工业4.0智能制造全生命周期柔性生产线的研发与应用

工业 4.0智能制造全生命周期柔性生产线的研发与应用

于俊朋

天津市泰森数控科技有限公司 天津市 300350

摘要：随着5G时代的到来，工业制造已经从自动化开始向智能化转型。人类即将迎来工业4．0，实现自动化制造向完全的远程控制转型。工业4．0这项原本被德国定为未来十大项目之一的战略，随着智能技术和5G技术的发展与应用，很快在一些科技发达国家的工业行业中掀起了一番波澜，对人类第四次的工业革命起到了推波助澜的作用。我国的第一套工业4．0流水线也于2014年11月4日第一次在中国十六届工业博览会上亮相。它标志着中国智能工业与智能制造的开端。机电一体化实现数字化、智能化已然成为未来新工业革命的核心技术。研究机电一体化技术在智能制造中的发展与应用对一个国家工业的进步和国力的强盛有着重要的意义。

关键词：工业 4.0；全生命周期；柔性生产线

引言

制造业在我国国民经济中始终占据尤为重要的位置，面对竞争日益激烈的市场，要想实现制造业长久稳定发展，并逐渐走向国际，持续性的技术创新尤为重要。鉴于此，需要将智能制造水平进行有效提升，提升整体的生产质量和生产效率，实现满足社会发展需求的目的，推动我国国民经济的发展。

1智能制造技术的内涵

智能制造是在当代制造企业生产中将设备、机器等要素与人工智能的有效结合，也就是在机械化生产过程中与人的脑力活动有效结合，对生产现场的实际情况进行分析和决策，最终实现整个生产过程的智能化、高度集成化、柔性化与信息化。通常来说智能制造包括智能制造系统以及智能制造技术，对于智能制造技术来说，其又包括新型传感技术、先进控制与优化技术、系统协调技术、实时网络通信技术、故障诊断技术、精密制造技术、安全功能技术以及识别技术。通过人机交互、智能化感知实现工厂设计与制造环节的智能化，是一种能够显著提升生产效率的制造技术，通过智能制造技术的有效利用，可以降低人力投入和劳动强度，有效提升产品质量。智能制造系统集成了多种应用，由计算机控制发出信号完成产品的设计加工控制，智能制造系统在工厂生产中具有很强的适应能力，也是未来工厂发展的必然趋势。

2柔性制造

所谓“柔性生产系统”是一种基于多个(不同)NC机器或基于阵列的制造单元的自动化制造系统，由一种自动化物流系统连接起来，统一主机及其相关软件的控制和管理，包括不同批量的生产和混合流。一种自动化制造系统，由统一的信息系统、材料存储系统和一系列数字控制机器组成，适应制造对象的改造和多产品中小型制造产品的高效制造。「弹性制造」是各种形式之程序性弹性制造技术的总和。它是一组灵活的技术，适用于多种产品，包括单个产品。灵活的生产系统解决了个性化定制时代的生产效率问题。柔性制造的趋势是生产线投资越来越短、越来越薄、设备越来越少。

3产品全生命周期管理系统

为解决个性化定制与产品快速交付、生产成本之间不可调和的矛盾等问题，智能制造生产线必须推进数字化建设，将单一数据源贯穿规划、设计、工程、生产直到产品服务的整个周期，实现从设计端到制造端全面集成。在智能制造系统内就引进了生产制造执行系统——DoD-MES系统。在DoD-MES系统中，通过产品上的RFID标签可实现产品从出生到最终报废的全生命周期的信息管理，而且系统企业还可通过DoD-MES平台对产品进行实时下单，与传统制造模式相比，可大大节省产品辅助加工时间。该工业4.0产线通过在托盘上引入RFID标签来记录产品的全生命周期信息。

4机电一体化技术在智能制造中的应用

4.1应用于传感技术

作为机电一体化技术的核心技术之一，传感技术是生产过程中实现高度智能化必不可少的技术之一。通过应用传感技术，将生产中的各种信息进行有效收集，在对这些信息进行相关处理后，将真正有意义的信息查找出来，从而远程传达给智能控制中枢。结合计算机的高速运转和计算能力，同时基于如此强大的信息支撑，控制中枢能够将生产信息更为快速、准确且有效地传递给能够具体执行的各个机械设备，从而达到企业所要求的智能制造功能。传感技术与人工操作不同，就信息传达而言，其更加不容易受到外界因素的干扰，与手动输入相比，传感技术的速度更快、失误更少，有助于提升终端的产品质量，从而实现标准化的生产目的。就目前来看，要想大规模地在智能化生产过程中运用传感技术，还需进一步降低传感器的制造成本，进一步完善和优化相关程序的设计。

4.2数控技术

数控技术是智能制造的前身，也是机械制造数字化管理的核心技术。数控一代是机电一体化技术走向网络化、智能化的第一步。数控技术融合了互联网技术、信息管理技术、传感器等，对提高机械制造的效率和质量的意义重大。将数控技术与智能制造系统相融合，设计出具有数字化管理与智能化生产的智能控制系统。智能控制系统采用总线+CPU的设计，整个智能生产过程具有全自动监测、三维仿真模拟、智能控制等功能。模糊控制系统提供非线性智能控制，通过模糊语言、模糊逻辑、模糊集合理论等利用人脑思维控制智能制造系统，实现系统的综合化数控与智能化生产。

4.3自动化生产线技术

在我国的工业生产发展历程中，运用机电一体化技术能够逐渐降低传统模式下人工劳作的概率，在解放劳动力的基础上，极大提升和实现了工业智能、自动化的生产操作水平。在当下智能制造环节中，逐渐实现了智能自动化的生产、控制普及率，因此在智能制造中有效应用机电一体化技术也成为了加快实现自动化生产线与机械智能化来控制生产的效果。应用电子技术形成了对自动生产线的光电控制与人机交互，以计算机控制系统对自动生产线实施综合管控，呈现出生产和制造无人化的局面，也促使了制造业良好发展，展现出智能制造的发展优势。而且在科学管控方式下，自动化生产线构成了生产与控制相结合的一体化管理模式，随着时代发展，自动化生产线技术逐渐朝向网络化生产形式发展。

5智能制造的未来发展趋势

随着各项智能控制技术以及机电一体化技术的不断进步，我国整体的智能制造水平必会持续提升，因此未来人工智能、人机一体化以及超柔性及其组织将成为未来智能制造的发展趋势。对于人工智能而言，利用智能制造技术能够实现利用计算机将人类的智能活动进行模拟，从而代替人们部分的脑力劳动；就人机一体化而言，其是智能系统的一个重要发展方向，容易在短期内实现，能够对人有更好的辅助作用，最终实现人和智能机器之间相互协作、平等共事；就超柔性及其组织而言，随着智能制造系统的不断发展，其将最终具备接近生物的特征，此时的智能制造系统即类似于人类专家所组成的一个整体。

结束语

以一体化运作、专业化服务为方向，整合资源、提高效率、加快转型与提升，着力打造在智能制造领域具有引领作用的工业4.0智能制造全生命周期柔性生产线应用，以区域的汽车制造企业为基点，逐步辐射全国，服务中国制造企业的升级换代。

参考文献

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