導(dǎo)語(yǔ)：智能制造技術(shù)在傳統(tǒng)制造業(yè)的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：河北作為工業(yè)大省，傳統(tǒng)制造業(yè)技術(shù)水平低于南方發(fā)達(dá)省份，且高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)所占比重較大，創(chuàng)新能力一般。在《中國(guó)制造2025》政策指導(dǎo)下，中央和河北省政府大力推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，推廣智能制造技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用，已取得顯著成果，成功探索出一條智能化、綠色化、服務(wù)化的發(fā)展之路。

關(guān)鍵詞：河北；制造業(yè)；升級(jí)轉(zhuǎn)型；智能制造

1河北省制造業(yè)現(xiàn)狀

隨著京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的提出，旨在促進(jìn)整個(gè)區(qū)域協(xié)同發(fā)展，給河北的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。作為華北地區(qū)經(jīng)濟(jì)和人口大省，擁有豐富的礦產(chǎn)資源、農(nóng)業(yè)資源和扎實(shí)的工業(yè)基礎(chǔ)，孕育了完整的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。河北的鋼鐵、汽車(chē)、制藥、化工等傳統(tǒng)工業(yè)占全國(guó)比重較大，存在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、企業(yè)創(chuàng)新能力一般、高能耗、高污染、低附加值問(wèn)題[1-3]，因此在全國(guó)激烈的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。2015年，國(guó)務(wù)院出臺(tái)《中國(guó)制造2025》規(guī)劃明確指出“與世界先進(jìn)水平相比，我國(guó)制造業(yè)仍然大而不強(qiáng)，在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面差距明顯，轉(zhuǎn)型升級(jí)和跨越發(fā)展的任務(wù)緊迫而艱巨”[4]。河北加快傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)任務(wù)迫在眉睫。在新一輪工業(yè)革命中，以“數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化技術(shù)”與“先進(jìn)制造技術(shù)”為背景支持的智能制造技術(shù)具有強(qiáng)大的生產(chǎn)力，對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)提供巨大的驅(qū)動(dòng)力，引發(fā)生產(chǎn)模式、發(fā)展理念深刻變革。河北政府搶抓歷史機(jī)遇，大力推廣智能制造戰(zhàn)略，探索出一條智能化、綠色化、服務(wù)化的發(fā)展之路[5-7]。

1.1智能化

智能制造的核心是制造，在制造鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)均體現(xiàn)出智能化的特點(diǎn)，主要落實(shí)在智能生產(chǎn)、智能產(chǎn)品和智能服務(wù)三個(gè)子系統(tǒng)上，三個(gè)子系統(tǒng)彼此間相互聯(lián)系、相互促進(jìn)：智能生產(chǎn)是智能產(chǎn)品的物化過(guò)程；智能產(chǎn)品是智能服務(wù)的載體，也是評(píng)價(jià)智能制造性能優(yōu)劣的對(duì)象；智能服務(wù)是智能產(chǎn)品的延伸。

1.2綠色化

綠色化是在充分考慮產(chǎn)品的資源利用率和環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)之上，使其對(duì)生態(tài)的負(fù)面影響達(dá)到最小化，甚至為零。產(chǎn)品綠色化從最初模型設(shè)計(jì)、材料選擇、加工流程、包裝運(yùn)輸，到客戶使用、報(bào)廢回收等整個(gè)生命周期均需注重保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的理念，兼顧產(chǎn)品成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與綠色環(huán)保雙贏的結(jié)果。

1.3服務(wù)化

服務(wù)化是指產(chǎn)品功能更加多樣化、個(gè)性化，對(duì)消費(fèi)者的需求進(jìn)行深度挖掘，將產(chǎn)品體驗(yàn)感受放在重要位置，不斷豐富和更新產(chǎn)品功能，并且開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的附加價(jià)值。

2智能制造技術(shù)的應(yīng)用

2020年受疫情影響，河北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有所放緩，生產(chǎn)總值較去年增長(zhǎng)3.9%，其中第一產(chǎn)業(yè)增加值為3880.1億元，較去年增長(zhǎng)3.2%；第二產(chǎn)業(yè)增加值為13597.2億元，較去年增長(zhǎng)4.8%；第三產(chǎn)業(yè)增加值為18729.6億元，較去年增長(zhǎng)3.3%。第二產(chǎn)業(yè)作為三類(lèi)產(chǎn)業(yè)中增長(zhǎng)幅度最大的產(chǎn)業(yè)，離不開(kāi)裝備制造、鋼鐵、石化、食品、醫(yī)藥、建材、紡織服裝等七大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高端高新產(chǎn)業(yè)的共同作用。在智能制造的助力下，高端高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展極為亮眼。2019年高端高新裝備制造較上一年增長(zhǎng)8.3%：新一代信息技術(shù)產(chǎn)品液晶顯示屏產(chǎn)量較上一年增長(zhǎng)22.7%，集成電路較上一年翻倍；新興交通運(yùn)輸設(shè)備相關(guān)產(chǎn)品新能源汽車(chē)較上一年增長(zhǎng)74.5%，城市軌道車(chē)輛較上一年增長(zhǎng)73.8%；新能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品鋰離子電池較上一年增長(zhǎng)25.6%，太陽(yáng)能電池較上一年增長(zhǎng)25.9%，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組較上一年增長(zhǎng)30.9%；節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)相關(guān)產(chǎn)品環(huán)境監(jiān)測(cè)專(zhuān)用儀器儀表較上一年增長(zhǎng)14.7%，環(huán)境污染防治專(zhuān)用設(shè)備較上一年增長(zhǎng)71.4%。以上增長(zhǎng)數(shù)據(jù)的背后是智能制造技術(shù)在制造業(yè)中扮演了重要角色，發(fā)揮著至關(guān)重要作用，下面分析智能制造技術(shù)在傳統(tǒng)制造業(yè)的典型研究和應(yīng)用。

2.1智能制造中智能機(jī)床的應(yīng)用

智能機(jī)床作為最新一代加工設(shè)備滿足自適應(yīng)柔性和更高效生產(chǎn)的要求，為智能制造注入更強(qiáng)勁的生產(chǎn)力，目前已落戶雄安新區(qū)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。搭載智能數(shù)控系統(tǒng)，在獲取加工對(duì)象以后，自動(dòng)選擇最優(yōu)加速度、轉(zhuǎn)角、平滑度、加工路線等參數(shù)進(jìn)行加工。同時(shí)也對(duì)整個(gè)加工過(guò)程進(jìn)行自身監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)分析周?chē)h(huán)境因素自動(dòng)補(bǔ)償，以保證產(chǎn)品精度。智能機(jī)床的主要優(yōu)勢(shì)有：①優(yōu)越的減振。機(jī)床的加工軸在加速和減速的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，其嚴(yán)重影響加工精度和表面粗糙度等參數(shù)，智能機(jī)床可實(shí)現(xiàn)最大程度抑制振動(dòng)。②采用熱補(bǔ)償。在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使得工件和刀具受溫升而變形，智能機(jī)床可實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償。③智能防撞。在人工誤操作時(shí)，智能機(jī)床可提前檢測(cè)內(nèi)部干涉和撞擊的可能性，并于撞擊前立即停機(jī)，保護(hù)設(shè)備和工件免于碰撞。

2.2智能制造中智能機(jī)器人的應(yīng)用

集仿生技術(shù)、傳感技術(shù)、控制理論、信號(hào)處理等技術(shù)于一身的智能機(jī)器人已在河北省的機(jī)械、汽車(chē)、化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，充分融入智能生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，例如長(zhǎng)城汽車(chē)焊接生產(chǎn)線，采用智能機(jī)械手完成點(diǎn)焊、涂膠、搬運(yùn)等一系列工序。智能機(jī)器人根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的工作環(huán)境和任務(wù)，獲取主動(dòng)感知，執(zhí)行任務(wù)規(guī)劃，自適應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度。降低生產(chǎn)過(guò)程中的人力工作強(qiáng)度，避免危險(xiǎn)環(huán)境對(duì)人體的傷害，極大程度提高了生產(chǎn)效率。

2.3智能制造中機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)是采用視覺(jué)技術(shù)的機(jī)械系統(tǒng)，已成熟應(yīng)用在河北省大中型檢測(cè)線上，完成產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視、產(chǎn)品識(shí)別以及產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)任務(wù)。例如小型零件批量尺寸檢測(cè)、電氣元器件定位安裝、電路板缺陷檢測(cè)[8]。典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)包含圖像采集、圖像處理、圖像分析與識(shí)別、圖像定位與顯示等模塊。利用光學(xué)傳感器獲取產(chǎn)品的圖像或者視頻模擬量，傳遞計(jì)算機(jī)圖像采集卡完成A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號(hào)，可依據(jù)像素的顏色、亮度、灰度、梯度等信息進(jìn)行識(shí)別和判斷，并將分析結(jié)果用于控制機(jī)器設(shè)備動(dòng)作，如圖2所示。機(jī)器視覺(jué)的主要優(yōu)勢(shì)有：①精度高。采用高清晰光學(xué)傳感器搭配合適的光源，檢測(cè)精度可達(dá)萬(wàn)分之一英寸，遠(yuǎn)超人眼識(shí)別極限。②重復(fù)性強(qiáng)。機(jī)器可以重復(fù)性地完成一系列任務(wù)，且不會(huì)出現(xiàn)誤操作，遠(yuǎn)超人體能承受的疲勞極限。③速度快。工業(yè)流水線上選用高頻相機(jī)，可采集快速運(yùn)動(dòng)的物體，且成像質(zhì)量高，不會(huì)出現(xiàn)模糊。④客觀性好。人工檢測(cè)難免受到情緒波動(dòng)影響，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果帶有明顯的主觀性。機(jī)器視覺(jué)能很好地保持客觀檢測(cè)，因此檢測(cè)結(jié)果真實(shí)性強(qiáng)。⑤單位檢測(cè)成本低。雖然機(jī)器視覺(jué)設(shè)備總體成本較高，然而出色的工作效率可替代幾人甚至十幾人的工作量，且能保持長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)工作，因此單個(gè)產(chǎn)品的單位檢測(cè)成本極低。

2.4智能制造中虛擬仿真的應(yīng)用

虛擬仿真開(kāi)始在河北尖端技術(shù)企業(yè)推廣，增強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、分析、處理，最后進(jìn)行仿真運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)和全面掌控。該應(yīng)用是以產(chǎn)品的完成生命周期作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，不是單純的生產(chǎn)過(guò)程演示，而是真正意義上的指導(dǎo)管理系統(tǒng)，既可以仿真單臺(tái)工作站產(chǎn)品模擬加工，也可拓展到全廠所有設(shè)備的協(xié)作模擬。該應(yīng)用通常離不開(kāi)企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）的無(wú)縫對(duì)接，即虛擬仿真需要掌握主生產(chǎn)計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃、物料計(jì)劃、能力計(jì)劃、利潤(rùn)規(guī)劃、財(cái)務(wù)報(bào)表、人力資源計(jì)劃等整個(gè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)仿真的準(zhǔn)確性。

2.5智能制造中智慧工廠的應(yīng)用

智慧工廠為河北的能源消耗大、產(chǎn)品利潤(rùn)率的企業(yè)指明了發(fā)展方向，其技術(shù)架構(gòu)如圖3所示[4]。以鋼鐵為例，河北的粗鋼產(chǎn)量連續(xù)十年位居全國(guó)首位。然而面對(duì)嚴(yán)峻的市場(chǎng)價(jià)格形勢(shì)，鋼鐵企業(yè)開(kāi)展了一系列的“智慧生產(chǎn)、節(jié)能減排”舉措取得明顯成效，開(kāi)啟了智慧工廠試點(diǎn)建設(shè)。在智慧工廠中，傳統(tǒng)的電氣控制、儀表控制、燃?xì)饪刂普诒幌冗M(jìn)的一體化智能系統(tǒng)代替，優(yōu)化鋼材設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造工藝和部門(mén)結(jié)構(gòu)管理。鋼企的智慧工廠的主要優(yōu)勢(shì)有：①互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算可以將諸多信息進(jìn)行綜合整理和融合，實(shí)現(xiàn)在線故障診斷和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)。②大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息集成，提供產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)估和異常產(chǎn)品追溯的功能，減少資金占用，提高產(chǎn)品良率。③協(xié)同內(nèi)部各部門(mén)之間的管理，對(duì)原料采購(gòu)、生產(chǎn)加工、銷(xiāo)售經(jīng)營(yíng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，并提供循環(huán)物質(zhì)流、信息流和能量流的流向，做到實(shí)時(shí)管理。

2.6智能制造中無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用

無(wú)損檢測(cè)是在不直接接觸和不損傷檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用聲、光、熱、電、磁等介質(zhì)檢測(cè)產(chǎn)品的表面或內(nèi)部是否存在結(jié)構(gòu)不均勻或者缺陷，同時(shí)給出缺陷的數(shù)量、大小、位置、尺寸、類(lèi)型等信息。①超聲波檢測(cè)。利用頻率20kHz以上的聲波在材料中傳播，遇到不同阻抗界面發(fā)生反射現(xiàn)象，依據(jù)反射波所攜帶的信息，判斷缺陷的各種性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于距離、厚度、液位、流量等參數(shù)的檢測(cè)，如圖4所示。②射線檢測(cè)。利用X射線、γ射線或中子射線通過(guò)物體時(shí)會(huì)發(fā)生吸收和散射，材料中有缺陷會(huì)影響射線的吸收和散射，通過(guò)對(duì)膠片感光分析，對(duì)比底片上有缺陷部位與無(wú)缺陷部位的黑度圖像信息，判斷出缺陷的種類(lèi)、數(shù)量、大小。③磁粉檢測(cè)。預(yù)先磁化待檢測(cè)的工件，利用磁力線穿透鐵磁材料時(shí)，在磁性不連續(xù)處形成漏磁場(chǎng)，然后在磁化的工件表面上撒上合適的干磁粉或者澆注磁懸液，最后觀察磁粉堆積痕跡，檢驗(yàn)工件表面的裂紋、疏松、氣孔和夾雜等缺陷。④滲透檢測(cè)。利用毛細(xì)現(xiàn)象，將溶有熒光染料或著色染料的滲透劑涂抹于試件表面后，滲透劑會(huì)滲入到表面的細(xì)小缺陷中，清除依附在試件表面上多余的滲透劑，經(jīng)干燥處理再施加顯像劑，置于特殊的光源下使得缺陷處的滲透液痕跡被顯示，從而探測(cè)出缺陷的形貌或者分布狀態(tài)。

2.7智能制造中智能CAD的應(yīng)用

智能CAD是人工智能與傳統(tǒng)CAD技術(shù)相融合的新技術(shù)?？山柚鷶?shù)字仿真模擬、有限元分析來(lái)完成數(shù)據(jù)計(jì)算和分析。帶有強(qiáng)大的圖形圖像處理功能，支持二維、三維模型設(shè)計(jì)。此外還具備便捷的數(shù)據(jù)管理與信息交互功能和文檔編輯制作等服務(wù)，極大提高生產(chǎn)效率，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3創(chuàng)新應(yīng)用意義

制造業(yè)是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。在傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用蓬勃發(fā)展的智能制造技術(shù)，必將為傳統(tǒng)制造業(yè)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。全球各個(gè)國(guó)家都在陸續(xù)提出自己的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，力圖在新一輪工業(yè)革命中掌握主導(dǎo)權(quán)，占領(lǐng)新高地。中國(guó)制造業(yè)抓住這一千載難逢的歷史機(jī)遇，發(fā)揮制度優(yōu)勢(shì)，出臺(tái)發(fā)展政策，鼓勵(lì)創(chuàng)新創(chuàng)造，加快工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)步伐，集中優(yōu)勢(shì)力量打贏智能制造決戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)。

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作者：李磊 張業(yè)宏 單位：河北科技工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)