论智能制造的发展与智能工厂的实践

王俊文

[摘    要]我国近年来经济快速发展，我国为实现从制造大国到制造强国的转变，需要制造业不断进步和实现可持续的发展，并且必须要对智能技术在制造业的应用中进行实践。文章对智能制造的内涵进行论证，阐述我国智能制造的发展和规划，从技术方面对智能制造工厂的框架进行分析，并对智能制造的实际情况进行详细的介绍。

[关键词]智能制造;发展;智能工厂;实践

[中图分類号]F424;F49 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–00–02

[Abstract]With the rapid economic development of our country in recent years， the manufacturing industry has realized the transformation from a large manufacturing country to a strong manufacturing country. Continuous progress and sustainable development are needed， and the application of smart technology in manufacturing must be practiced. Demonstrate the connotation of smart manufacturing， elaborate the development and planning of smart manufacturing in my country， analyze the framework of smart manufacturing factories from the technical aspect， and give a detailed introduction to the actual situation of smart manufacturing.

[Keywords]smart manufacturing; development; smart factory; practice

1 智能制造概念的产生和发展

（1）在20世纪90年代，信息化技术已得到了快速的发展，中国制造的产品销往世界各地，围绕高效制造的新概念和新的技术不断的出现。以这样的时代为背景，新型的人工智能技术得到了孕育，并通过一系列的技术手段和措施实现了智能技术的不断向前发展。研发出了制造领域的智能单元和系统，并将其结合成了智能的单元系统的集成，智能制造系统就被广泛地使用到制造产业当中。

（2）也就在这个时期，欧盟集体进行了EUREKA的跨国研究计划，并对智能制造在基础问题方面进行了大力的研究支持。作为科技强国的日本也在此时进入了智能制造行业领域，并在1990年推出了名为“智能制造系统IMS”的国际合作的研究计划，邀请了很多的国际同行参加，并投入了大量的经费来进行100个与此相关的项目的前期研究。有行业专业认为当时日本倡导的合作计划实施并没有成功，处在智能技术和制造产业的初级阶段，无法对制造系统的需求进行有效的满足。

（3）最近几年，信息技术对人工智能提供了很大的帮助，因此人工智能在我国取得了飞跃发展。2018年，我国政府开启了《新一代人工智能发展规划》，对新一代的智能技术提出了发展的新要求，人工智能技术和新一代的信息技术广泛应用到制造企业中。“十三五”时期，我国实行了智能制造工程的展示，工信部专家在此时对智能制造做出了新的定义，把智能制造定义为“智能制造是基于新一代信息技术与先进制造业的深度融合，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节、具有信息深度自感知、智慧优化自决策、竞争控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称”。权威认为智能制造是以工厂为载体，以关键的制造智能的运行数据进行端到端的智能生产活动。

2 当前主要工业国家智能制造相关发展规划

（1）工业领域中广泛地应用了物联网、工业机器、人工智能等一些新技术。先进制造业是全球工业大国争抢的重要领域。为了抢占先机，我国在2015年进行了“中国制造2025”的发布，对制造业强国的举措进行了大力的实施。与此同时，全世界的制造业大国也相应地出台了与制造相关的战略规划，比如德国的工业4.0计划、日本的智能5.0计划、韩国制造的创新3.0战略等。

（2）新一代的信息技术和制造业的深度结合已经在“中国制造2025”中明确提出，这是智能制造的前进方向。同时还对十年的制造业强国方案设计了行动纲领，其中指出智能制造是需要重点实施的工程，紧紧围绕智能制造的行动纲领进行了展开工作，国家工信部与财政部联合制定了智能制造的计划书，大力推进智能制造的示范工程，发布智能制造工程在实施过程中的行动指南，对工程的主要内容指明了方向，并同时引导对智能制造的有关核心技术进行了研发，并利用智能示范工程进行了实践。

（3）2008年出现了世界性的金融危机，对先进制造业的发展被美国推上了国家战略的高度，进行了伙伴计划的实施。通用电气提出了“工业互联网”概念，这是互联网和工业革命进行高度融合的变革。它将实体的制造业与虚拟的数字网络进行了有效的连接，对其有效信息进行了交换，对生产系统进行了科技的创新。这样的创新创造出了很多的创业机会，对美国的先进制造业的持续提升起到了一定的保障，在新一轮科技革命中占据了主导地位。

（4）对于2013年德国提出的工业4.0战略来说，其主要内容分为三部分：

①实现智能工厂，实现对生产设施的网络化设施，对智能化的生产流程和智能设备进行重点的研究;

②实现“智能生产”，实现生产现场可视化和透明化，主要在智能化的生产过程、人机协调性和各种软件的应用方面进行了重点的研究。

③实现“智能物流”，主要内容是整合网络资源和物流资源，对互联网、物流网络技术、物联网等一些有用的资源进行了有效的整合，来进行物流效率的有效提高。德国提出的工业4.0技术特别注重智能化技术和中小型制造企业的生产技术的应用及创新。倡导GPS（“信息物流系统”）融入云计算和物联网，创造自动操作的智能生产系统，以这样的工业技术革新来确保德国在世界工业领先地位的持续。

（5）2015年日本發布的“机器人新战略”，主要提出三大战略方面目标：

①生产、学术、官方进行三方合作，创建世界机器人的创新基地，采用厂商和用户的对接机会激发创新，对下一代的智能人才进行重点培养，紧接着进行下一代的新技术研发。

②建设世界第一的机器人应用国家，主要在服务业、制造业、农业和公共的基础设施的建设等方面推行机器人技术，不断采用机器人的新技术进行环境方面的改善。

③迈向领先于世界的机器人时代，制定机器人在大数据、物联网时代下机器人数据采集、自律性和物联网方面制定国际标准。在第二年又接着发布了科技的基本振兴计划，提出了智能社会5.0的概念。

（6）在韩国，2014年发布了“制造业创新3.0战略”，并提出到2020年要进行1万家智能工厂的打造，设立了咨询服务、教育服务和支持注册资金等方式来配合智能工厂的创建。借用信息科技领域的优势，来对智能制造进行信息技术和制造业的高度融合，以此来进行制造业的在智能程度的提升，来推进制造业的整体水平及能力。

3 智能工厂的总体技术架构

（1）“中国制造2025”明确地提出了智能制造的实施策略，智能制造技术是其中五项重大工程中的一个，智能制造要借助智能工厂为实施基础，快速地实现自动化、柔性化、高度智能化和个性定制化的专业生产技术，设置科学的制造生产流程，进行实际的生产操作，以此来实现工业生产对市场需求的快速响应，满足市场需求的个性化和定制化生产。

（2）生产车间是生产中的中间执行层，主要负责生产计划的安排、生产中的执行、物料的管理、资源的管理和现场的管理的模式。以制造执行系统（MES）为基础来实施生产过程的管控。为了保证制造的智能部门顺利地完成生产计划，统一进行制造计划的分发和实现现场的信息资源进行一致的协调和管理。MES可以在底层工业网络的基础之上对现场的工作状态进行及时获取，生产实物和相关的生产记录信息进行及时的反馈，可以对现场管理中的管理人员和操作人员进行跟踪当前的制作资源状态进行调控，完成生产在执行过程中的有效管控。主要运用的是高级计划与排成系统（APS）、显示终端的大屏幕（PCT）和设备的集成控制系统（RPC）等。

（3）生产资源属于现场设备层的内容，它包含的内容是：工业机器人、数控加工中心和加工生产等一些生产必需的设备，建立在全集成自动化理念（TLA）基础之上的自动化是其生产的核心，广泛地采用总线技术来控制现场管理，同时实现各种智能信息进行及时交换，并利用编程控制器（PLC）和工业的控制软件对现场生产过程中的智能设备完成其协调控制工作，同时还需要操作人员和机械共同协同作业，自动化的灵活性和稳定性就在自动化的生产过程中展现出来了。

（4）例如，武汉华中数控公司就研发了自主的数控平台，公司联合了华中科技大学的国家研究中心对制造设备的数字化进行了合作研究，自主创建了智能工厂并申请了自主知识产权。其智能工厂的技术框架分为主要的四层架构，包括智能的决策层、智能的执行层（MES）、智能的传感层和智能的设备层，经过工厂大数据的中心平台进行集成的分析操作。如图1所示，CAPP作为辅助工业的设计系统，主要对其辅助工艺进行设计;RFID是无线射频，对其电子标签进行有效的识别;CNC是数控机床系统;AGV是自动导航车，负责其导航系统;RGV是轨道导航车系统。

4 国产智能制造工厂实践与应用

（1）以制造强国战略为导向，广东劲胜集团和华中数控进行联合，进行了我国首批智能制造的试点项目的实践工作，是一种对移动终端的金属加工进行智能制造的新模式。这个项目主要对手机、平板（PAD）等数字终端所采用的金属零件进行加工制造，已经完成项目实施和验收通过，是我国首个国产化的智能示范型工厂，它是离散型的智能制造的教科书产业，可以为后续的一些企业提供参考。

（2）广东劲胜集团的智能工厂规划方案对我国的国产数控机床、国产工业软件和国产机器人技术进行了有效的工厂实践，创建了一个我国自主知识产权的集成系统。这个智能工厂规划了十条专业的智能生产线，并对智能生产线进行了高效的配置。主要包括：180台可高效运行的数控中心，来进行手机的金属复杂零件加工;72台华速机器人来进行数控机床的配套，进行物料的自动上下流水线操作;15台导航小车来进行物料的运输。这些设备系统的集成构建，采用云数据为基础进行数控平台的大数据集成进行运动。MES软件对制造的执行完成了管控的工作，同时为PLM软件提供进行连接的交互接口。这样，产品的研发和制造的效率得到了很大的提高。

5 结束语

站在技术的角度，制造业已经成为未来数字化发展的重要行业，实现了新一代的信息技术和制造业的高度结合。绿色环保的概念是中国制造的前进方向。国家的大力度举措和技术的发展必将促进智能制造和相关人才的发展。

参考文献

[1] 佚名.《智能制造发展规划（2016—2020年）》发布[J].机械制造，2017，55（1）：35.

[2] 工业和信息化部装备工业司.《中国智能制造绿皮书》（2017）》正式发布[J].机械制造，2018（8）：56.

[3] 周佳军，姚锡凡，刘敏，等.几种新兴智能制造模式研究评述[J].计算机集成制造系统，2017，23（3）：624-639.