程心遠(yuǎn)

(上海理工大學(xué),上海 200093)

基于德國(guó)工業(yè)4.0背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的影響探討

程心遠(yuǎn)

(上海理工大學(xué),上海 200093)

德國(guó)工業(yè)4.0的戰(zhàn)略部署與實(shí)施,影響并有力推動(dòng)了世界范圍內(nèi)的工業(yè)大變革.本文基于德國(guó)工業(yè)4.0背景下,探討了《中國(guó)制造2025》的實(shí)際推進(jìn)與實(shí)施情況,剖析其對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的積極影響,并對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討.

德國(guó)工業(yè)4.0;機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動(dòng)化行業(yè);影響

近年來(lái),隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展與完備,機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化行業(yè)在此大背景下,呈現(xiàn)出較快的發(fā)展勢(shì)頭,有力推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、高速、穩(wěn)健發(fā)展.當(dāng)前,工業(yè)制造行業(yè)的發(fā)展已有較大程度提升,但隨著行業(yè)內(nèi)需求、要求的日趨多元化,對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造提出了更高且更加多樣的要求,為了能夠較好的滿足此要求,需積極采取各種有效方法與措施,最大化提升機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化水平.

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)概述

機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化作為一種綜合技術(shù)學(xué)科,涉及各種工業(yè)機(jī)械裝備與機(jī)電產(chǎn)品的全程(設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行控制、維護(hù)等).機(jī)械被人們形象的稱(chēng)之為quot;工程之母quot;,大到幾萬(wàn)噸甚至十幾萬(wàn)噸的巨輪,小到電話、手表或兒童玩具等,高精到航天飛機(jī)、機(jī)器人技術(shù)等,普通到曲別針、日常生活用品等,在社會(huì)領(lǐng)域內(nèi),幾乎全部行業(yè)均需要機(jī)械技術(shù)與制造.近年來(lái),我國(guó)大型工業(yè)呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭,社會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造人才的實(shí)際需求不斷增加,機(jī)械類(lèi)人才已成為行業(yè)的急需型人才.

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在工業(yè)設(shè)計(jì)與制造方面,伴隨互聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的影響與變革,當(dāng)今云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高新技術(shù)的發(fā)展與完善,產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)臨至.從全球角度總體來(lái)看,發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始借助這些關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì),展開(kāi)自身機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化行業(yè)的高速、穩(wěn)健、持續(xù)化發(fā)展.在發(fā)達(dá)的歐洲,德國(guó)結(jié)合機(jī)械行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨向及自身實(shí)際,率先提出了quot;工業(yè)4.0quot;戰(zhàn)略概念,并期望以此來(lái)更好、更加全面的探索未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)的新方向、新路徑.我們應(yīng)關(guān)注到,伴隨工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)之間的持續(xù)、高度融合,計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、軟件、信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的持續(xù)交織程度的加深,由此便產(chǎn)生了新的、充滿個(gè)性化與智能化的虛擬網(wǎng)絡(luò),即quot;實(shí)體物理系統(tǒng)quot;.在美洲,美國(guó)政府還提出了符合機(jī)械行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨向的新策略與口號(hào),如quot;能源互聯(lián)網(wǎng)quot;、quot;再工業(yè)化quot;等,這有力推動(dòng)著美國(guó)工業(yè)發(fā)展.另外,美國(guó)啟動(dòng)了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的諸多計(jì)劃,比如quot;先進(jìn)制造業(yè)quot;等;在亞洲地區(qū),韓國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家?jiàn)^起直追,在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)取得了許多成就.不僅在工業(yè)機(jī)器人方面,在各領(lǐng)域得到普及,而且還在持續(xù)提升自身的智能化程度.對(duì)于我國(guó)而言,我國(guó)明確提出quot;中國(guó)制造2025quot;的發(fā)展戰(zhàn)略,這一戰(zhàn)略被外界視為中國(guó)版的工業(yè)4.0.因德國(guó)工業(yè)4.0在具體形式、整體框架上,與我國(guó)工業(yè)發(fā)展格局與未來(lái)趨勢(shì)相一致,因而可借鑒德國(guó)在工業(yè)發(fā)展,尤其在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)發(fā)展中的有益經(jīng)驗(yàn),推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)更好、更快的發(fā)展.

3 基本特征

(1)工業(yè)4.0,互聯(lián)為其突出主題.在工業(yè)4.0架構(gòu)中,quot;連接quot;為其不變的主題,在社會(huì)體系中,幾乎囊括全部客戶(hù)、供應(yīng)商、生產(chǎn)線與設(shè)備等.工業(yè)4.0與當(dāng)前乃至今后的工業(yè)發(fā)展趨向相符,將各種通信設(shè)施、嵌入式終端設(shè)備、傳感器及智能控制系統(tǒng)融合在一起.然后利用信息物理系統(tǒng),組合成一個(gè)系統(tǒng)更加強(qiáng)大、更為智能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu),使物理世界與數(shù)字世界間、各種生產(chǎn)設(shè)備間、產(chǎn)品與生產(chǎn)設(shè)備間,均能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,利用互聯(lián)網(wǎng)高效、快速的傳播特性,使系統(tǒng)、工作部件、機(jī)器等更加高效的運(yùn)作與生產(chǎn),保持?jǐn)?shù)字信息的持續(xù)融合.

(2)針對(duì)智能工廠而言,作為現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展驅(qū)動(dòng)下的全新階段,將基于數(shù)字化工廠,運(yùn)用各種設(shè)備監(jiān)控技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等,強(qiáng)化服務(wù)與信息管理.更加全面、深入、準(zhǔn)確的了解與掌握產(chǎn)銷(xiāo)流程,提升整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的高效化與可控性,將生產(chǎn)線中的人工操作與干預(yù)降至最低.還能對(duì)各種生產(chǎn)線數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的采集,對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃即生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行合理編排,通過(guò)各種智能系統(tǒng)、綠色智能手段的應(yīng)用,建立一個(gè)環(huán)境舒適、高效節(jié)能的人性化、和諧化工廠.在整個(gè)工業(yè)4.0架構(gòu)中,智能工廠為其精髓所在.

(3)工業(yè)4.0時(shí)代,機(jī)器人、大數(shù)據(jù)技術(shù)及各類(lèi)軟件為其助力.在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,機(jī)器人不僅能夠較好滿足多樣化的生產(chǎn)需求,而且還能改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,減輕人力勞作,能夠使生產(chǎn)程度變得更加快速、高效.另外,基于工業(yè)4.0背景下,機(jī)器人將更加智能化,無(wú)論是在機(jī)器人之間,還是人與機(jī)器之間,均能夠?qū)崿F(xiàn)溝通,能夠利用海量的數(shù)據(jù)信息,判斷生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種情況,及時(shí)作出處理與調(diào)整.

此外,為推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的健康、持久發(fā)展,軟件與大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用必不可少.所以,高效化應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)與理念,有利于推動(dòng)工業(yè)4.0更好、更快的發(fā)展.

4 發(fā)展策略

(1)發(fā)揮工業(yè)4.0的導(dǎo)向作用,要學(xué)會(huì)放眼世界,深化自身認(rèn)識(shí),擴(kuò)展思維深度,緊跟世界潮流與國(guó)家政策方向.當(dāng)前,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài),只有緊跟工業(yè)4.0理念下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展趨向,并與自身實(shí)際相結(jié)合,方能做到與工業(yè)4.0相一致,才能為企業(yè)更好發(fā)展、為行業(yè)健康發(fā)展,去制定模式、鋪平道路、指明方向.

(2)以工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)為自身的發(fā)展標(biāo)尺,制定更加標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展進(jìn)程,實(shí)時(shí)分享工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化所帶來(lái)的有益經(jīng)驗(yàn).實(shí)現(xiàn)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化,不僅是建設(shè)智能工廠的基礎(chǔ)前提,還是推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化行業(yè)符合德國(guó)工業(yè)4.0要求的重要內(nèi)容.在工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造中,只有先實(shí)現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化,才能使生產(chǎn)的產(chǎn)品可追溯、可移植,在貨期與質(zhì)量方面才能更好控制,因而能夠促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的高效化、優(yōu)質(zhì)化,因此,在德國(guó)工業(yè)4.0的大背景下,只有始終遵行合理、規(guī)范的原則體系,以其引導(dǎo)為導(dǎo)向,才能更好地推動(dòng)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化行業(yè)的深入、系統(tǒng)化發(fā)展.

5 發(fā)展趨勢(shì)

(1)數(shù)字化設(shè)計(jì).目前,無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)技術(shù),還是計(jì)算機(jī)技術(shù)、工業(yè)制作技術(shù),均得到較快發(fā)展,而在此大背景下,只有實(shí)現(xiàn)三者的有機(jī)結(jié)合,方能更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造.當(dāng)前,在各類(lèi)型制造企業(yè)當(dāng)中,許多已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息傳播,另外,對(duì)于企業(yè)內(nèi)各部門(mén)而言,在彼此的協(xié)調(diào)能力方面,也得到顯著提升.在各種數(shù)字化技術(shù)的有力支撐下,收集產(chǎn)品信息的方法變得更加多樣,方式也更為靈活,信息內(nèi)容更加全面.此外,在實(shí)際生產(chǎn)中,還切實(shí)實(shí)現(xiàn)了仿真化,因而能夠顯著縮短生產(chǎn)時(shí)間與流程,提升整體的生產(chǎn)效率.

(2)低耗能化的生產(chǎn)全程.隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展及工業(yè)革命的持續(xù)推進(jìn),或多或少的會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)污染與影響,另外,資源的大量使用,使得各類(lèi)資源變得更為短缺,甚至有枯竭風(fēng)險(xiǎn).尤其是在工業(yè)4.0要求和諧化發(fā)展的背景下,人們?cè)诎l(fā)展工業(yè)時(shí),尤其是發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化行業(yè)時(shí),需特別注重環(huán)境保護(hù)問(wèn)題,因此,在今后的發(fā)展道路上,低能耗及保護(hù)環(huán)境是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì).比如針對(duì)機(jī)械制造業(yè)當(dāng)中所使用的材料,不管是回收使用,還是消除處理,均需做到環(huán)保與低能耗.此外,在選擇某一項(xiàng)新的機(jī)械設(shè)計(jì)或技術(shù)時(shí),已不再單純性的強(qiáng)調(diào)或考慮效率性,而是更加注重低能耗.因此,這不僅與工業(yè)4.0時(shí)代要求相符,而且還滿足我國(guó)國(guó)情需要與未來(lái)發(fā)展需要.

6 結(jié)語(yǔ)

綜而觀之,從原本的中國(guó)制造發(fā)展至中國(guó)智造,乃是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的本質(zhì)目標(biāo).在工業(yè)4.0的發(fā)展背景下,持續(xù)推動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級(jí),深化同德方的交流與合作,結(jié)合各方面有利因素,借鑒工業(yè)4.0所帶來(lái)的發(fā)展機(jī)遇與方向,將有利于推動(dòng)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化行業(yè)的更好、更快發(fā)展.

[1]劉英, 趙茂程, 單玉霞等. quot;中國(guó)制造2025quot;引領(lǐng)下的案例教學(xué)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程, 2016, 45(12):100-103.

[2]朱言亮. 機(jī)械制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展方向探究[J]. 工程技術(shù):全文版, 2015(12):00265-00265.

[3]張曙. 工業(yè)4.0和智能制造[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2014(8):1-5.

TH122;TH16

A

1671-0711(2017)11(下)-0185-02