智能机械制造和加工模式的创新转变

智能机械制造和加工模式的创新转变

李俊全

天津市金锚科技发展有限公司  300400

摘要：随着人工智能、工业互联网、大数据等新一代信息技术的迅速发展和广泛应用,制造业正面临新一轮的技术变革和产业升级。智能制造作为新工业革命的核心,正在重塑传统的生产模式和产业形态。本文围绕智能机械制造和加工模式创新转变这一主题,分析了智能制造的内涵特征、发展趋势及对机械制造和加工模式的影响,阐述了数字化设计、智能化生产、网络化协同、个性化定制等方面的关键技术和应用案例,探讨了推动机械制造和加工模式创新转变的对策建议。智能制造是引领制造业高质量发展的必由之路,要加快智能制造关键技术研发和产业化应用,构建新型制造体系和生产方式,推动机械工业实现创新驱动发展。

关键词:智能制造;机械制造;加工模式;创新转变

一、前言

二十一世纪以来,以新一代信息技术与制造业深度融合为标志的新工业革命正在全球范围内蓬勃兴起,带动制造模式、生产组织方式和产业形态发生深刻变革。党的十九大报告提出加快建设创新型国家,提出要推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。十四五规划《纲要》进一步强调,要大力发展智能制造,加快发展智能制造关键技术装备,推进制造过程智能化。智能制造已成为世界各国抢占新工业革命制高点的战略选择。在此背景下,研究智能机械制造和加工模式的创新转变,对于推动我国机械工业高质量发展,加快建设制造强国具有重要意义。

二、智能制造发展现状与趋势

(一) 智能制造的内涵与特征

智能制造是以新一代信息技术与先进制造技术深度融合,贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动全过程,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等特征的新型生产方式。与传统制造模式相比,智能制造实现了由生产型制造向服务型制造转变,由大批量生产向大规模个性化定制转变,由粗放管理向精益管理转变,由单个企业竞争向产业生态协同转变。

(二) 国内外发展现状

近年来,发达国家纷纷制定智能制造发展战略,抢占未来竞争制高点。德国提出"工业4.0"战略,以智能工厂、智能生产为主攻方向;美国提出"先进制造伙伴计划",聚焦增材制造、数字化设计等智能技术;日本制定"新机器人战略",提出建设机器人先进国家。我国高度重视智能制造发展,出台了《中国制造2025》、《智能制造发展规划(2016-2020年)》等政策,部署推进智能制造技术研发和产业化应用。

(三) 发展趋势展望

未来智能制造将呈现数字化网络化智能化深度融合、智能装备和产品同步提升、制造模式和业态持续创新等发展趋势。推动设计、生产、管理、服务等环节数据互联互通,构建基于工业互联网的智能化制造系统和智慧化服务平台;聚焦高档数控机床、工业机器人、增材制造等高端装备,提升核心零部件性能,发展智能产品和智慧服务;创新发展大规模个性化定制、远程运维服务、网络化协同制造等新模式新业态。智能制造将成为引领制造业转型升级的突破口和新引擎。

三、智能机械制造关键技术及应用

(一) 数字化设计与仿真

基于三维CAD/CAE/CAM,实现产品全生命周期数字化设计、建模、仿真和优化。采用数字孪生、虚拟装配等技术,构建虚实融合的设计优化仿真系统;运用正向设计、拓扑优化等新方法,突破复杂产品和精密零件设计瓶颈;建立产品数据管理(PDM)系统,实现设计过程数据共享和业务协同。某数控机床企业基于CAD/CAE/CAM集成应用,实现了数控机床结构和运动部件一体化设计,提升了设计效率30%以上。

(二) 智能化生产与装备

发展高档数控机床、增材制造、激光加工等智能制造装备,突破高速高精高效加工技术瓶颈;加快机器人、自动化生产线等在加工制造环节的应用普及,提高生产过程的自动化、智能化水平,我公司采用视觉识别及分析系统,不良率降低50%;建设数字化车间/智能工厂,构建智能化生产运营管理系统,实现制造资源配置和生产过程优化。某汽车企业数字化车间投用后,生产效率提高30%,不良品率降低50%。

(三) 网络化协同与服务

应用工业互联网、云计算等技术,打造网络化协同制造平台,实现企业内外部制造资源共享和业务协同;发展基于大数据、远程运维的智慧服务模式,创新产品全生命周期管理,延伸制造价值链;探索制造能力共享、众包设计等新模式,推动制造模式从生产型向服务型转变。某工程机械企业依托网络化协同平台,实现了供应链协同和制造资源共享,产品研制周期缩短20%。

(四) 个性化定制与精益管理

发展大规模个性化定制,通过C2B模式实现用户个性化需求和柔性化生产的无缝对接;应用精益生产管理系统,实现设备管理、质量管理、物流管理等生产要素的集成优化,消除浪费,持续改进;采用增材制造、柔性生产线,提高快速响应和定制服务能力。某内燃机企业采用个性化定制模式,研制周期缩短50%,生产成本降低20%。我公司采用激光切割及柔性焊胎进行柔性生产,直接降低模具开发费用70%，缩短样品生产周期50%

。

四、推动机械制造和加工模式创新转变的对策建议

(一) 加强智能制造关键共性技术研发

聚焦智能传感与控制、工业大数据、人机交互等关键共性技术,加大基础研究和前沿探索力度,突破一批"卡脖子"核心技术和装备,强化集成创新和工程化应用。支持龙头企业、科研院所等建设智能制造创新中心,提升技术创新和成果转化能力。推动智能制造标准体系建设,加快标准试验验证和推广应用。

(二) 推进数字化车间/智能工厂建设

引导企业加大数字化车间/智能工厂建设投入,建立健全智能化生产运营和管理系统,提高关键工序数控化率和关键岗位机器人密度。鼓励有条件的企业建设智能制造示范线,积累形成一批可复制、可推广的智能制造解决方案。加快建设5G、工业互联网等新型信息基础设施,夯实智能制造发展基础。

(三) 促进制造模式和业态创新

鼓励企业发展面向个性化、定制化的智能制造新模式,创新基于互联网的研产销一体化运营新模式。支持有条件的企业建设工业互联网平台,聚合海量工业数据,形成制造资源、能力、需求精准对接的新业态。培育发展工业APP等新型产业生态,带动中小企业数字化转型。

(四) 加快智能制造人才培养

大力实施智能制造人才培养计划,加强高校智能制造相关学科专业建设,建设一批智能制造特色学院。鼓励校企合作开展订单式、现代学徒制培养,建设"双师型"教师队伍。加强职业院校和企业培训中心建设,面向生产一线开展智能制造技能培训。完善人才评价激励机制,为智能制造发展提供人才保障。

(五) 优化智能制造产业生态

加大智能制造发展的政策支持力度,加强规划布局和统筹协调,创造良好的产业发展环境。发挥行业协会、产业联盟等桥梁纽带作用,搭建产学研用协同创新平台。支持制造企业与互联网企业跨界融合,发展"智能制造+服务"新业态。加强国际交流合作,积极参与全球智能制造技术研发和标准制定。

五、结论

智能制造是引领制造业高质量发展的必由之路,对加快建设现代化经济体系、塑造国际竞争新优势具有重要意义。机械工业要以智能制造为主攻方向,加快数字化、网络化、智能化转型,推动生产方式、组织方式、管理方式变革创新,提高核心竞争力。要加强智能制造关键共性技术攻关,突破核心零部件、高端装备、工业软件等"卡脖子"难题;加快数字化车间/智能工厂建设,打造一批标杆示范项目;大力发展个性化定制、网络化协同等新模式新业态,构建新型制造体系;加强智能制造人才培养,优化产业生态环境,为智能制造发展提供有力支撑。站在新的历史起点,我们要锚定智能制造这个牛鼻子,加快机械工业创新发展,为制造强国和现代化经济体系建设作出新的更大贡献。

参考文献

[1] 新华社.习近平在中国工程院2020年院士大会、中国工程科技论坛上的讲话[EB/OL].http://www.gov.cn/xinwen/2020-05/28/content_5515299.htm,2020-05-28.

[2] 中华人民共和国国务院.国务院关于印发"十四五"智能制造发展规划的通知[EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/content/2021-12/28/content_5665169.htm,2021-12-28.

[3] 国家制造强国建设战略咨询委员会.《中国制造2025》重点领域技术路线图[M].北京:电子工业出版社,2015.

[4] 许庆,王耀南.智能制造与中国制造2025[M].北京:电子工业出版社,2015.

[5] 徐滨士.智能制造:引领制造业转型升级的核心驱动力[J].中国工程科学,2018,20(3):13-18.

[6] 李培根.智能制造与智慧服务[J].中国科学院院刊,2019,34(8):867-874.

[7] 张相木,张毅刚.面向智能制造的机械产品全生命周期管理方法[J].机械工程学报,2016,52(11):13-22.