故如何实现智能制造目标？

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：“中国制造2025”指出实施智能制造可给制造业带来“两提升、三降低”。下面结合不同行业的产品特点和需求，从4个方面对智能制造的目标特征归纳阐述。以海尔为例，2015年3月，首台用户定制空调成功下线，这离不开背后智能工厂的支持。可持续制造是可持续发展对制造业的必然要求。

“智能制造”概念刚提出时，其预期目标是比较狭义的，即“使智能机器在没有人工干预的情况下进行小批量生产”，随着智能制造内涵的扩大，智能制造的目标已变得非常宏大。比如，“工业4.0”指出了8个方面的建设目标，即满足用户个性化需求，提高生产的灵活性，实现决策优化，提高资源生产率和利用效率，通过新的服务创造价值机会，应对工作场所人口的变化，实现工作和生活的平衡，确保高工资仍然具有竞争力。“中国制造2025”指出实施智能制造可给制造业带来“两提升、三降低”。“两提升”是指生产效率大幅提升，资源综合利用率的大幅度提升；“三降低”是指研制周期的大幅度缩短，运营成本的大幅度下降，产品不良品率的大幅度下降。

下面结合不同行业的产品特点和需求，从4个方面对智能制造的目标特征归纳阐述。

1.满足客户的个性化定制需求

在家电、3C等行业，产品的个性化来源于客户多样化与动态变化的定制需求，企业必须具备提供个性化产品能力，才能在激烈的市场竞争中生存下来。智能制造技术可以从多方面为个性化产品的快速推出提供支持，例如，通过智能设计手段缩短产品的研制周期，通过智能制造装备（如智能柔性生产线、机器人、3D打印设备等）提高生产的柔性，从而适应单间小批生产模式等。这样，企业在一次性生产且产量很低（批量为1）的情况下也能获利。以海尔为例，2015年3月，首台用户定制空调成功下线，这离不开背后智能工厂的支持。

2.实现复杂零件的高品质制造

在航空、航天、船舶、汽车等行业，存在许多结构复杂，加工质量要求非常高的零件。以航空发动机的机匣为例，它是典型的薄壳环形复杂零件，最大直径可达3m，其外表面分布有安装发动机附件的凸台、加强筋、减重型槽及花边等复杂结构，壁厚变化强烈。用传统方法加工时，加工变形难以控制，质量一致性难以保证，变形量的超差将导致发动机在服役时发生振动，严重时甚至会造成灾难性事故。对于这类复杂零件，采用智能制造技术，在线监测加工过程中力-热-变形场的分布特点，实时掌握加工中工况的实变规律，并针对工况变化即时决策，使制造装备自动运行，可以显著地提升零件的制造质量。

3.保证高效率的同时，实现可持续制造

可持续发展定义为：“能满足当代人的需要，有不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”可持续制造是可持续发展对制造业的必然要求。从环境方面考虑，可持续制造首先要考虑的因素是能源和原材料消耗。这是因为制造业能耗占全球能量消耗的33%，CO2排放量占38%。当前许多制造企业通常优先考虑效率、成本和质量，对降低能耗认识不够。然而实际情况是不仅化工、钢铁、锻造等流程行业，而且在汽车、电力装备等离散制造行业，对节能降耗都有迫切的需求。以离散机械加工行业为例，我国机床保有量世界第一，约800多万台。若每台机床额定功率平均按5～10 kW计算，我国机床装备总的额定功率为4000～8000万千瓦，相当于三峡电站总装机容量2 250万千瓦的1.8～3.6倍。智能制造技术能够有力地支持高效可持续制造，首先，通过能耗和效率的综合智能优化，获得最佳的生产方案并进行能源的综合调度，提高能源的利用效率；然后，通过制造生态环境的一些改变，如改变生产的地域和组织方式，与电网开展深度合作等，可以进一步从大系统层面实现节能降耗。

4.提升产品价值，拓展价值链

产品的价值体现在“研发—制造—服务”的产品全生命周期的每一个环节，根据“微笑曲线”理论，制造过程的利润空间通常比较低，而研发与服务阶段的利润往往更高，通过智能制造技术，有助于企业拓展价值空间。其一，通过产品智能化升级和产品智能设计技术，实现产品创新，提升产品价值；其二，通过产品个性化定制，产品使用过程的在线实时监测、远程故障诊断等智能服务手段，创造产品新价值，拓展价值链。

故如何实现智能制造目标？

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