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制造业智能化发展趋势简介

发布时间: 2016-10-28 17:24
【自助终端网讯10月28日讯】制造业智能化发展趋势简介
  制造业国国民经济的基础产业,在国民经济占据重要地位。制造业的发展直接影响到我国国民经济的发展,影响到国计民生和国防建设。放眼全球,智能化科技极大地改变着制造业。制造业特别是机械制造业正在全方位地走向智能化。

  1.我国机械制造业现状

  当前,我国制造业总体技术水平较低。产品自主开发能力和研究创新能力相对薄弱。研制开发资金投入欠缺。企业技改力度不足。制造技术落后、生产资料等基础配套跟不上等一系列因素影响到产品的质量和产品智能化水平的提高。同时,产品的开发与生产工艺的有机配合不够。这大大影响到产品的使用效果。

  中国机械制造业也有其专长优势,譬如中国市场不断增长所带来的机遇远远大于其他国家。旺盛的地区需求促进着中国制造行业的快速发展。同时,中国劳动力使用成本相对低。中国加入WTO后,与国外发达制造企业的合作更加日益频繁,取长补短,在竞争中寻求共同发展的市场空间。这大大促进中国制造业的快速发展,逐步缩小与欧美等一些发达国家之间的差距。

  2.智能制造的内涵

  讲到智能制造离不开两个词:制造和智能。“制造”有广义与狭义之分,有时候它特指加工环节,有时候则是包括市场分析、产品设计、工艺分析、生产过程、管理营销、售后服务等在内的产品全生命周期。“智能”则是指“人工智能”。“智能制造”是两者的结合,它泛指智能制造技术和智能制造系统。

  什么叫智能制造?我们尝试给出定义:面向产品的全生命周期,以新一代信息技术为基础,以制造系统为载体,在其关键环节或过程,具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通讯与协调控制能力,能动态地适应制造环境的变化,从而实现某些优化目标。首先它是面向产品全生命周期,而不只是狭义的一部分。其次,它是以新一代的信息技术为基础,去发展信息化制造。第三,它是以智能制造系统为载体,制造系统是一个相对的概念,小到单台设备,大到一个企业、企业联盟都可以叫做制造系统。第四,要求在其关键环节或过程,具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通讯与协调控制能力,能动态地适应制造环境的变化。这是其区别于“自动化制造系统”和“数字化制造系统”的根本地方。

  智能化的概念目前仍相当模糊,而且一般智能化常会与自动化混淆。两者最主要的差别在于自动化只是单纯的控制,智能化运动化则是在控制端加上数据挖掘。采集后的数据必须能无缝传送到后端数据库。管理系统再依据数据库的信息,分析、制定出正确决策,而这些决策同时也赋予自动化设备与以往不同的功能。

  “智能制造”应该说不是一个新概念了。早在上个世纪80年代,国际上就已经有了智能制造的专著。从90年代中期到2010年左右,将近15年的时间,较少有人去谈智能制造。但到了2011年后突然爆发。从2012年的“工业互联网”到2013年的“工业4.0”,再到去年的“中国制造2025”,它们的主题都是“智能制造”。

  3.智能化技术发展趋势

  制造业智能化技术的愿景与发展趋势是整合物料、能源、设备,资金、技术、信息和人力等一系列制造资源,通过先进的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过程生产出高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多、规格全的产品。

  3.1高速高精度高效化

  现代化机械制造技术发展的方向之一是精密加工、超精密加工技术、微型机械。精密加工、超精密加工技术包括:精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加上(如机械化学研磨,超声磨削和电解抛光等)。目前,纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术等领域得到了应用。纳米技术促进了机械科学、光学科学、测量科学和电子科学的发展。而超精密加工技术正朝着纳米技术发展。譬如美国1997年首次制造出直径仅为60μm的静电微型电机,以及几十微米的微型齿轮、弹簧及微型机构。武汉大学研制成纳米级超微电极,将其插入活体细胞后首次测出细胞内部神经递质的动态信息。这些事例表明,纳米技术与微型机械会逐渐成为21世纪的核心技术,机械制造业智能化技术将迎来微型机械电子技术和微型机器人的高速高精度高效化时代。

  3.2自动化智能化

  近几十年来自动化技术的发展与应用,大大提高了生产效率,保证了产品质量。同时一些先进的机械设备可以代替人去完成危险场合的工作。机械制造业早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境,其作用主要是如何实施调度任务,确保任务在规定期限内完成。而自动化智能化则是用计算模型实现人类的各种智能行为的技术,让实时系统和人工智能相互融合起来,向能够实时响应、具有智能行为、更加复杂的应用领域发展。

  3.3柔性化

  随着科学技术的飞速发展,人民生活水平逐步提高。人民对物质生活的需要要求现代企业产品不断换代升级。企业产品需要具备一定的生产柔性以满足市场多变的需要。柔性的概念就是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力。它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务,完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。柔性制造自动化的形式很多,譬如美国提出的敏捷制造(AM),其主线就是高柔性生产。机械制造业的智能柔性化采用模块化设计,功能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求,能依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的效能。

  3.4工艺复合性多轴化

  机械制造业智能化正在向工艺复合性多轴化发展,主要目是增强复合加工,即减少生产环节、生产工序、生产辅助时间。譬如某一台数控机床的智能化加工,把工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀,旋转主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工。

  4.智能化技术功能发展方向

  制造业应用自动化系统由来已久,但在竞争日趋激烈的市场环境中,自动化必须进一步提升为智能化。加速“中国制造”向“中国创造”转变,智能制造是不二选择。工业机器人、无人工厂、3D打印等一系列新理念不断冲击着企业家的思维。在企业转型升级的压力之下,联姻智能化,贴上高科技的标签,期待制造业华丽转身成新一代的“高富帅”。

  4.1向用户界面图形化发展

  用户界面的概念是通过数控系统来实现与使用者之间的对话接口。图形化用户界面比较直观,操作也更简单。大多情况下,用户只需要通过鼠标的单击就能完成任务,计算机系统会以窗口或者对话框的形式显示相应信息。图形化用户界面是个统称,其包括许多元素,如图标,窗口,菜单,对话框等。图形用户界面大大方便了非专业人士的使用。操作工人可以通过窗口和菜单进行操作,实现了蓝图编程和快速编程,三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

  4.2向科学计算可视化发展

  科学计算可视化的基本概念是运用计算机图形学或者一般图形学的原理和方法,将科学与工程计算等产生的大规模数据转换为图形、图像,以直观的形式表示出来。可视化技术可用于CAD/CAM,如自动编程设计,参数自动设定,刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示,以及加工过程的可视化仿真演示。它涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉,计算机辅助设计及图形用户界面等多个研究领域,已成为当前计算机图形学研究的重要方向,科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据,使信息交流不再局限于用文字和语言表达,而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合,进一步拓宽了应用领域,如无图纸设计、虚拟样机技术等,这对缩短产品设计周期、提高产品质量,降低产品成本具有重要意义。因此,科学计算可视化是机械制造业智能化发展的重要方向。

  4.3向高性能PLC与多媒体技术结合应用发展

  PLC是可编程逻辑控制器,用于控制机械的生产过程。高性能PLC控制模块,可直接用高级语言编程,具有直观的在线调试和在线帮助功能,用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改,极大方便用户建立自己的应用程序。而多媒体技术集计算机,声像和通信技术于一身,让计算机具有综合处理声音,文字、图像和视频信息的功能。在智能化机械制造业中,应用多媒体技术可以做到信息处理综合化,对实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的作用。

  4.4向集成化发展

  高度集成化CPU,RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片等控制系统,大大提高了制造业智能化的性能,同时LED平板显示技术,具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。制造业智能化控制系统向集成化发展是将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度,减少互连长度和数量来降低产品价格,改进性能,减小组件尺寸,大大提高了系统的可靠性。

  4.4.1模块化

  模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把系统划分成若干模块的过程,有多种属性,分别反映其内部特性。每个模块完成一个特定的子功能,所有的模块按某种方法组装起来,成为一个整体,完成整个系统所要求的功能。模块具有以下几种基本属性:接口、功能、逻辑、状态。功能,状态与接口反映模块的外部特性。逻辑反映它的内部特性。在系统的结构中,模块是可组合、分解和更换的单元。制造业智能化采用硬件模块化,能够提高数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求,将基本模块,如CPU、存储器,位置伺服,PLC、输入输出接口、通讯等模块,做成标准的系列化产品,通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减,构成不同档次的数控系统。

  4.4.2网络化

  网络化是指利用通信技术和计算机技术,把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备互联起来,按照一定的网络协议相互通信,以达到所有用户都可以共享软件、硬件和数据资源的目的。网络通讯技术的迅速发展和普及,给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计,物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外,网络通讯技术的快速发展加速技术信息的交流,加强产品开发的合作和经营管理的学习。近几年计算机联网使计算机的实际效用得到大大的提高。制造业智能化采用网络化可实现远程控制和无人化操作。企业生产人员通过联网,对加工产品进行编程、设定、操作、运行。网络化推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。

  5.大数据驱动制造业迈向智能化时代

  “人类正从IT时代走向DT时代。”************************************创始人马云在各种场合都不遗余力地推销自己的观点。信息社会已经进入了大数据(BigData)时代。大数据的涌现改变着人们的生活与工作方式,也改变着制造业企业的运作模式。

  5.1制造业也处于一个数据爆炸的时代

  近年来,随着互联网、物联网、云计算等信息技术与通信技术的迅猛发展,数据量的暴涨成了许多行业共同面对的严峻挑战和宝贵机遇。随着制造技术的进步和现代化管理理念的普及,制造业企业的运营越来越依赖信息技术。如今,制造业整个价值链、制造业产品的整个生命周期,都涉及到诸多的数据。同时,制造业企业的数据也呈现出爆炸性增长趋势。

  制造业企业需要管理的数据种类繁多,涉及到大量结构化数据和非结构化数据。

  (1)产品数据:设计、建模、工艺、加工、测试、维护数据、产品结构、零部件配置关系、变更记录等。

  (2)运营数据:组织结构、业务管理、生产设备、市场营销、质量控制、生产、采购、库存、目标计划、电子商务等。

  (3)价值链数据:客户、供应商、合作伙伴等。

  (4)外部数据:经济运行数据、行业数据、市场数据、竞争对手数据等。

  随着大规模定制和网络协同的发展,制造业企业还需要实时从网上接受众多消费者的个性化定制数据,并通过网络协同配置各方资源、组织生产,管理更多各类有关数据。

  5.2大数据构成新一代智能工厂

  消费需求的个性化,要求传统制造业突破现有生产方式与制造模式,对消费需求所产生的海量数据与信息进行大数据处理与挖掘。同时,在进行这些非标准化产品生产过程中,产生大量的生产信息与数据需要及时收集、处理和分析,以指导生产。

  这两方面大数据信息流最终通过互联网在智能设备之间传递,由智能设备进行分析、判断、决策、调整、控制并继续开展智能生产,生产出高品质的个性化产品。可以说,大数据构成新一代智能工厂。

  智能工厂中的大数据,是“信息”与“物理”世界彼此交互融合所产生的大数据。大数据应用将带来制造业企业创新和变革的新时代。在以往传统的制造业生产管理的信息数据基础上,通过物联网等带来的物理数据感知,形成“工业4.0”时代的生产数据的私有云,创新了制造业企业的研发、生产、运营、营销和管理方式。这些创新,给制造业企业带来了更快的速度、更高的效率和更敏锐的洞察力。

  6.结束语

  制造业智能化技术是现代技术和工业创新的集成,是国家制造业水平的重要标志,更是国家工业的基础和支柱。因此,我们应当了解和重视制造业智能化技术的发展趋势,使我国现代制造业与世界发达国家站在同一起跑线上。出处:航天惯性导航软件
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