我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀與對策研究

王紅,李彬

(1.洛陽理工學(xué)院人文與社會(huì)科學(xué)學(xué)院，河南洛陽 471023；2.河南省復(fù)合刀具與精密加工國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽 471023)

0 前言

作為裝備制造的重要支柱，我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)的消費(fèi)量和進(jìn)口量居世界首位。隨著汽車制造、航空航天、動(dòng)力設(shè)備、工程機(jī)械等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，各行業(yè)對機(jī)床市場的需求日益增長。2019年，我國機(jī)床行業(yè)(包括機(jī)床工具)總利潤達(dá)到345億元；2020年，機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)利潤總額398億元，比上年同期增加53億元。能夠增長的原因主要是各級政府在新冠疫情之后出臺的救助措施，以及我國擴(kuò)大內(nèi)需政策的拉動(dòng)。整體上，機(jī)床行業(yè)在總利潤同比增長方面領(lǐng)先于其他行業(yè)。依據(jù)中國海關(guān)提供的最新數(shù)據(jù)，2020年，我國金屬切削機(jī)床的進(jìn)口總額為43.9億美元，金屬成型機(jī)床的進(jìn)口總額為9.5億美元；工具、量具的進(jìn)口總額為14.7億美元。然而，在全球龐大的消費(fèi)和需求的背景下，我國大多數(shù)的數(shù)控系統(tǒng)和功能部件都處于明顯落后狀態(tài)。中端數(shù)控系統(tǒng)的世界市場份額我國僅為35%，而高端數(shù)控系統(tǒng)的市場份額幾乎為零。在機(jī)床功能部件上，我國的中低端市場份額僅為30%，高端市場也幾乎為零。高端數(shù)控系統(tǒng)和功能部件一直是制約我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)難以全面發(fā)展的關(guān)鍵因素。

作為信息化和工業(yè)化深度融合的產(chǎn)物，智能制造掀起了世界歷史上的最大科技浪潮，并受到了各國廣泛重視和關(guān)注。例如，日本的“新機(jī)器人戰(zhàn)略”，歐盟的“2020年增長戰(zhàn)略”，德國的“工業(yè)4.0戰(zhàn)略”，美國的“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”等。我國也借鑒了這些發(fā)達(dá)國家的相關(guān)戰(zhàn)略，在 2015 年，制定并實(shí)施了名為“中國制造2025”的戰(zhàn)略，其中明確指出了智能制造具有不可忽視的關(guān)鍵性作用。最新頒布的《中國機(jī)床工具 2020》中也確定了“智能制造”的重要地位以及發(fā)展方向。隨著世界經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國機(jī)床行業(yè)的智能化也在不斷發(fā)展。

我國機(jī)床行業(yè)對智能制造的迫切需求使企業(yè)積極探索適合的路徑，不斷提高自身的智能制造水平。本文作者通過對智能制造與機(jī)床行業(yè)現(xiàn)狀的梳理，研究了我國智能制造背景下機(jī)床行業(yè)發(fā)展的影響因素，特別是解決優(yōu)化機(jī)床產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提升產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值、增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)市場競爭力的關(guān)鍵問題。研究內(nèi)容有利于推動(dòng)企業(yè)合理地進(jìn)行資源配置，為企業(yè)的智能制造發(fā)展提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 我國智能制造與相關(guān)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的研究現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，世界制造業(yè)正在經(jīng)歷著一場變革浪潮?？蛻魧Ξa(chǎn)品呈現(xiàn)出多品種小批量的需求；同時(shí)，零件的精度要求越來越高，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和制造系統(tǒng)越來越復(fù)雜；生產(chǎn)計(jì)劃制訂越發(fā)繁瑣、現(xiàn)場任務(wù)多變、交貨期要求嚴(yán)格等特征，使得傳統(tǒng)的制造已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行制造業(yè)的要求。如何減少生產(chǎn)資源消耗和環(huán)境污染，如何解決對生產(chǎn)計(jì)劃與過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測和調(diào)整，如何使制造系統(tǒng)更具有柔性與綠色制造能力，這些難題都是每個(gè)制造企業(yè)需及時(shí)解決的。目前現(xiàn)狀有力地推動(dòng)智能制造的萌生和發(fā)展。

智能制造來源于人工智能的研究，是先進(jìn)制造、信息、人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)高度集成和深度融合的新一輪制造業(yè)革命性技術(shù)。智能制造系統(tǒng)可對機(jī)器正常生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并自主分析，預(yù)測與感知可能的故障，做出科學(xué)決策。同時(shí)，該系統(tǒng)可自主分配生產(chǎn)與銷售環(huán)節(jié)，合理管理產(chǎn)品進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、環(huán)保和安全生產(chǎn)，顯著提高能源利用效率和企業(yè)競爭力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。中國對智能制造的探索最早源于1989年在華中科技大學(xué)召開的機(jī)械制造大會(huì)，會(huì)后國內(nèi)許多高校拉開了對智能制造的研究。楊叔子院士等指出智能制造系統(tǒng)是運(yùn)用智能化和集成化的方式，增強(qiáng)制造系統(tǒng)原有的組織能力，具有強(qiáng)大的自診斷、自修復(fù)和自組織能力，主動(dòng)協(xié)調(diào)與協(xié)同能力以及非邏輯處理能力。它將是數(shù)字化、集成化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化有機(jī)融合與高度發(fā)展的產(chǎn)物，可以快速地對市場現(xiàn)有的需求給予回應(yīng)。熊有倫院士指出智能制造將專家的知識和經(jīng)驗(yàn)融入感知、決策、執(zhí)行等制造活動(dòng)中，賦予產(chǎn)品制造的在線學(xué)習(xí)和知識進(jìn)化的能力，涉及到產(chǎn)品全生命周期中的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)等制造活動(dòng)。如何挖掘、保存、傳遞、利用制造過程中存在的經(jīng)驗(yàn)和知識是當(dāng)前需要解決的突出問題。盧秉恒和李滌塵從增材制造的角度，指出智能制造實(shí)際上是一種升級的先進(jìn)制造技術(shù)，本身具有感知、分析、控制、推理和決策等多種功能，它是智能技術(shù)、制造技術(shù)和信息技術(shù)的現(xiàn)代化綜合應(yīng)用。雖然各院士對智能制造的描述不完全一致，但核心觀點(diǎn)是一致的，智能制造是將智能、制造、互聯(lián)網(wǎng)等多種技術(shù)集成在企業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)融合。基于產(chǎn)品的全生命周期設(shè)計(jì)，在整個(gè)制造的過程中，進(jìn)行智能地感知、執(zhí)行、反饋及決策，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、服務(wù)及管理的全過程智能化，最大限度地提高企業(yè)利潤。

我國雖然較早開始重視智能制造，但是對于智能制造下機(jī)床產(chǎn)業(yè)的研究還處于起步階段，相對研究較少。實(shí)際上，國內(nèi)尚未形成成熟的機(jī)床領(lǐng)域的智能制造應(yīng)用，僅有沈陽機(jī)床廠、四川普什寧江機(jī)床廠等少數(shù)機(jī)床廠在研發(fā)應(yīng)用，總體上未形成規(guī)模機(jī)床智能制造工廠示范企業(yè)。任宇比較了中國與主要發(fā)達(dá)國家的智能制造，指出目前中國缺乏與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的智能制造關(guān)鍵技術(shù)，具體產(chǎn)業(yè)政策缺乏對機(jī)床配套設(shè)施的扶持，某些政府采購制度也阻礙了國產(chǎn)機(jī)床的應(yīng)用推廣力度，導(dǎo)致我國科研水平或者市場份額等均遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及西方國家；認(rèn)為應(yīng)當(dāng)重視行業(yè)準(zhǔn)入、加大研發(fā)投入、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合以及促進(jìn)國家交流等制度意見。張曙、楊興銳等以沈陽機(jī)床廠最新的i5智能機(jī)床為例，分析了智能制造的改革途徑，認(rèn)為政策體系是智能機(jī)床發(fā)展的基本前提和有效保障，內(nèi)外部合作是智能機(jī)床發(fā)展的未來趨勢，運(yùn)營模式才是創(chuàng)新的催化劑，智能系統(tǒng)平臺的建立是關(guān)鍵，企業(yè)應(yīng)采用互聯(lián)網(wǎng)思維提高機(jī)床產(chǎn)品整體的創(chuàng)新速度，從而實(shí)現(xiàn)自我不斷完善的戰(zhàn)略目標(biāo)。夏則才研究了智能制造與機(jī)床產(chǎn)業(yè)的連接途徑，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床企業(yè)智能制造，認(rèn)為要把自動(dòng)化、先進(jìn)制造、人工智能和信息技術(shù)有效地結(jié)合起來，建立覆蓋整個(gè)制造過程的數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)與決策的閉環(huán)體系。通過我國智能制造下的機(jī)床產(chǎn)業(yè)研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)研究目前都是制度性的建議，缺乏系統(tǒng)化分析。本文作者基于國外智能制造研究的經(jīng)驗(yàn)和成果，系統(tǒng)地研究了智能制造背景下影響機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2 我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)智能制造的關(guān)鍵技術(shù)分析

高端數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)代制造業(yè)的核心設(shè)備，是民族工業(yè)的支柱。隨著我國科技和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床由于不具有自適應(yīng)、自診斷與自決策的功能，無法滿足現(xiàn)代智能制造的發(fā)展需求。然而，智能機(jī)床卻具有自我感知和預(yù)估自身狀態(tài)的能力，借助歷史加工數(shù)據(jù)，可以估算設(shè)備整體和關(guān)鍵部件的使用壽命，感知加工狀態(tài)和環(huán)境的變化，診斷出可能故障并給出修正指令；對加工零件的表面質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)智能評估，并通過各種智能模塊實(shí)現(xiàn)多工序加工，提高加工效能，并降低能源的消耗。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)完成了數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)與使用的智能化，將人、智能機(jī)床和大數(shù)據(jù)相互連接在一起，實(shí)現(xiàn)了制造的軟件定義、信息網(wǎng)絡(luò)通信和大數(shù)據(jù)共享。我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)智能制造可以在如下的關(guān)鍵技術(shù)上特色發(fā)展：

2.1 工業(yè)大數(shù)據(jù)分析是核心驅(qū)動(dòng)力

工業(yè)大數(shù)據(jù)是指從客戶需求到銷售、訂單、計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工藝、制造、研發(fā)、采購、供應(yīng)、庫存、交貨、售后、報(bào)廢和回收再制造整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，圍繞著工業(yè)領(lǐng)域典型的智能制造，生成的各種數(shù)據(jù)、相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用程序的總稱。通過工業(yè)大數(shù)據(jù)可以對數(shù)控機(jī)床智能制造各階段的情況進(jìn)行真實(shí)描述，從而更好地了解、分析和優(yōu)化制造過程。因此，工業(yè)大數(shù)據(jù)是智能機(jī)床的智慧來源。

智能機(jī)床工業(yè)大數(shù)據(jù)的架構(gòu)在邏輯上主要分四層，即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲和管理層、數(shù)據(jù)分析層及數(shù)據(jù)應(yīng)用層，如圖1所示。通過整個(gè)流程，可以將機(jī)床大數(shù)據(jù)可視化分析處理后的多來源、多層次、多維度的數(shù)據(jù)以直觀簡潔的方式展示給用戶，使用戶更容易理解，從而可以更好地做出整體決策。數(shù)據(jù)可視化包括很多方式，如報(bào)表、二維地圖、三維地圖等。而且，可以利用機(jī)床數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)進(jìn)行智能制造的延伸與改進(jìn)，主要指利用移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)工具，進(jìn)行大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)，便于實(shí)現(xiàn)預(yù)測與決策。

圖1 智能機(jī)床工業(yè)大數(shù)據(jù)的架構(gòu)

以帶鋸機(jī)床生產(chǎn)公司——高圣為例，給出大數(shù)據(jù)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。延長帶鋸壽命是該機(jī)床使用過程中的核心。首先，利用傳感器采集加工過程中的數(shù)據(jù)，對帶鋸機(jī)壽命的下降進(jìn)行分析，并預(yù)測機(jī)床壽命的算法模型。在加工過程中，實(shí)時(shí)分析生成的數(shù)據(jù)，識別當(dāng)前工件和工況信息。其次，通過健康特征提取和歸一化處理將當(dāng)前的健康特征反映到智能機(jī)床特征地圖上，實(shí)現(xiàn)帶鋸磨損狀態(tài)的量化。分析處理后的信息被存儲到數(shù)據(jù)庫中，借助大數(shù)據(jù)的智能分析能力，建立不同健康狀態(tài)下的最佳工藝參數(shù)模型，延長帶鋸的使用壽命。進(jìn)一步，通過可視化技術(shù)，將機(jī)床健康信息展示給用戶，而當(dāng)需要更換帶鋸時(shí)對用戶進(jìn)行智能提醒，并自動(dòng)補(bǔ)充帶鋸訂單，保證了生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

2.2 機(jī)床學(xué)習(xí)能力是必要途徑

機(jī)床學(xué)習(xí)屬于機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，涉及到統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論、系統(tǒng)辨識、計(jì)算機(jī)科學(xué)、最優(yōu)化理論、復(fù)雜算法理論和腦科學(xué)等諸多學(xué)科，主要指利用計(jì)算機(jī)模擬人類的學(xué)習(xí)行為，使機(jī)床自主獲取新的知識或掌握某種技能，并在實(shí)踐訓(xùn)練中重組已有的知識結(jié)構(gòu)，不斷改善其工作性能。其本質(zhì)是基于已知數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)評價(jià)函數(shù)，其算法成立的基本原理在于數(shù)值和概念可以相互映射?；緦?shí)現(xiàn)方式為：將具象的制造過程映射為數(shù)據(jù)，同最終的加工零件數(shù)據(jù)一起組成原始樣本集，計(jì)算機(jī)根據(jù)某種規(guī)則對初始樣本進(jìn)行特征提取，形成特征樣本集，經(jīng)預(yù)處理后，將特征樣本拆分為訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)，再調(diào)用合適的機(jī)床學(xué)習(xí)算法，擬合并測試評價(jià)函數(shù)，即可用之對未來的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測或評價(jià)。該流程如圖2所示。

圖2 機(jī)床學(xué)習(xí)的基本流程

機(jī)床學(xué)習(xí)作為一種數(shù)據(jù)分析與特征挖掘的工具，將專家的知識與經(jīng)驗(yàn)以及大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)編制成系統(tǒng)知識庫，通過建立優(yōu)化模型，在給定的需求邊界條件下，求取最佳的參數(shù)組合。通過采集故障機(jī)床的工作信號，整理為帶標(biāo)記的初始樣本集，構(gòu)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，挖掘該故障的信號特征，避免了繁雜的理論分析過程，為智能故障診斷提供決策依據(jù)。例如，機(jī)床學(xué)習(xí)可以監(jiān)測加工過程中刀具的磨損狀態(tài)。利用機(jī)床學(xué)習(xí)處理切削工藝實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，建立切削力和切削變形的計(jì)算公式，避免復(fù)雜物化過程的量化描述，可以達(dá)到極高的預(yù)測精度，為工藝參數(shù)和補(bǔ)償算法的制定提供基礎(chǔ)。

2.3 機(jī)床互通互聯(lián)是堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

機(jī)床的互聯(lián)互通是指機(jī)床、設(shè)備和控制系統(tǒng)之間以及企業(yè)之間通過有線和無線等通信方式的互連和信息交換。無論多么先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，獨(dú)立工作的潛力都有限，只有將帶有裝備感應(yīng)器的機(jī)床和智能軟件與其他裝備、人聯(lián)系起來，從中提取數(shù)據(jù)并進(jìn)行詳細(xì)分析，深入挖掘生產(chǎn)或服務(wù)體系在性能改進(jìn)、質(zhì)量提升方面的潛力，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的優(yōu)化與提效。

智能制造中的信息模型是對物理對象的抽象和組織，需要反映實(shí)際物理對象和數(shù)據(jù)關(guān)系。信息互通要求所有機(jī)床裝備使用同樣的數(shù)據(jù)格式和參數(shù)類型對制造系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化的描述，建立語義和結(jié)構(gòu)一致的信息模型是解決該問題的重要手段。

互聯(lián)互通作為智能制造的重要手段，在智能制造的各方面均有重要的作用，最常見用于數(shù)控機(jī)床和上下料機(jī)器人組成的柔性生產(chǎn)線中。數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人之間，或者與上層管控系統(tǒng)之間，通過互聯(lián)互通相互獲取數(shù)據(jù)、狀態(tài)和指令，解析相關(guān)信息，相互配合完成生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)節(jié)拍的配合，共同完成工作。其次，在智能制造的數(shù)字雙胞胎中互聯(lián)互通也同樣起著重要作用。數(shù)字雙胞胎是采用數(shù)字化的方式，建立多維、多時(shí)空、多尺度的動(dòng)態(tài)虛擬物理模型來刻畫和仿真實(shí)體在環(huán)境中的行為、屬性、規(guī)則等。數(shù)字雙胞胎可以有效用于具有預(yù)測性設(shè)備的監(jiān)控、預(yù)防、診斷等常規(guī)維護(hù)和調(diào)度?；ヂ?lián)互通中的信息模型技術(shù)通過對數(shù)字雙胞胎各種屬性信息建模的方式實(shí)現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)化，為信息在物理世界層和虛擬世界層的順利流通提供保障。

3 我國機(jī)床產(chǎn)業(yè)智能制造的發(fā)展對策

我國機(jī)床制造企業(yè)除了要積極貫徹“中國制造2025”的戰(zhàn)略以外，還要認(rèn)真學(xué)習(xí)、研究德國、美國、歐盟和日本等智能制造先進(jìn)理念，比較、總結(jié)出異同點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，制定出機(jī)床企業(yè)切實(shí)可行的實(shí)施戰(zhàn)略，以新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主導(dǎo)，智能制造為主要方向，確保企業(yè)智能制造的發(fā)展。目前，中國機(jī)床制造企業(yè)大多只擁有相對智能一點(diǎn)的設(shè)備和系統(tǒng)，而大型集成化系統(tǒng)幾乎都被國外承包商壟斷，因此我國機(jī)床制造企業(yè)距離真正智能制造實(shí)際應(yīng)用還很遠(yuǎn)。結(jié)合我國智能制造的現(xiàn)狀，各機(jī)床制造企業(yè)在今后的發(fā)展過程中，可以以下幾個(gè)方面的發(fā)展對策為重點(diǎn)。

3.1 以人為本是機(jī)床智能制造的落地之道

人是制造生產(chǎn)活動(dòng)中最具活力與創(chuàng)新性的因素，智能制造最終也是需要服務(wù)和滿足人們對美好生活的需求。在以智能制造為標(biāo)志的新工業(yè)革命中，中國這樣一個(gè)人口大國必須明確自己的優(yōu)勢與特色，機(jī)床企業(yè)也必須找準(zhǔn)自己的定位并推出適合自身國情的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略。我國學(xué)術(shù)界提出了人—信息—物理系統(tǒng)(Human-Cyber-Physical Systems，HCPS)的智能制造發(fā)展理論，并在此基礎(chǔ)上分析了智能制造的范式演變，指明了未來20 年我國智能制造的發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)路線。

圖3為以人為本的機(jī)床產(chǎn)業(yè)智能制造框架。以人為本的機(jī)床產(chǎn)業(yè)智能制造是一個(gè)大系統(tǒng)，可從產(chǎn)品、生產(chǎn)、模式、基礎(chǔ)4個(gè)維度來進(jìn)行認(rèn)識和理解。其中，以人為本的智能機(jī)床產(chǎn)品是主體，以人為本的智能機(jī)床生產(chǎn)是主線，以人為本的機(jī)床產(chǎn)業(yè)模式變革是主題，HCPS 和人因工程是基礎(chǔ)。這里的“以人為本”指智能機(jī)床裝備和系統(tǒng)的服務(wù)宗旨。在設(shè)計(jì)之初，就要充分考慮人的需求和人的因素，尤其是直接面向廣大消費(fèi)者的機(jī)床智能產(chǎn)品。同時(shí)，在智能機(jī)床裝備設(shè)計(jì)之初，需要充分考慮人為干預(yù)的可能情況，并在設(shè)計(jì)中留下許可和空間。

圖3 以人為本的機(jī)床產(chǎn)業(yè)智能制造框架

工業(yè)機(jī)器人不容置疑是機(jī)床智能制造的重要組成部分。但是，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人存在一些缺陷，目前還不能完全滿足市場對智能機(jī)床的需求。例如，部署傳統(tǒng)機(jī)器人的成本很高，單個(gè)機(jī)器人又不能直接在生產(chǎn)線上使用，仍需要許多外圍設(shè)備的支持。此外，中小企業(yè)受財(cái)力限制，難以進(jìn)行生產(chǎn)線級的大規(guī)模改造，并且更加看重產(chǎn)品的投資回報(bào)率，這就要求機(jī)器人本身成本低，可以快速部署并簡單易用。在目前情況下，很難給出令人滿意的解決方案。如果由人負(fù)責(zé)高度柔性、觸覺和靈活性的任務(wù)，機(jī)器人利用其快速準(zhǔn)確的優(yōu)勢來負(fù)責(zé)重復(fù)性和程序性的任務(wù)，這種人機(jī)協(xié)作將為中小型企業(yè)提供更好的解決方案。

3.2 數(shù)字化車間是機(jī)床智能制造的主戰(zhàn)場

很多人認(rèn)為，在智能制造中，大量購買和引進(jìn)數(shù)字化設(shè)備是建立數(shù)字化車間的前提。事實(shí)上，數(shù)字化設(shè)備對于數(shù)字化車間的創(chuàng)建，既非充分條件，也非必要條件。即使車間里全是數(shù)字化設(shè)備，如果沒有設(shè)備間的互聯(lián)互通，沒有生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理，沒有有序的數(shù)據(jù)流動(dòng)，也不是數(shù)字化車間。相反，即使車間內(nèi)的設(shè)備不全是數(shù)字化設(shè)備，經(jīng)過改造后，設(shè)備與信息系統(tǒng)相連，制造過程實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化，比如現(xiàn)實(shí)中的智能調(diào)度、決策分析等。這樣，負(fù)責(zé)人可以分析管理生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)資源等數(shù)據(jù)，并在信息系統(tǒng)中對生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)控，也可以看作是數(shù)字化車間。

關(guān)于機(jī)床行業(yè)的智能制造，建設(shè)數(shù)字化車間必須把握以下3條主線：第一條主線是由機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、檢測設(shè)備等組成的自動(dòng)化設(shè)施，實(shí)現(xiàn)智能精確制造，這是數(shù)字化車間的物理空間基礎(chǔ)；第二條主線是以制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)(MES)為核心的智能管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)物流、計(jì)劃調(diào)度、過程執(zhí)行、工藝質(zhì)量、設(shè)備管理等制造過程全環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理和控制，這是數(shù)字化車間的網(wǎng)絡(luò)空間基礎(chǔ)；第三條主線以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以設(shè)備互聯(lián)互通為橋梁，將MES等網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)與機(jī)床等物理空間自動(dòng)化設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與物理世界的深度融合。3條主線匯聚在一起，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備與信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的有序流動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本、綠色的生產(chǎn)模式，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

3.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是機(jī)床智能制造的新機(jī)遇

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新工業(yè)革命的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，具有智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)手段，可以構(gòu)建基于數(shù)據(jù)采集、聚合、挖掘、分析的新型服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、設(shè)備、人力、知識、信息等資源與能力的共享與合作，是一種匯眾智的新型商業(yè)模式。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈中的作用不僅在于實(shí)現(xiàn)機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈中的價(jià)值傳遞，而且體現(xiàn)在價(jià)值創(chuàng)造方面，促進(jìn)智能機(jī)床企業(yè)價(jià)值鏈優(yōu)化與系統(tǒng)重構(gòu)。一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)縮短了機(jī)床產(chǎn)業(yè)鏈上下游的距離，支持企業(yè)基于用戶需求定制設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，提供機(jī)床產(chǎn)品全生命周期服務(wù)，推動(dòng)服務(wù)型制造業(yè)快速發(fā)展，構(gòu)建了企業(yè)與用戶無縫對接的平臺。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，生產(chǎn)系統(tǒng)智能化和生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化水平不斷提高。越來越多的智能機(jī)床制造企業(yè)正在積極探索“與用戶互動(dòng)，讓用戶評價(jià)，由用戶定義”的新型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。以企業(yè)產(chǎn)品和技術(shù)為核心的傳統(tǒng)機(jī)床制造模式加速向社會(huì)化、用戶深度參與的新模式轉(zhuǎn)變，從而提升了企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值的空間。

另一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將全產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)連接起來，加速各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)在產(chǎn)業(yè)鏈中的流通和傳遞，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深度數(shù)據(jù)分析能力，實(shí)現(xiàn)智能機(jī)床的遠(yuǎn)程控制和智能操作，對提高生產(chǎn)效率、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、創(chuàng)新生產(chǎn)方式具有重要作用。特別是在我國5G網(wǎng)絡(luò)普及程度不斷加大的背景下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的引領(lǐng)價(jià)值凸顯。機(jī)床企業(yè)還可以通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整合與管理生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，通過挖掘數(shù)據(jù)盡可能地捕捉影響生產(chǎn)決策的隱性數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上開展預(yù)測，采用預(yù)防控制策略降低決策成本和維修成本。

4 結(jié)論

智能制造涉及的范圍十分廣泛，而智能制造裝備是實(shí)現(xiàn)智能制造的核心載體。近年來，我國政府出臺了一系列支持智能制造的發(fā)展政策，希望通過積極發(fā)展智能制造，實(shí)現(xiàn)中國傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，推動(dòng)我國從制造大國向制造強(qiáng)國的邁進(jìn)。同時(shí)，機(jī)床行業(yè)對智能制造的迫切需求也迫使企業(yè)積極探索適合自己的智能制造道路，不斷提高智能制造水平。本文作者在借鑒國內(nèi)外智能制造研究經(jīng)驗(yàn)和成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了智能制造背景下影響我國機(jī)床行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，特別是涉及工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、機(jī)床學(xué)習(xí)和機(jī)床互通互聯(lián)的內(nèi)容，并在以人為本、數(shù)字化車間和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)方面提出了發(fā)展對策。此研究可為智能制造背景下機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究提供參考。