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發展智能制造,促進集團制造業轉型升級 ----集團公司智能制造技術與高端智能裝備產業發展思考

發布時間:2017-01-13 14:46:43 發布者:admin 流覽量:2233


一、智能制造是全球制造業發展的新方向

當前,新科技革命和產業變革正在興起,全球工業技術體系、發展模式和競爭格局迎來重大變革。發達國家紛紛出臺以先進制造業為核心的“再工業化”國家戰略:美國大力推動以“工業互聯網”和“新一代機器人”為特征的智能制造戰略布局,以智能制造彌補勞動力成本劣勢,促進高端制造業回歸;德國“工業4.0”計劃的提出旨在通過智能制造提振制造業競爭力;歐盟在“2020增長戰略”中提出重點發展以智能制造技術為核心的先進制造;日本、韓國等制造強國也提出相應的發展智能制造的戰略措施。可見,智能制造已經成為發達國家制造業發展的重要方向,成為各國發展先進制造業的制高點。

智能制造是以新一代信息技術為基礎,配合新能源、新材料、新工藝,貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節,具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造過程、系統與模式的總稱。虛擬網絡和實體生產的相互滲透是智能制造的本質,一方面,信息網絡將徹底改變制造業的生產組織方式,大大提高制造效率;另一方面,生產制造將作為互聯網的延伸和重要結點,擴大網絡經濟的范圍和效應。以網絡互連為支撐,以智能工廠為載體,構成了制造業的最新形態,即智能制造。從軟硬結合的角度看,智能制造即是一個“虛擬網絡+實體物理”的制造系統。美國的“工業互聯網”、德國“工業4.0”以及我國的“互聯網+”戰略都體現出虛擬網絡與實體物理深度融合——即智能制造的特征。

智能制造技術是先進制造技術的發展方向和目標,研究和應用智能制造技術,可以有效縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量、降低資源能源消耗,對實現制造過程智能化、綠色化、可持續發展和推動制造業轉型升級意義重大。

為應對新科技革命和產業變革的挑戰,適應全球制造業智能化的發展趨勢,近年來,我國中央政府制定和實施了一系列促進智能制造技術和智能制造產業發展的戰略措施,以推動智能制造的發展和普及。 2015年推出“中國制造2025”工業強國戰略,提出以加快新一代信息技術與制造業融合為主線,以推動智能制造為主攻方向,重塑我國制造業的競爭優勢。

二、智能制造國內外發展現狀與差距

主要工業發達國家技術布局早,產品優勢強。智能制造的概念是上世紀90年代美國提出的,其后各發達國家緊緊跟隨,紛紛將智能制造系統列為國家級計劃并著力發展。美國、德國、日本等工業發達國家在智能制造基礎理論和基礎技術領域開展了深入的研究,制定較為完整的技術規范和標準體系,掌握智能制造的一系列關鍵技術,具有智能制造技術裝備的核心基礎部件制造能力,形成了智能制造技術領域較為完整的產業鏈和服務體系,在智能制造領域具有明顯的優勢,其智能制造技術產品在國際市場處于壟斷地位。如高端數控機床、工業自動化生產成套設備、智能測控儀器儀表、工業機器人、智能制造系統等方面具有多年的技術積累,產品優勢明顯,市場競爭力強。

智能制造成為發達國家制造業重塑戰略的重要抓手2008金融危機以來,在尋求危機解決方案的過程中,美、德、日等國政府和相關專業人士紛紛提出通過發展智能制造來重振制造業。2011年美國正式啟動包括工業機器人在內的“先進制造伙伴計劃”,2012年又出臺“先進制造業國家戰略計劃”,提出通過加強研究和試驗稅收減免、擴大和優化政府投資、建設“智能”制造技術平臺以加快智能制造的技術創新,2012年設立美國制造業創新網絡,并先后設立增材制造創新研究院和數字化制造與設計創新研究院。德國通過政府、弗勞恩霍夫研究所和各州政府合作投資于數控、制造和工程自動化行業應用制造研究,實施以智能制造為主體的“工業4.0”戰略,鞏固其制造業領先地位。日本提出通過加快發展協同式機器人、無人化工廠提升制造業的國際競爭力。

智能制造技術創新及應用貫穿制造業全過程。先進制造技術的加速融合使得制造業的設計、生產、管理、服務各個環節日趨智能化,智能制造正引領新一輪的制造業革命,主要體現在以下四個方面:一是建模與仿真使產品設計日趨智能化;二是以工業機器人為代表的智能制造裝備在生產過程中應用日趨廣泛;三是全球供應鏈管理創新加速;四是智能服務業模式加速形成。

3D打印為代表的“數字化”制造技術嶄露頭角。“數字化”、“網絡化”制造技術正在改變未來產品的設計、制造、銷售和交付用戶的方式,使大規模定制和簡單的設計成為可能,使制造業實現隨時、隨地、按不同需要進行生產,并將徹底改變自“福特時代”以來的傳統制造業形態。

3D打印技術是制造業的創新性突破,隨著技術的逐步成熟,打印速度和效率將不斷提升,多樣化3D打印材料的開發,3D打印設備價格的大幅下降,使3D打印技術的應用領域和范圍越來越廣闊,將進一步加速數字化、智能化制造技術發展。

我國經過改革開放三十多年的發展,我國制造業取得了很大的進步,連續幾個五年計劃的科技攻關和成果轉化應用,使我國在數控機床、數字化制造單元、機器人、工業自動化生產線等先進制造技術方面取得了良好成效。近年來隨著信息技術與先進制造技術的高速發展,國家對智能制造技術研究應用扶持力度不斷加大,我國智能制造技術的研究深度與應用廣度日益提升。以智能控制系統、工業機器人和自動化成套生產線為代表的智能制造裝備產業體系初步形成,一批具有自主知識產權的高端智能制造裝備實現突破。

但是我國的先進制造技術、智能制造技術還處于研究和初步應用階段,我國的高端智能裝備主要以跟蹤模仿為主、自主創新為輔;產品組裝為主、功能創新為輔;系統集成為主、部件攻關為輔;應用研究為主、基礎研究為輔。基礎支撐技術薄弱,產品附加值低,制造過程資源、能源消耗大,污染嚴重。

我國高端技術裝備與自動化系統對外依存度高目前我國自主高端裝備難以滿足制造業發展的需求,高端裝備對外依存度高,高端裝備關鍵技術自給率低,主要體現在缺乏先進的傳感器等基礎部件、精密測量技術、智能控制技術、智能化嵌入式軟件等,先進技術對外依賴度高。

關鍵支撐技術及核心基礎部件主要依賴進口制造過程自動化、智能化所必須的重要基礎技術和關鍵零部件主要依賴進口,如新型傳感器等感知和在線分析技術、典型控制系統與工業網絡技術、高性能液壓件與氣動元件、特種執行機構等。許多重要裝備和制造過程尚未掌握系統設計與核心制造技術,幾乎所有高端裝備的核心控制技術嚴重依賴進口。

“工業化與信息化”融合程度低。智能制造技術是以信息技術、自動化技術與先進制造技術全面結合為基礎的。而我國制造業的“兩化”融合程度相對較低,低端CAD 軟件和企業管理軟件得到很好普及,但應用于各類復雜產品設計和企業管理的智能化高端軟件產品缺失。國內大多數企業在生產制造過程中一定程度地應用了自動化技術,但應用于提高產品質量、實現節能減排、提高勞動生產率的智能化技術嚴重缺乏。信息技術和相關軟件產品與制造工藝技術融合不夠。

三、集團公司制造產業的現狀和存在問題

集團公司是我國國防科技工業的重要組成部分,是典型的以制造業為主的國有大型復合性骨干企業,產品制造是集團公司的核心競爭力。但是集團公司制造產業的整體制造技術水平還比較落后,特別是特種裝備制造產業,多數企業還處于傳統的生產制造和管理模式,制造設備主要依靠人工操作,生產過程管理、信息傳遞、決策以人工為主。雖然引進和購置了必要的數控設備,大部分企業的數控設備還是單機運行,沒有形成自動化生產線,更沒有從零件加工、質量檢驗到自動裝配的全自動化、智能化生產線。用工業4.0的標準來衡量,集團公司大部分制造企業尚處于工業2.0時代,個別企業開展了一些車間流程自動化探索性研究應用工作,但尚未普及,處于工業3.0的初級階段。在以“工業4.0為代表的智能制造大趨勢下,集團公司需要抓緊進行工業2.0補課和工業3.0普及,并積極開展工業4.0技術研究和應用示范,提高特種裝備的整體制造能力和技術水平。

目前,集團公司制造產業的產品制造質量和生產效率與產品創新和市場需求不適應,主要存在以下問題:

1)工藝裝備技術落后。零部件加工主要采用傳統工藝裝備,工藝裝備更新慢,生產工藝與裝備融合層次低,新購置的自動化裝備大多數還是模仿傳統制造工藝過程,新裝備與生產工藝的融合和工藝優化不夠。傳統生產工藝一方面由于加工制造工序多,致使生產效率低,加工精度低,誤差一致性差;另一方面由于工藝設備新舊程度差異大,精度不匹配,致使零件制造一次合格率低、返工量大、一致性差。批量產品零件制造尺寸公差分布大,裝配需要分組選配,不能實現全互換,影響產品性能、使用壽命和可靠性。

2)質量檢測手段落后。零部件加工精度檢測主要采用檢量器具、人工讀數方式,尺寸公差和形位公差依靠人工用量規定性判斷,產品質量依賴操作者的個人技能、經驗和責任心。由于產品零部件加工工序多,檢量器具多,檢驗工作量大。對于需要控制內腔質量的零部件只能依靠人工肉眼觀察和抽樣解剖檢測,批量產品生產過程質量保證難度大。

3)制造過程自動化、智能化程度低。大部分企業制造設備單機運行,尚未應用機械手、懸鏈等自動傳輸裝置,人工搬運、人工上下料,人工裝夾、人工調整設備參數,部件和成品裝配仍然以人工操作為主,壓裝力難以控制。缺乏制造過程數字化管控和數據自動采集、統計、分析、預警、傳遞手段,制造過程信息記錄不及時、不系統,無法進行事前預防、事中控制、事后追溯。

4)先進工藝設計仿真手段不足。企業三維工藝設計與仿真條件有限,可靠性試驗虛擬化驗證條件缺乏,無法模擬加工過程,工藝參數的合理性只能依靠試加工和個人經驗保證。

四、發展智能制造是集團公司制造業轉型升級的出路

隨著經濟全球化和新工業革命的不斷發展,產品創新不斷加快,用戶對產品性能和質量要求越來越高,市場競爭越來越激烈,對集團公司制造產業帶來的威脅和挑戰不斷加劇,只有發展智能制造,才能有效應對威脅和挑戰。集團公司必須抓住國家實施工業強國戰略的有利機遇,大力發展智能制造技術和高端裝備制造產業,這是集團公司制造業轉型升級的唯一出路。

智能制造是集團公司主導產業做強做優的需要。當前,特種裝備創新需求加快,產品質量和性能要求越來越高,現有的制造能力和制造水平已經無法滿足特種裝備的發展需要,必須借助智能制造技術來提升制造能力和制造技術水平。

汽車及零部件行業,隨車型引進國外的生產線可實現流程自動化,但產品更換需要不斷引進設備。國產汽車的生產制造與國外相比差距較大,零部件制造和整車裝配自動化程度低,產品質量穩定性和生產效率不高,迫切需要開展自動化、智能制造技術研究應用,提高產品質量和生產效率。

隨著“互聯網+”時代的來臨,用戶個性化需求和對市場的響應速度要求使產品快速開發制造成為制造業競爭的重要手段。沒有高效的自動化和智能化制造,就無法實現產品的快速研制和響應市場。

智能制造是培育和發展新興戰略產業的方向。增材制造(3D打印)、工業機器人、智能控制系統等高端智能裝備制造是國家要重點發展的新興戰略產業。增材制造(3D打印)已升格為國家戰略,工業機器人列入重點發展領域,智能制造成套裝備是推進制造過程智能化和實現兩化深度融合的主攻方向。《中國制造2025》指出,基于信息物理系統的智能裝備、智能工廠等智能制造正在引領制造方式變革。提出了在重點領域試點建設智能工廠/數字化車間,加快人機智能交互、工業機器人、智能物流管理、增材制造等技術和裝備在生產過程中的應用。

集團公司是以制造業作為主的國有大型企業集團,必須緊跟全球制造業發展趨勢和國家制造業發展戰略,主動把握新科技革命為我國發展智能制造及相關產業帶來重大機遇和“機會窗口期”,積極培育新產業。大力發展以激光增材制造(3D打印)裝備、工業和特征機器人和特種產品智能制造成套裝備為主的高端智能裝備制造產業。集團公司在研究應用智能制造技術對企業進行升級改造的過程中,要研制和開發大量的高端智能裝備和智能制造系統,這些產品不僅可以支撐集團公司制造業轉型升級,還可以通過工程化和產業化轉化,在滿足集團需求的情況下對外提供技術服務,逐步培育形成新興智能制造產業,成為新的經濟增長點。

五、集團公司智能制造技術與產業發展的新思考

面對全球智能制造技術如火如荼的發展形勢,我國大力實施工業強國戰略的發展機遇,結合集團公司制造產業的發展現狀和存在問題,對集團公司智能制造技術與高端裝備制造產業的發展提出一下思考意見,供領導和相關部門、企業事業單位參考和商榷。

1、建立技術平臺,做好統一規劃和頂層設計

智能制造涉及技術面廣,技術難度大,新技術發展快,集團公司智能制造技術發展落后,基礎薄弱,缺乏關鍵技術積累,企業制造信息化和自動化程度參差不齊,發展智能制造難度較大。目前,集團公司沒有支撐智能制造技術發展的平臺,缺乏對智能制造技術發展的綜合論證、統籌規劃和頂層設計。多數企業自身沒有智能制造技術的研究應用能力,個別企業開展的流程自動化技術研究應用也是各自為陣和簡單重復。

面對日新月異的智能制造技術發展和對制造業帶來的變革,集團公司必選有效聯合相關技術和應用資源,建立支撐智能制造技術發展的統一平臺,成立智能制造技術中心。由技術中心牽頭,深入開展的調查研究,梳理企業在發展智能制造方面存在的共性問題,針對制造技術發展不平衡的現狀,做好統籌規劃和頂層設計,構建智能制造技術體系,完善智能制造基礎技術、技術規范與標準制訂。并按產業板塊和企業基礎條件制定差異化的建設目標和實施方案,分類實施、有序推進應用示范,才能加速集團公司智能制造技術發展進程,改變集團公司智能制造技術落后的局面,提高產品質量和制造能力。

2、開展關鍵技術攻關,研制智能制造工藝技術裝備

針對集團公司目前特種裝備和重點民品生產制造中存在的質量和效率問題,開展增材制造技術、機器人應用、數字化質量檢測檢驗技術、智能制造系統集成技術、生產過程數字化管控技術和工藝仿真技術等關鍵技術研究,研制智能制造工藝技術裝備,重點研制槍械、火炮、高危產品等智能制造工藝裝備,解決工藝技術瓶頸,提高產品制造的自動化和智能化水平,提高產品制造質量和效率。

3、開展數字化、智能制造集成應用研究,建立應用示范

選擇典型的槍械、火炮產品和零部件制造,開展智能制造技術與裝備集成應用,構建數字化生產單元、數字化生產線、數字化車間和智能化工廠應用示范。實現從產品設計、工藝設計、零件制造、部件和整體裝配的全智能化、自動化貫通,實現智能檢測和品質保證。使典型裝備制造技術水平達到國內先進和國際水平。

4、開展智能制造技術成果轉化,培育高端裝備制造產業

將開展智能制造技術攻關、工藝技術裝備研制和集成應用的成果,特別是3D打印裝備、工業和特征機器人和特種產品智能制造成套裝備進行工程化和產業化轉化推廣,形成高端智能制造技術裝備產業。

5、重視技術培訓和人才隊伍建設,加強技術服務

智能制造技術是一個不斷發展的領域,實現智能制造,人才是關鍵。不僅需要大量的技術研究人才,更需要提高勞動者素質,培養大量的技術工人;采用與高等院校聯合的方式培養技術人才,吸引高層次領軍人才;加強技術培訓和技術服務,結合企業技術改造和相關項目實施,對企業技術工人進行智能制造技術培訓,提高企業員工技術素質。


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