窗的智能制造生產(chǎn)基地，在數(shù)字化運營平臺將ERP、MES、SRM、CRM、PDM等軟件應用于制造的實踐上，推動制造裝備之間、產(chǎn)線、車間、工廠的數(shù)字化信息快速流動和廣泛應用，以期使企業(yè)在質(zhì)量控制、供應鏈管理和售后服務等方面的能力有效最大提升。通過自動化生產(chǎn)設備的有序運作，提高生產(chǎn)效率、實現(xiàn)高效批量化規(guī)模生產(chǎn)的同時，其數(shù)字化管理、大數(shù)據(jù)分析為優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和管理模式提供了便捷，使資源利用率得以提高、資源能耗得以降低，在產(chǎn)品生產(chǎn)端實現(xiàn)智能制造體系的搭建，以智能化生產(chǎn)助推綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

首先，在質(zhì)量控制方面，米蘭之窗生產(chǎn)基地的產(chǎn)品制造過程質(zhì)量控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，員工通過智能數(shù)據(jù)中心的質(zhì)量管理模塊，可以隨時檢查車間內(nèi)實時的產(chǎn)品產(chǎn)能和品控情況，運用制造系統(tǒng)質(zhì)量狀態(tài)評測指標體系，實時判斷車間不合格品、不合格品原因、故障停機臺時、車間設備完好率、設備利用率等，并實時進行質(zhì)量特性管理、數(shù)據(jù)采集、控制圖分析、異常原因處理、過程能力分析等，保證產(chǎn)品制造加工過程的穩(wěn)定性。通過數(shù)據(jù)挖掘和分析可以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的瑕疵和問題，及時調(diào)整制造流程。通過參考在制品信息，可以更靈活的制定或者變更生產(chǎn)計劃，減低損耗，達到精益生產(chǎn)的目的，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，同時減少了人工成本。依靠智能控制技術(shù)，該企業(yè)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)和高品質(zhì)，同時滿足了市場上多維化和個性化的需求。

其次，從供應鏈管理的應用來看，米蘭之窗采用企業(yè)資源計劃系統(tǒng)ERP構(gòu)建了一個數(shù)字化的門窗供應鏈管理系統(tǒng)，以信息化為手段，將企業(yè)所有資源進行整合集成管理，即企業(yè)的三大流（物流，資金流，信息流）進行全面一體化管理的管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的重組、優(yōu)化和企業(yè)內(nèi)部資源的整合，提供銷售管理、采購管理、倉庫管理與存貨核算的集成應用，使得企業(yè)構(gòu)建高效的基礎供應鏈管理體系，形成整體綜合優(yōu)勢，能夠快速響應市場，獲取效益的最大化。該系統(tǒng)從客戶下單到款項清算整個過程，全程在線化，可根據(jù)訂單、生產(chǎn)、安全庫存等情況自動生成采購建議，可根據(jù)行業(yè)預設多種材料類型如：型材、玻璃、木方、板材、五金件等等，即裝即用，支持多種常規(guī)出入庫業(yè)務及盤點業(yè)務，支持與條碼管理相結(jié)合，大幅降低錄入工作量，可追溯物流，也可以透過系統(tǒng)交流信息，可提供外購、估價、自制、其他入庫的成本核算功能，采購費用自動分攤，可大幅提升行業(yè)生產(chǎn)效率，并減少生產(chǎn)和運營成本，并減少了傳統(tǒng)模式下個別業(yè)務環(huán)節(jié)的流失和外漏，從而為企業(yè)節(jié)約了管理成本和時間。

再次，將智能制造技術(shù)應用于售后服務中。通過智能傳感器和數(shù)據(jù)分析，可以監(jiān)測門窗的性能和使用情況，并提供定期維護和遠程故障診斷，實現(xiàn)設備故障的提前預警和遠程運維，以確保客戶的門窗系統(tǒng)始終處于良好狀態(tài)。米蘭之窗的設備故障遠程診斷系統(tǒng)實現(xiàn)對門窗啟停記錄、狀態(tài)變更、運行日志及裝備/設備運行初始值設置等運行情況記錄，對運行工作進行全面和規(guī)范的管理；同時實現(xiàn)對設備及裝置運行過程的跟蹤；并且實現(xiàn)對設備故障和缺陷及時發(fā)現(xiàn)、監(jiān)控、識別、快速處理以及故障分析等的閉環(huán)管理。通過大數(shù)據(jù)分析，建立各設備中傳感器的異常檢測模型，從而通過輸出異常得分，輸入行業(yè)專家?guī)欤瑥亩治龀龉收铣梢颍褂脩艋蛘吖灸芗皶r排除故障，可以提前發(fā)現(xiàn)門窗故障和損壞，進而進行預警和修復，提高了售后服務質(zhì)量和效率，同時降低了售后服務成本并提高了客戶滿意度。

6 結(jié)論

通過對智能制造在門窗行業(yè)中的應用前景、傳統(tǒng)門窗制造存在的問題以及智能制造技術(shù)在門窗制造中的突破進行研究，得出以下結(jié)論。

（1）智能制造在門窗行業(yè)中具有巨大的應用前景，可以提高生產(chǎn)效率、降低成本，并實現(xiàn)個性化定制。

（2）傳統(tǒng)門窗制造存在流程繁瑣、效率低下以及質(zhì)量難以保證等問題，制約了行業(yè)的發(fā)展。

（3）智能制造技術(shù)在門窗制造中的突破包括數(shù)字化設計與模擬、自動化生產(chǎn)與裝配、物聯(lián)網(wǎng)和傳感技術(shù)的應用、人工智能的應用，以及其他創(chuàng)新技術(shù)的突破。

綜上所述，智能制造對于門窗行業(yè)具有重要意義。通過采用智能制造技術(shù)，門窗制造企業(yè)可以提高生產(chǎn)效率、降低成本，并滿足消費者個性化需求。然而，為了實現(xiàn)智能制造的全面應用，企業(yè)需要加強技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，政府和相關機構(gòu)也應提供支持和推動政策。只有充分發(fā)揮智能制造的優(yōu)勢，門窗行業(yè)才能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，并迎接未來的挑戰(zhàn)。