本刊記者 張?bào)忝?/p>
在《中國(guó)制造2025》中,智能制造被定位為中國(guó)制造的主攻方向。加快機(jī)械、航空、船舶、汽車、輕工、紡織、食品、電子等行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化改造,提高精準(zhǔn)制造、敏捷制造能力。統(tǒng)籌布局和推動(dòng)智能交通工具、智能工程機(jī)械、服務(wù)機(jī)器人、智能家電、智能照明電器、可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
毫無(wú)疑問(wèn),智能制造是實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)成為制造強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵之一。就目前而言,我國(guó)汽車工業(yè)尤其在乘用車、卡車領(lǐng)域智能制造已經(jīng)初具雛形,全自動(dòng)和半自動(dòng)流水線作業(yè)已經(jīng)普及并且廣泛運(yùn)用在各個(gè)工藝制造流程上。與之相比,我國(guó)的專用汽車制造領(lǐng)域,離智能制造還相差甚遠(yuǎn),那么我們究竟離智能制造還有多遠(yuǎn)呢?
智能制造(Intelligent Manufacturing,IM)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng),它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng),諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事,去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新,擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化方面。
據(jù)介紹,智能化是制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。在制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都可以廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度、故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方、生產(chǎn)調(diào)度等,實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合解決特別復(fù)雜和不確定的問(wèn)題。
從廣義概念上來(lái)理解,CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))、敏捷制造等都可以視作是智能自動(dòng)化的例子。除了制造過(guò)程本身可以實(shí)現(xiàn)智能化外,還可以逐步實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)、智能管理等,再加上信息集成,全局優(yōu)化,逐步提高系統(tǒng)的智能化水平,最終建立智能制造系統(tǒng)。這或?qū)⑹菍?shí)現(xiàn)智能制造的一種可行途徑。
目前國(guó)際較先進(jìn)的制造模式有多智能體(Multi-Agent)系統(tǒng)和整子系統(tǒng), 除此之外,還有生物制造、綠色制造、分形制造等模式。制造模式主要反映了管理科學(xué)的發(fā)展,也是自動(dòng)化、系統(tǒng)技術(shù)的研究成果,它將對(duì)各種單元自動(dòng)化技術(shù)提出新的課題,從而在整體上影響到制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。
中國(guó)制造2025源自于德國(guó)工業(yè)4.0,作為中國(guó)建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的總體戰(zhàn)略,確定了“以體現(xiàn)信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線”的發(fā)展方向,要開(kāi)始并逐步實(shí)現(xiàn)由要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變,由低成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)向質(zhì)量效益競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變,由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變。然而,向工業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型并沒(méi)那么容易,需要具備雄厚的產(chǎn)業(yè)規(guī)模、優(yōu)化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、良好的質(zhì)量效益,以及持續(xù)的發(fā)展能力。根據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示,在主要工業(yè)化國(guó)家的制造業(yè)綜合指數(shù)分布中,中國(guó)還處在第三方陣。
“工業(yè)4.0”被德國(guó)人視為“第四次工業(yè)革命”,其前提是在工業(yè)自動(dòng)化基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)從機(jī)器傳感器到因特網(wǎng)通訊的無(wú)縫對(duì)接,生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)自我診斷、自我修正和功能最大化程序變得更加智能,以更好地輔助工人完成生產(chǎn)。
之所以德國(guó)政府要將“工業(yè)4.0”視為面向未來(lái)的一項(xiàng)高科技戰(zhàn)略工程,并表現(xiàn)出高度重視和極力推動(dòng)。有專家認(rèn)為,其原因在于“工業(yè)4.0”給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)的巨大利益:首先是保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。德國(guó)制造業(yè)目前已經(jīng)在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。通過(guò)發(fā)展“工業(yè)4.0”,德國(guó)將繼續(xù)發(fā)揮并保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其次是可以靈活制造?!肮I(yè)4.0”讓整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程透明化,企業(yè)可以隨時(shí)掌握生產(chǎn)情況,并能及時(shí)反應(yīng)、快速調(diào)整生產(chǎn)流程。再有,能夠滿足私人定制?!肮I(yè)4.0”可以滿足客戶的定制要求。還有,利于發(fā)揮創(chuàng)新能力?!肮I(yè)4.0”給德國(guó)中小企業(yè)提供了更為廣闊的空間,有利于充分發(fā)揮企業(yè)的創(chuàng)新能力。最后,它能夠解決勞動(dòng)力問(wèn)題。德國(guó)社會(huì)老齡化問(wèn)題嚴(yán)重。智能工廠的生產(chǎn)簡(jiǎn)易化以及智能生產(chǎn)輔助系統(tǒng),為延長(zhǎng)工作壽命提供了可能,我國(guó)社會(huì)老齡化現(xiàn)象同樣嚴(yán)重。
取適量硬化漿體壓碎,用無(wú)水乙醇中止水化,在瑪瑙研磨并過(guò)0.08 mm的篩,在105 ℃烘干后準(zhǔn)確稱量試樣約1 g(精確至0.1 mg),質(zhì)量記為m0,然后在數(shù)控式高溫爐中以10 ℃/min速率升溫至1 050 ℃恒溫30 min,取出放入干燥器中冷卻稱量;之后再在1 050 ℃下加熱15 min并冷卻稱量;如此反復(fù),直到前后2次質(zhì)量差小于0.5 mg,結(jié)束實(shí)驗(yàn),最后一次試樣的質(zhì)量記為m1 050 ℃,每組試樣做3次平行試驗(yàn),取其平均值。硬化漿體非蒸發(fā)水量通過(guò)式(22)計(jì)算得到
通過(guò)德國(guó)先進(jìn)的“工業(yè)4.0”,我們可以看到,智能制造將給我國(guó)的汽車制造帶來(lái)全新的革命性的變化。其中,最為顯著的特點(diǎn)是全新的智能生產(chǎn)流水線代替了大量的人工操作,操作變得更簡(jiǎn)單、具象化,而對(duì)于生產(chǎn)而言,生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,生產(chǎn)就簡(jiǎn)化為對(duì)模塊化零件的排列組合。因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)過(guò)程中勞動(dòng)力成本是主要成本之一,而勞動(dòng)力不可避免地會(huì)出現(xiàn)流失的情況,無(wú)論是跳槽還是人員老化等。標(biāo)準(zhǔn)化的好處是有利于將技術(shù)和知識(shí)固化到生產(chǎn)工藝中,有效避免技術(shù)人才流失對(duì)企業(yè)所造成的沖擊。
在《中國(guó)制造2025》中,智能制造被定位為中國(guó)制造的主攻方向,這在一定程度上說(shuō)明我國(guó)機(jī)械行業(yè)智能制造水平還較低,有待進(jìn)一步發(fā)展,而在專用汽車制造領(lǐng)域里,智能制造水平更是亟待提高。
眾所周知,我國(guó)專用汽車行業(yè)內(nèi)企業(yè)多是民營(yíng)企業(yè),規(guī)模小、企業(yè)實(shí)力不強(qiáng),再加上專用汽車本身的特點(diǎn)產(chǎn)品品種多、個(gè)性化定制等,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度極低。唐山開(kāi)元機(jī)器人系統(tǒng)有限公司營(yíng)業(yè)部副部長(zhǎng)趙嘉告訴記者,我國(guó)專用汽車行業(yè)存在的這些問(wèn)題,對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能制造或者設(shè)計(jì)出一條智能化流水線而言,非常不利,因?yàn)楫a(chǎn)品千變?nèi)f化,各個(gè)電腦程序也需要重新設(shè)定,造成了更高的開(kāi)發(fā)成本。
據(jù)趙嘉介紹,一條智能化流水線比普通流水線造價(jià)更高。其中,為了保證特定結(jié)構(gòu)件的全套程序順利走下來(lái),需要數(shù)控設(shè)備等全套工裝配套配合使用,軟件和硬件相互配合才能確保產(chǎn)品制造過(guò)程中的精準(zhǔn)性,以及相比人工高得多的工藝水平。趙嘉認(rèn)為,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度太低以及結(jié)構(gòu)件全套程序不完整這兩大問(wèn)題得不到很好的解決,那么我國(guó)專用汽車智能制造只能緩慢推進(jìn)。
我國(guó)專業(yè)為專用汽車生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)制造焊割設(shè)備的水泊焊割設(shè)備有限公司銷售副總趙偉也告訴記者,智能制造是未來(lái)的發(fā)展方向,目前我國(guó)專用汽車行業(yè)也已經(jīng)逐步往這方面發(fā)展,企業(yè)對(duì)智能化流水線的需求開(kāi)始增多。但是,就目前國(guó)內(nèi)智能化流水線的研發(fā)和生產(chǎn)者而言,存在著理論設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用沒(méi)有很好結(jié)合的問(wèn)題,也就是說(shuō)當(dāng)用戶提出對(duì)生產(chǎn)線的要求時(shí),按照設(shè)計(jì)理論能夠達(dá)到其要求,但是在實(shí)際運(yùn)用中其加工精度、裝備精度和要求存在一定差距,無(wú)法滿足更高的精度要求。目前某一個(gè)工位的智能化生產(chǎn)可以完全實(shí)現(xiàn),但是整條流水線要實(shí)現(xiàn)智能化很難。
趙偉告訴記者,“在加工手段上來(lái)看,有時(shí)候數(shù)控機(jī)床達(dá)到的精度反而更高些。智能化流水線要在國(guó)內(nèi)正式全面推廣還需要一定時(shí)日?!?/p>
據(jù)了解,國(guó)內(nèi)某知名專用汽車企業(yè)集團(tuán)欲建立智能化流水線,開(kāi)元公司的智能焊接機(jī)器人以及相關(guān)流水線參與了招投標(biāo)。據(jù)趙嘉介紹,這種智能化流水線是在主要焊接工位上運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行更高精度的焊接,其他物流程序則通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備完成,與此同時(shí),在軟件上將對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理,對(duì)故障進(jìn)行管理和處置,以及監(jiān)控生產(chǎn)線設(shè)備,還有對(duì)部品進(jìn)行經(jīng)手。軟件和硬件相互結(jié)合,達(dá)到降低管理人員數(shù)量和工人工作量,實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率的目的。
據(jù)悉,這種提高焊接工藝的智能化流水線,目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的工程機(jī)械、橋梁制造、煤礦行業(yè)上大量使用,開(kāi)元的2 000多個(gè)智能焊接機(jī)器人已經(jīng)為徐工、柳工、中聯(lián)重科等國(guó)內(nèi)大型工程機(jī)械公司服務(wù)。不管是在工程機(jī)械還是在橋梁工程領(lǐng)域或者是煤炭領(lǐng)域,這些智能機(jī)器人都發(fā)揮了它在焊接制造工藝上無(wú)人能及的高超水平。
趙嘉也告訴記者,由于智能化流水線投資巨大,目前只能寄希望于有實(shí)力的專用汽車生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行投入,在有一定的示范作用后再逐步進(jìn)行推廣。當(dāng)然,這個(gè)生產(chǎn)流水線將具體根據(jù)產(chǎn)品和廠家的需求進(jìn)行設(shè)計(jì),需要達(dá)到怎樣的自動(dòng)化程度包括員工的參與度等具體要求,來(lái)減少人工焊接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接,實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程的高精度和避免出現(xiàn)焊接偏差。
盡管如此,專家一致認(rèn)為,智能制造在專用汽車行業(yè)目前還僅僅處于起步階段,僅僅是一個(gè)發(fā)展方向。針對(duì)目前我國(guó)專用汽車行業(yè)的制造水平,從人工操作到半自動(dòng)生產(chǎn),再到目前有些工藝工裝的全自動(dòng)制造,中國(guó)的專用汽車制造在幾十年的發(fā)展過(guò)程已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化,要實(shí)現(xiàn)智能制造我們尚需一段時(shí)日。那么,下個(gè)世紀(jì)我國(guó)專用汽車行業(yè)會(huì)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化嗎?我們的答案也只能是,在遙遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)實(shí)現(xiàn)。如果只是在企業(yè)的某個(gè)局部環(huán)解實(shí)現(xiàn)智能化,而又無(wú)法保證全局的優(yōu)化,則這種智能化的意義是有限的。