1、工業(yè)4.0下智能制造的思考【論文摘要】智能化制造是我國制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。工程機(jī)械行業(yè)是為國家基 礎(chǔ)建設(shè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是裝備制造業(yè)中最重要的 子行業(yè)，屬于國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的領(lǐng)域之一，其制造技術(shù)的發(fā)展能夠 充分帶動(dòng)裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和技術(shù)進(jìn)步，是國家綜合實(shí)力的集中體 現(xiàn)。同時(shí)，工程機(jī)械面對(duì)市場經(jīng)濟(jì)、參與全球競爭，先進(jìn)的制造技術(shù) 已成為企業(yè)的核心競爭力。在全球科技革命的大背景下，德國提出的工業(yè)4.0正在成為引領(lǐng) 工業(yè)化發(fā)展的新趨勢(shì)，“工業(yè)4.0”是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工 業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法，與中國政府大力提倡的新型工業(yè)化不 謀而合。裝備制造業(yè)是國家的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，而神九又是

2、裝備制造業(yè)的龍頭企 業(yè)，做大做強(qiáng)中國制造業(yè)是神九肩負(fù)的歷史使命。運(yùn)用信息技術(shù)對(duì)制 造業(yè)進(jìn)行升級(jí)，建立先進(jìn)的制造和管理系統(tǒng)，通過智能化的設(shè)備參與 高端市場競爭，則是神九贏得市場競爭的不二法門。關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0信息技術(shù)智能制造一、問題界定工程機(jī)械行業(yè)是一個(gè)多品種、中批量、按訂單生產(chǎn)的離散型的技 術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，它的生產(chǎn)兼具大規(guī)模流水線制造與個(gè)性化定制的特 點(diǎn)。每種產(chǎn)品都有一定的銷量，但又不是很大；有些產(chǎn)品需要特別定 制，但模塊化的程度又不高。在汽車行業(yè)中，一個(gè)工廠一年達(dá)到10 萬臺(tái)的生產(chǎn)量只需要生產(chǎn)兩三個(gè)型號(hào)，而在工程機(jī)械行業(yè)，可能需要 生產(chǎn)幾十甚至上百種型號(hào)的產(chǎn)品。這樣一來，從物料管理、生產(chǎn)安排

3、、 物流倉儲(chǔ)，對(duì)管理能力的要求非常高，管理難度成幾何級(jí)上升。另外， 汽車行業(yè)已經(jīng)形成了非常完善的產(chǎn)業(yè)鏈體系，工廠只需要將精力集中 到設(shè)計(jì)和組裝這一塊，零部件交由下游企業(yè)來負(fù)責(zé)。但在工程機(jī)械行 業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈的分工還沒完全形成，企業(yè)不僅要生產(chǎn)整機(jī)，還要管理零 部件研發(fā)制造，監(jiān)督、引導(dǎo)合作的外協(xié)廠商。由此，工程機(jī)械生產(chǎn)制 造的管理難度大是天生的，不管是縱向還是橫向難度都很大。中國是制造大國，如今國內(nèi)外形勢(shì)變化，加上勞動(dòng)力成本上升， 中國工程機(jī)械行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)迫在眉睫。在工業(yè)4.0狀態(tài)下的工程機(jī)械 龍頭企業(yè)的神九，如何應(yīng)用智能化制造技術(shù)提升企業(yè)競爭力已成為當(dāng) 務(wù)之急。二、現(xiàn)狀分析據(jù)今日工程機(jī)械雜志等權(quán)威機(jī)

4、構(gòu)對(duì)國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)智能化 制造水平的全面調(diào)研和評(píng)估，國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)中超過25%的企業(yè)處 于智能化制造的未起步建設(shè)階段，43%的企業(yè)處于智能化制造的單項(xiàng) 覆蓋階段，22%的企業(yè)處于智能化制造的集成提升初期階段或過渡階段，只有不足10%的企業(yè)處于智能化制造技術(shù)較全面突破性應(yīng)用階段。國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)智能化制造技術(shù)應(yīng)用存在以下兩大主要問題：制造裝備自動(dòng)化程度不高。西方發(fā)達(dá)國家都沿襲機(jī)械化、 電氣化、自動(dòng)化的歷程。而中國是趕超型工業(yè)，工業(yè)自動(dòng)化平均水平 嚴(yán)重偏低。制造過程信息化水平不高。許多企業(yè)的信息化系統(tǒng)效果發(fā) 揮不出來，沒能有效集成提升將制造執(zhí)行系統(tǒng)（EMS）與經(jīng)營管理系 統(tǒng)（ERP）整合，智能

5、化缺少基礎(chǔ)?！笆濉币?guī)劃對(duì)工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，柔性 化生產(chǎn)、自動(dòng)化、數(shù)字化等為基礎(chǔ)的智能化制造將成為行業(yè)的新標(biāo)準(zhǔn)。 據(jù)工程機(jī)械周刊預(yù)計(jì)，2015年我國工程機(jī)械行業(yè)固定資產(chǎn)投資 達(dá)1000億元，其中智能化制造方面的投入將高達(dá)300億元。（見圖1）囹卸扼國_|_程機(jī)栩仃業(yè)固在費(fèi)產(chǎn)變莞卷面對(duì)工程機(jī)械行業(yè)整體增速放緩，作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的神九集團(tuán) 銳意創(chuàng)新，著眼于構(gòu)建一個(gè)領(lǐng)先于全球工程機(jī)械行業(yè)的流程信息體 系，以支持神九集團(tuán)在新行業(yè)環(huán)境下的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升在國際市場中 的競爭優(yōu)勢(shì)，并驅(qū)動(dòng)未來的商業(yè)創(chuàng)新。在工業(yè)4.0概念提出來之前，神九一直把智能化制造作為神九制 造領(lǐng)域的一個(gè)核心競爭力。本

6、著樸素的智能化制造的概念，神九集團(tuán) 已經(jīng)打造智能機(jī)械行業(yè)第一個(gè)智能化工廠的樣板。這個(gè)工廠是從ERP 到設(shè)備端的控制以及一體倉庫和自動(dòng)化的物流，包括物流的跟蹤及虛 擬化裝配等，都已經(jīng)集成在一起。但如何更加全面的將智能化落到實(shí) 處，同時(shí)形成行業(yè)示范效應(yīng)，是一個(gè)需要思考的問題。三、目標(biāo)收益針對(duì)工程機(jī)械這個(gè)典型行業(yè)在面對(duì)國內(nèi)市場國際化競爭的殘酷 局面和新技術(shù)、新工藝的挑戰(zhàn)中求得生存和發(fā)展，在工業(yè)4.0環(huán)境下， 通過智能化制造可以解決企業(yè)面臨的TQCS難題，即以最快的上市速 度（T），最好的質(zhì)量（Q），最低的成本（C），最優(yōu)的服務(wù)（S），來滿 足不同顧客的需求。智能化制造將帶來以下三個(gè)方面的收益：智能化

7、制造能提高經(jīng)濟(jì)效益。一是生產(chǎn)效率得到提升，主要產(chǎn)品生產(chǎn)周期將大大縮短；二是產(chǎn) 品質(zhì)量得到提升。由于智能化系統(tǒng)的高進(jìn)度與穩(wěn)定性，避免了人工操 作的隨意性，將極大提高產(chǎn)品質(zhì)量；三是可以使生產(chǎn)成本降低。由于 生產(chǎn)過程各類參數(shù)穩(wěn)定可控，各類生產(chǎn)材料的用量可實(shí)現(xiàn)定額精準(zhǔn)， 有效降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)大量機(jī)器人替代人工，有效降低了運(yùn)行的 人工成本。綜合效益-環(huán)境與職業(yè)健康保護(hù)。大量采用智能化設(shè)備尤其是機(jī)器人設(shè)備具有相當(dāng)大的環(huán)境效益， 員工的職業(yè)健康保護(hù)將有極大改善。切割與焊接全部帶有除塵設(shè)備， 生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境大為改善。噴涂工序?qū)崿F(xiàn)無人化操作，避免職業(yè)傷害。綜合效益行業(yè)示范效應(yīng)。神九集團(tuán)智能化制造的推廣應(yīng)用，不

8、僅將帶動(dòng)神九集團(tuán)自身工 藝技術(shù)裝備和制造能力的提升，也進(jìn)一步引領(lǐng)工程機(jī)械行業(yè)制造技術(shù) 的發(fā)展方向，具有明顯的輻射和示范作用，將極大提升中國工程機(jī)械 產(chǎn)品的國際化競爭能力。四、解決方案下面將從以下三個(gè)方面闡述神九集團(tuán)在智能化制造方面的一些 思路：生產(chǎn)準(zhǔn)備的智能化-虛擬排產(chǎn)；生產(chǎn)過程的智能化-自動(dòng)無 人化生產(chǎn)；生產(chǎn)管理的智能化-信息化平臺(tái)。生產(chǎn)準(zhǔn)備的智能化生產(chǎn)仿真進(jìn)行虛擬生產(chǎn)。全面運(yùn)用計(jì)算機(jī)生產(chǎn)仿真技術(shù)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行全生產(chǎn)過程的虛 擬制造，并根據(jù)生產(chǎn)仿真運(yùn)行的結(jié)果對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，確保 整個(gè)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的均衡和高效，以實(shí)現(xiàn)最低的生產(chǎn)成本和最高 的生產(chǎn)效率。數(shù)字化設(shè)計(jì)進(jìn)行投產(chǎn)準(zhǔn)備。利用工件

9、3D模型等相關(guān)信息和表面三維特征等信息數(shù)據(jù)，通過 軌跡規(guī)劃仿真、離線編程技術(shù)，可自動(dòng)輸出機(jī)器人直接用來焊接作業(yè) 的程序文件，縮短投產(chǎn)準(zhǔn)備期，同時(shí)提高設(shè)備有效利用率和減少編程 工作量(圖2)。囹2仿真軌跡規(guī)劃及高編蝙程生產(chǎn)過程的智能化自動(dòng)化、無人化生產(chǎn)過程：整個(gè)制造的過程從切割成型焊接-噴涂-物流配送全面實(shí)現(xiàn)。1）切割加工過程自動(dòng)化。精細(xì)等離子切割工業(yè)機(jī)器人，具有運(yùn)動(dòng)精度高、重復(fù)定位精度高， 動(dòng)態(tài)過程自動(dòng)檢測，具有離線編程、路徑規(guī)劃、系統(tǒng)仿真功能；并帶 有切割工藝數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)過程信息、質(zhì)量信息和數(shù)字化車間 管理系統(tǒng)無縫連接功能（圖3）。2)自動(dòng)套排料及切割機(jī)聯(lián)網(wǎng)管理。其中包括：實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入生

10、產(chǎn) 訂單，動(dòng)態(tài)自動(dòng)排料，對(duì)程序?qū)崿F(xiàn)規(guī)范化編制，規(guī)范化存儲(chǔ)，規(guī)范化 管理；采集設(shè)備利用狀態(tài)信息，設(shè)備生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)間。提供遠(yuǎn)程監(jiān)測手 段；統(tǒng)計(jì)、分析、測評(píng)數(shù)控設(shè)備利用效率，自動(dòng)計(jì)算，生產(chǎn)報(bào)告等（圖 4）。圖4聯(lián)網(wǎng)管理4）焊接過程數(shù)字化設(shè)計(jì)-形成自動(dòng)化生產(chǎn)線。自動(dòng)生產(chǎn)線有計(jì) 算機(jī)控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)倉庫、物流系統(tǒng)、自動(dòng)上下料系統(tǒng)、多臺(tái)機(jī)器人 焊接系統(tǒng)等組成；實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)線的自動(dòng)化。5）柔性激光切割生產(chǎn)線。柔性激光切割線由計(jì)算機(jī)CAD/CAM 編程系統(tǒng)、立體倉庫、物流系統(tǒng)、自動(dòng)上下料系統(tǒng)、多臺(tái)平面激光切 割機(jī)系統(tǒng)、成品分揀系統(tǒng)組成；其中，生產(chǎn)線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了從上料、 切割、到分揀成品全過程的無人化自動(dòng)操作；切割

11、程序自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了 切割程序網(wǎng)絡(luò)傳輸自動(dòng)化，訂單自動(dòng)分配、自動(dòng)報(bào)工；切割精準(zhǔn)化可 使激光切割機(jī)定位精準(zhǔn)度高，重復(fù)定位精度高，實(shí)現(xiàn)了覆蓋件精準(zhǔn)高 速切割（圖5）。圖5噴涂線機(jī)器人噴漆系統(tǒng)。14自由度噴涂系統(tǒng)機(jī)器人具有運(yùn) 動(dòng)精度及重復(fù)定位精度高的特點(diǎn)，與涂裝線、積放鏈輸送系統(tǒng)協(xié)同控 制實(shí)現(xiàn)噴涂過程的無人化。具有離線編程、路徑規(guī)劃、系統(tǒng)仿真等功 能；并具有涂裝工藝數(shù)據(jù)庫和設(shè)備智能接口，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的智能 化(圖6)。圖6物料自運(yùn)管理系統(tǒng)。其中包括：使用物料識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) 了采購物料的全自動(dòng)入庫管理及出庫管理；物料信息自動(dòng)掃描；數(shù)據(jù) 信息自動(dòng)上傳MES系統(tǒng)；物料出庫后自動(dòng)移庫。8)自能化物流配送系統(tǒng)由

12、集成WCS系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)、多臺(tái)AGV小車、積放式物料托盤滾筒輸送線、物料自動(dòng)掃描系統(tǒng)組成；AGV智能物流配送系統(tǒng)從軌道貨盤自動(dòng)掃描，由信息系統(tǒng)對(duì)物料進(jìn)行 排隊(duì)，按照生產(chǎn)節(jié)拍對(duì)裝配線配送點(diǎn)進(jìn)行物料的五人定點(diǎn)準(zhǔn)確配送， 全面替代人工配送（圖7）。9）智能化在線檢測系統(tǒng)。在線監(jiān)測技術(shù)研究及應(yīng)用彌補(bǔ)了對(duì) 整機(jī)性能無法把握的局面，根據(jù)數(shù)據(jù)變化自動(dòng)判斷潛在系統(tǒng)故障，代 替了以經(jīng)驗(yàn)判斷問題的方法；通過MES數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，可定期收集液壓、 制動(dòng)、動(dòng)力、傳動(dòng)等各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行系統(tǒng)分析。10）多臺(tái)加工中心組成LPP生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)。生產(chǎn)線 由數(shù)控加工中心+多工作臺(tái)站+自動(dòng)輸送車+多套工藝裝備等單元組 成。

13、具有計(jì)算機(jī)加工控制系統(tǒng)、大容量自動(dòng)換刀系統(tǒng)、刀具自動(dòng)檢測、 零件自動(dòng)找正功能，有效的支撐和保證了自動(dòng)化數(shù)控生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了 24小時(shí)無人化生產(chǎn)。生產(chǎn)線的柔性化可以滿足多產(chǎn)品多品種、小批 量的生產(chǎn)。適應(yīng)新產(chǎn)品試制并能迅速擴(kuò)大新產(chǎn)品生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)老產(chǎn)品 加工的保持有繼承和兼容能力（圖8）。生產(chǎn)管理的智能化。1）制造信息技術(shù)平臺(tái)。技術(shù)平臺(tái)是智能化制造基礎(chǔ)，有硬件與軟件共同支撐，需通過不斷改進(jìn)提升效果（圖9）。物理房執(zhí)行層計(jì)劃房決策房網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線自動(dòng)化設(shè)備 一：業(yè)機(jī)器人數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備管理制造執(zhí)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集能耗管理計(jì)劃與產(chǎn)能分析物料需求計(jì)劃供應(yīng)與物潦管理產(chǎn)梢需求匚面客戶關(guān)系管理企業(yè)強(qiáng)源計(jì)劃商務(wù)智能數(shù)據(jù)挖掘與分析預(yù)算管理2）信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)。智能化制造關(guān)鍵是打通物理層與計(jì)劃層的數(shù)據(jù)鏈，并建立基于業(yè)務(wù)邏輯的控制與作業(yè)調(diào)度體系（圖10）。3）生產(chǎn)管理向供應(yīng)商推進(jìn)?，F(xiàn)代競爭從傳統(tǒng)的產(chǎn)品競爭轉(zhuǎn)向 營運(yùn)體系的競爭，綜合表現(xiàn)為創(chuàng)新能力、成本控制、綜合服務(wù)能力、 市場保障等；將供應(yīng)商納入制造信息系統(tǒng)管理，是提升制造能力的必 要手段（圖11）。五、結(jié)論在工業(yè)4.0新環(huán)境下，面