晁偉鵬 丁雷

摘 要：自德國(guó)的“工業(yè)4.0”，美國(guó)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和中國(guó)的“中國(guó)制造2025”提出以來(lái)，智能制造，柔性制造，個(gè)性化定制，智能工廠，云工廠等新概念如雨后春筍般破土而出。近年來(lái)在大數(shù)據(jù)，人工智能的推動(dòng)下，黑燈工廠，AI芯片，自動(dòng)駕駛等亦逐步落地，給行業(yè)帶來(lái)了顛覆性變化。本文試圖從制造業(yè)底層角度淺析生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息化的必要性和重要性，以及對(duì)智能制造的簡(jiǎn)單分析和暢想。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；信息化；工業(yè)4.0；智能制造

1、自動(dòng)化、信息化生產(chǎn)的基本模式

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，中國(guó)的人口紅利逐漸消失，人力成本高企，企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)壓力加大，幾年前以富士康為首的制造業(yè)企業(yè)就提出機(jī)器換人的口號(hào)，以機(jī)械臂或者機(jī)器人代替生產(chǎn)工人，按照生產(chǎn)工藝的要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行流水線布局，使工件在各個(gè)工序之間自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)自動(dòng)加工，這種自動(dòng)化生產(chǎn)模式對(duì)于產(chǎn)品加工具有很大的可控性，且受人為因素影響較少，便于提高生產(chǎn)效率。

在實(shí)際生產(chǎn)中，特別是對(duì)于全工序的生產(chǎn)模式，由于涵蓋了零件加工的完整工藝流程和加工工序，即從接到產(chǎn)品圖紙起的編排工藝到原材料準(zhǔn)備、車銑加工，熱處理，再到后續(xù)的磨削加工，刻字標(biāo)識(shí)，包裝入庫(kù)，以及部分工序的特種加工等，其間無(wú)論是半成品零件的跟蹤，生產(chǎn)進(jìn)度的控制，還是待加工零件的質(zhì)量回溯，以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，都因?yàn)樯a(chǎn)工序復(fù)雜，各工序相互協(xié)調(diào)度高，管理存在巨大困難。

所以在自動(dòng)化生產(chǎn)模式中還需要加入信息化的管理模式。在生產(chǎn)中信息化的管理模式主要在于信息收集和處理，應(yīng)用ERP系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)管理，通過(guò)其數(shù)據(jù)信息共享優(yōu)勢(shì)，企業(yè)不需要通過(guò)人工輸入數(shù)據(jù)、記錄日常工作狀況，而是采用目前較為成熟的條形碼或二維碼標(biāo)識(shí)方法。生產(chǎn)系統(tǒng)在接到生產(chǎn)任務(wù)之后，由圖紙編號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的條形碼/二維碼，這樣產(chǎn)品從開(kāi)始錄入到原料準(zhǔn)備、熱處理、轉(zhuǎn)間直至最后入庫(kù)，各工位只需要對(duì)零件的條形碼/二維碼進(jìn)行識(shí)別確認(rèn)即可，相應(yīng)的信息可同步在電腦終端顯示。管理員可通過(guò)數(shù)據(jù)終端快速查到受監(jiān)控零件的加工位置，工序進(jìn)展程度，入庫(kù)時(shí)間以及即將入庫(kù)數(shù)量。以此可實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)進(jìn)度，有利于生產(chǎn)的調(diào)度與協(xié)調(diào)，提高加工效率，降低產(chǎn)品跟蹤，質(zhì)量回溯的時(shí)間成本。

在以上模式的生產(chǎn)環(huán)境下，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越普遍，然而對(duì)于數(shù)控銑床、加工中心等機(jī)床，其對(duì)零件的裝夾并不能像數(shù)控車床那樣，僅僅通過(guò)三爪卡盤或頂尖就能很方便快捷地進(jìn)行裝夾。這類機(jī)床一般都需要專用夾具，通過(guò)操作者手動(dòng)裝夾零件，比較費(fèi)力，而且裝夾可靠性不強(qiáng)，更重要的是相比于數(shù)控機(jī)床的加工時(shí)間，花費(fèi)在工件位置調(diào)整和裝夾上的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能完全體現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)。

2.自動(dòng)化、信息化產(chǎn)品在線測(cè)量的重要性

產(chǎn)品是以質(zhì)量為生命的，對(duì)于以數(shù)控機(jī)床，自動(dòng)夾具，機(jī)械臂，流水線組成的自動(dòng)化生產(chǎn)線，其初始狀態(tài)的產(chǎn)品質(zhì)量控制還是需要人工進(jìn)行檢測(cè)，這就產(chǎn)生自動(dòng)加工與人工檢測(cè)之間不可調(diào)和的矛盾。高效率的產(chǎn)品加工往往會(huì)因?yàn)槿斯z測(cè)的低效滯后而產(chǎn)生的批量廢品，增加生產(chǎn)成本，同時(shí)隨著生產(chǎn)效率的提高以及個(gè)性化生產(chǎn)的需求，人工檢測(cè)顯然不能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。

以機(jī)器檢測(cè)代替人工檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)測(cè)量，在理論上完全可以實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)同步的產(chǎn)品全檢，百分之百保證產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然受制于技術(shù)的發(fā)展，全檢在具體的生產(chǎn)線中會(huì)有一定困難，但是即使是進(jìn)行抽檢，在檢測(cè)結(jié)果的可靠性，信息反饋的及時(shí)性上也有其不可否認(rèn)的優(yōu)勢(shì)。在產(chǎn)品出現(xiàn)尺寸超差等不符合預(yù)設(shè)值等問(wèn)題時(shí)，測(cè)量設(shè)備會(huì)進(jìn)行報(bào)警并對(duì)前半段生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)停線，如果每個(gè)工位之間有半成品的儲(chǔ)備，那么后半段的生產(chǎn)線可暫時(shí)不受停線影響。

當(dāng)然自動(dòng)化生產(chǎn)線最終的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)—檢測(cè)—反饋—調(diào)整—生產(chǎn)的閉環(huán)，這種閉環(huán)模式在單一數(shù)控設(shè)備上的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，比如軋鋼設(shè)備鋼板厚度的自動(dòng)控制，無(wú)心磨床工件直徑的自動(dòng)控制等。對(duì)于整條生產(chǎn)線而言就較為復(fù)雜，但基本原則還是以產(chǎn)品的關(guān)鍵工序?yàn)橹?，相?yīng)的加工設(shè)備和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行配合，對(duì)每一件加工完成的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果與理論值進(jìn)行比較，并將結(jié)果第一時(shí)間反饋給加工設(shè)備，設(shè)備在加工下一件產(chǎn)品之前對(duì)機(jī)床參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以便更加接近理論值。

這種閉環(huán)模式可稱之為智能化生產(chǎn)線的初始形態(tài)，也是目前較為流行的一種生產(chǎn)線模式。但是這種模式下的生產(chǎn)線所能加工的產(chǎn)品品種較為單一，設(shè)備與設(shè)備之間是預(yù)先設(shè)定好的機(jī)械式銜接，調(diào)整起來(lái)困難較大，且對(duì)于預(yù)設(shè)程序之外的問(wèn)題不能進(jìn)行反饋調(diào)整，遠(yuǎn)達(dá)不到智能化生產(chǎn)，甚至智能工廠的目標(biāo)。

3.對(duì)智能制造的分析和前景的暢想

目前國(guó)內(nèi)，在不同場(chǎng)合都能聽(tīng)到中國(guó)制造業(yè)可以借勢(shì)即將來(lái)臨的第四次工業(yè)革命“彎道超車”，實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造”向“中國(guó)智造”的飛躍。但是必須清楚認(rèn)識(shí)到我國(guó)目前還處在工業(yè)2.0及工業(yè)3.0階段，要盡快地趕上發(fā)達(dá)國(guó)家，關(guān)鍵在于必須集合自身發(fā)展現(xiàn)狀利用技術(shù)創(chuàng)新，通過(guò)服務(wù)于生產(chǎn)制造過(guò)程科學(xué)管理的優(yōu)化和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，從而向消費(fèi)者提供滿足需求的產(chǎn)品。不能只埋頭于技術(shù)的精致，閉門造車，只顧急于“彎道超車”，而熱衷于信息化的提升，投入大量資金搭建時(shí)下流行的各類的信息化系統(tǒng)，導(dǎo)致“信息化”過(guò)量，而“工業(yè)化”基礎(chǔ)不足，企業(yè)管理和產(chǎn)品質(zhì)量并無(wú)顯著改善，遑論“智能制造”。

緊盯在行業(yè)技術(shù)發(fā)展環(huán)境下的客戶需求變化，以此為前提，再結(jié)合自身的制造能力和現(xiàn)狀，采用有助于改善企業(yè)管理，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，有助于企業(yè)實(shí)現(xiàn)“跨越式”發(fā)展的“信息化、智能化”技術(shù)手段。唯有如此，才能在此次技術(shù)革新中既不至于被淘汰，也不至于陷入“智能化”陷阱而在“彎道超車”的過(guò)程中“翻車”。

制造企業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能制造或者說(shuō)工業(yè)4.0，還需要下很大功夫，特別是致力于產(chǎn)品創(chuàng)新和大力提高產(chǎn)品質(zhì)量，夯實(shí)制造基礎(chǔ)，在完成工業(yè)3.0之后，再借助于大數(shù)據(jù)和人工智能，特別是機(jī)器自主學(xué)習(xí)功能。從智能工廠的視角觀來(lái)說(shuō)，將單個(gè)或多個(gè)有序組合的加工設(shè)備和測(cè)量設(shè)備作為一個(gè)加工單元，其所有的信息均存儲(chǔ)于車間的“大腦”，即中央處理中心，每個(gè)加工單元相互獨(dú)立且統(tǒng)一由中央處理中心進(jìn)行調(diào)配。根據(jù)所要加工的產(chǎn)品特點(diǎn)自主選擇加工路線和加工單元，并對(duì)加工過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行收集分析處理，實(shí)現(xiàn)由一條生產(chǎn)線的閉環(huán)加工到一個(gè)生產(chǎn)車間，甚至一座工廠的閉環(huán)，且擁有自主學(xué)習(xí)的能力，解決簡(jiǎn)單的意外情況。

在相應(yīng)數(shù)據(jù)與外界聯(lián)網(wǎng)之后，或許就達(dá)到了云工廠的目標(biāo)，當(dāng)然要實(shí)現(xiàn)這樣的生產(chǎn)模式，達(dá)到機(jī)器在一定范圍內(nèi)擁有自主決策能力的夢(mèng)想，未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。在現(xiàn)階段生產(chǎn)線的閉環(huán)生產(chǎn)，以及生產(chǎn)線的自主選擇，并依靠信息化而建立起來(lái)的輔助決策系統(tǒng)將是將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)制造業(yè)的主流模式。

智能化的生產(chǎn)本質(zhì)是要將人從簡(jiǎn)單重復(fù)的機(jī)械式工作中解脫出來(lái)，進(jìn)而從事更具有創(chuàng)造性的工作，擴(kuò)大了人的可選擇余地，解放了人。

參考文獻(xiàn)

[1]熊夢(mèng)珂，李臻，蔡沖.信息化背景下制造業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度[J].現(xiàn)代企業(yè)教育.2014年6月，下期：445；

[2]張曙.中國(guó)制造企業(yè)如何邁向工業(yè)4.0[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程.2014年12月，第12期：1-5；

[3]周佳軍，姚錫凡，劉敏，張劍銘，陶韜.幾種新興智能制造模式研究評(píng)述[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng).2017年3月，第23卷第3期：624-639.

作者簡(jiǎn)介

晁偉鵬，（1990，1-），男，漢族，陜西寶雞，從事夾具設(shè)計(jì)與加工（含液壓夾具）。本科，助理工程師。畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)。

（作者單位：陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限責(zé)任公司）