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摘 要：自德国的“工业4.0”，美国的“工业互联网”和中国的“中国制造2025”提出以来，智能制造，柔性制造，个性化定制，智能工厂，云工厂等新概念如雨后春笋般破土而出。近年来在大数据，人工智能的推动下，黑灯工厂，AI芯片，自动驾驶等亦逐步落地，给行业带来了颠覆性变化。本文试图从制造业底层角度浅析生产的自动化、信息化的必要性和重要性，以及对智能制造的简单分析和畅想。
关键词：自动化；信息化；工业4.0；智能制造
1、自动化、信息化生产的基本模式
随着经济的持续发展，中国的人口红利逐渐消失，人力成本高企，企业转型升级压力加大，几年前以富士康为首的制造业企业就提出机器换人的口号，以机械臂或者机器人代替生产工人，按照生产工艺的要求对设备进行流水线布局，使工件在各个工序之间自动转运自动加工，这种自动化生产模式对于产品加工具有很大的可控性，且受人为因素影响较少，便于提高生产效率。
在实际生产中，特别是对于全工序的生产模式，由于涵盖了零件加工的完整工艺流程和加工工序，即从接到产品图纸起的编排工艺到原材料准备、车铣加工，热处理，再到后续的磨削加工，刻字标识，包装入库，以及部分工序的特种加工等，其间无论是半成品零件的跟踪，生产进度的控制，还是待加工零件的质量回溯，以及生产数据的统计，都因为生产工序复杂，各工序相互协调度高，管理存在巨大困难。
所以在自动化生产模式中还需要加入信息化的管理模式。在生产中信息化的管理模式主要在于信息收集和处理，应用ERP系统进行生产管理，通过其数据信息共享优势，企业不需要通过人工输入数据、记录日常工作状况，而是采用目前较为成熟的条形码或二维码标识方法。生产系统在接到生产任务之后，由图纸编号产生对应的条形码/二维码，这样产品从开始录入到原料准备、热处理、转间直至最后入库，各工位只需要对零件的条形码/二维码进行识别确认即可，相应的信息可同步在电脑终端显示。管理员可通过数据终端快速查到受监控零件的加工位置，工序进展程度，入库时间以及即将入库数量。以此可实时掌握生产进度，有利于生产的调度与协调，提高加工效率，降低产品跟踪，质量回溯的时间成本。
在以上模式的生产环境下，数控机床的应用越来越普遍，然而对于数控铣床、加工中心等机床，其对零件的装夹并不能像数控车床那样，仅仅通过三爪卡盘或顶尖就能很方便快捷地进行装夹。这类机床一般都需要专用夹具，通过操作者手动装夹零件，比较费力，而且装夹可靠性不强，更重要的是相比于數控机床的加工时间，花费在工件位置调整和装夹上的时间过长，不能完全体现数控机床的优势。
2.自动化、信息化产品在线测量的重要性
产品是以质量为生命的，对于以数控机床，自动夹具，机械臂，流水线组成的自动化生产线，其初始状态的产品质量控制还是需要人工进行检测，这就产生自动加工与人工检测之间不可调和的矛盾。高效率的产品加工往往会因为人工检测的低效滞后而产生的批量废品，增加生产成本，同时随着生产效率的提高以及个性化生产的需求，人工检测显然不能满足自动化生产的要求。
以机器检测代替人工检测，实现在线自动测量，在理论上完全可以实现与生产同步的产品全检，百分之百保证产品质量。当然受制于技术的发展，全检在具体的生产线中会有一定困难，但是即使是进行抽检，在检测结果的可靠性，信息反馈的及时性上也有其不可否认的优势。在产品出现尺寸超差等不符合预设值等问题时，测量设备会进行报警并对前半段生产线进行自动停线，如果每个工位之间有半成品的储备，那么后半段的生产线可暂时不受停线影响。
当然自动化生产线最终的目标是实现生产—检测—反馈—调整—生产的闭环，这种闭环模式在单一数控设备上的实现较为简单，比如轧钢设备钢板厚度的自动控制，无心磨床工件直径的自动控制等。对于整条生产线而言就较为复杂，但基本原则还是以产品的关键工序为主，相应的加工设备和测量设备进行配合，对每一件加工完成的产品进行测量，测量结果与理论值进行比较，并将结果第一时间反馈给加工设备，设备在加工下一件产品之前对机床参数进行相应调整，以便更加接近理论值。
这种闭环模式可称之为智能化生产线的初始形态，也是目前较为流行的一种生产线模式。但是这种模式下的生产线所能加工的产品品种较为单一，设备与设备之间是预先设定好的机械式衔接，调整起来困难较大，且对于预设程序之外的问题不能进行反馈调整，远达不到智能化生产，甚至智能工厂的目标。
3.对智能制造的分析和前景的畅想
目前国内，在不同场合都能听到中国制造业可以借势即将来临的第四次工业革命“弯道超车”，实现“中国制造”向“中国智造”的飞跃。但是必须清楚认识到我国目前还处在工业2.0及工业3.0阶段，要尽快地赶上发达国家，关键在于必须集合自身发展现状利用技术创新，通过服务于生产制造过程科学管理的优化和产品质量的提升，从而向消费者提供满足需求的产品。不能只埋头于技术的精致，闭门造车，只顾急于“弯道超车”，而热衷于信息化的提升，投入大量资金搭建时下流行的各类的信息化系统，导致“信息化”过量，而“工业化”基础不足，企业管理和产品质量并无显著改善，遑论“智能制造”。
紧盯在行业技术发展环境下的客户需求变化，以此为前提，再结合自身的制造能力和现状，采用有助于改善企业管理，提高生产效率，保证产品质量，有助于企业实现“跨越式”发展的“信息化、智能化”技术手段。唯有如此，才能在此次技术革新中既不至于被淘汰，也不至于陷入“智能化”陷阱而在“弯道超车”的过程中“翻车”。
制造企业要实现智能制造或者说工业4.0，还需要下很大功夫，特别是致力于产品创新和大力提高产品质量，夯实制造基础，在完成工业3.0之后，再借助于大数据和人工智能，特别是机器自主学习功能。从智能工厂的视角观来说，将单个或多个有序组合的加工设备和测量设备作为一个加工单元，其所有的信息均存储于车间的“大脑”，即中央处理中心，每个加工单元相互独立且统一由中央处理中心进行调配。根据所要加工的产品特点自主选择加工路线和加工单元，并对加工过程中所出现的问题进行收集分析处理，实现由一条生产线的闭环加工到一个生产车间，甚至一座工厂的闭环，且拥有自主学习的能力，解决简单的意外情况。
在相应数据与外界联网之后，或许就达到了云工厂的目标，当然要实现这样的生产模式，达到机器在一定范围内拥有自主决策能力的梦想，未来还有很长的路要走。在现阶段生产线的闭环生产，以及生产线的自主选择，并依靠信息化而建立起来的辅助决策系统将是将来一段时间内制造业的主流模式。
智能化的生产本质是要将人从简单重复的机械式工作中解脱出来，进而从事更具有创造性的工作，扩大了人的可选择余地，解放了人。
参考文献
[1]熊梦珂，李臻，蔡冲.信息化背景下制造业的生产调度[J].现代企业教育.2014年6月，下期：445；
[2]张曙.中国制造企业如何迈向工业4.0[J].机械设计与制造工程.2014年12月，第12期：1-5；
[3]周佳军，姚锡凡，刘敏，张剑铭，陶韬.几种新兴智能制造模式研究评述[J].计算机集成制造系统.2017年3月，第23卷第3期：624-639.
作者简介
晁伟鹏，（1990，1-），男，汉族，陕西宝鸡，从事夹具设计与加工（含液压夹具）。本科，助理工程师。毕业于长安大学。
（作者单位：陕西法士特汽车传动集团有限责任公司）
关键词：自动化；信息化；工业4.0；智能制造
1、自动化、信息化生产的基本模式
随着经济的持续发展，中国的人口红利逐渐消失，人力成本高企，企业转型升级压力加大，几年前以富士康为首的制造业企业就提出机器换人的口号，以机械臂或者机器人代替生产工人，按照生产工艺的要求对设备进行流水线布局，使工件在各个工序之间自动转运自动加工，这种自动化生产模式对于产品加工具有很大的可控性，且受人为因素影响较少，便于提高生产效率。
在实际生产中，特别是对于全工序的生产模式，由于涵盖了零件加工的完整工艺流程和加工工序，即从接到产品图纸起的编排工艺到原材料准备、车铣加工，热处理，再到后续的磨削加工，刻字标识，包装入库，以及部分工序的特种加工等，其间无论是半成品零件的跟踪，生产进度的控制，还是待加工零件的质量回溯，以及生产数据的统计，都因为生产工序复杂，各工序相互协调度高，管理存在巨大困难。
所以在自动化生产模式中还需要加入信息化的管理模式。在生产中信息化的管理模式主要在于信息收集和处理，应用ERP系统进行生产管理，通过其数据信息共享优势，企业不需要通过人工输入数据、记录日常工作状况，而是采用目前较为成熟的条形码或二维码标识方法。生产系统在接到生产任务之后，由图纸编号产生对应的条形码/二维码，这样产品从开始录入到原料准备、热处理、转间直至最后入库，各工位只需要对零件的条形码/二维码进行识别确认即可，相应的信息可同步在电脑终端显示。管理员可通过数据终端快速查到受监控零件的加工位置，工序进展程度，入库时间以及即将入库数量。以此可实时掌握生产进度，有利于生产的调度与协调，提高加工效率，降低产品跟踪，质量回溯的时间成本。
在以上模式的生产环境下，数控机床的应用越来越普遍，然而对于数控铣床、加工中心等机床，其对零件的装夹并不能像数控车床那样，仅仅通过三爪卡盘或顶尖就能很方便快捷地进行装夹。这类机床一般都需要专用夹具，通过操作者手动装夹零件，比较费力，而且装夹可靠性不强，更重要的是相比于數控机床的加工时间，花费在工件位置调整和装夹上的时间过长，不能完全体现数控机床的优势。
2.自动化、信息化产品在线测量的重要性
产品是以质量为生命的，对于以数控机床，自动夹具，机械臂，流水线组成的自动化生产线，其初始状态的产品质量控制还是需要人工进行检测，这就产生自动加工与人工检测之间不可调和的矛盾。高效率的产品加工往往会因为人工检测的低效滞后而产生的批量废品，增加生产成本，同时随着生产效率的提高以及个性化生产的需求，人工检测显然不能满足自动化生产的要求。
以机器检测代替人工检测，实现在线自动测量，在理论上完全可以实现与生产同步的产品全检，百分之百保证产品质量。当然受制于技术的发展，全检在具体的生产线中会有一定困难，但是即使是进行抽检，在检测结果的可靠性，信息反馈的及时性上也有其不可否认的优势。在产品出现尺寸超差等不符合预设值等问题时，测量设备会进行报警并对前半段生产线进行自动停线，如果每个工位之间有半成品的储备，那么后半段的生产线可暂时不受停线影响。
当然自动化生产线最终的目标是实现生产—检测—反馈—调整—生产的闭环，这种闭环模式在单一数控设备上的实现较为简单，比如轧钢设备钢板厚度的自动控制，无心磨床工件直径的自动控制等。对于整条生产线而言就较为复杂，但基本原则还是以产品的关键工序为主，相应的加工设备和测量设备进行配合，对每一件加工完成的产品进行测量，测量结果与理论值进行比较，并将结果第一时间反馈给加工设备，设备在加工下一件产品之前对机床参数进行相应调整，以便更加接近理论值。
这种闭环模式可称之为智能化生产线的初始形态，也是目前较为流行的一种生产线模式。但是这种模式下的生产线所能加工的产品品种较为单一，设备与设备之间是预先设定好的机械式衔接，调整起来困难较大，且对于预设程序之外的问题不能进行反馈调整，远达不到智能化生产，甚至智能工厂的目标。
3.对智能制造的分析和前景的畅想
目前国内，在不同场合都能听到中国制造业可以借势即将来临的第四次工业革命“弯道超车”，实现“中国制造”向“中国智造”的飞跃。但是必须清楚认识到我国目前还处在工业2.0及工业3.0阶段，要尽快地赶上发达国家，关键在于必须集合自身发展现状利用技术创新，通过服务于生产制造过程科学管理的优化和产品质量的提升，从而向消费者提供满足需求的产品。不能只埋头于技术的精致，闭门造车，只顾急于“弯道超车”，而热衷于信息化的提升，投入大量资金搭建时下流行的各类的信息化系统，导致“信息化”过量，而“工业化”基础不足，企业管理和产品质量并无显著改善，遑论“智能制造”。
紧盯在行业技术发展环境下的客户需求变化，以此为前提，再结合自身的制造能力和现状，采用有助于改善企业管理，提高生产效率，保证产品质量，有助于企业实现“跨越式”发展的“信息化、智能化”技术手段。唯有如此，才能在此次技术革新中既不至于被淘汰，也不至于陷入“智能化”陷阱而在“弯道超车”的过程中“翻车”。
制造企业要实现智能制造或者说工业4.0，还需要下很大功夫，特别是致力于产品创新和大力提高产品质量，夯实制造基础，在完成工业3.0之后，再借助于大数据和人工智能，特别是机器自主学习功能。从智能工厂的视角观来说，将单个或多个有序组合的加工设备和测量设备作为一个加工单元，其所有的信息均存储于车间的“大脑”，即中央处理中心，每个加工单元相互独立且统一由中央处理中心进行调配。根据所要加工的产品特点自主选择加工路线和加工单元，并对加工过程中所出现的问题进行收集分析处理，实现由一条生产线的闭环加工到一个生产车间，甚至一座工厂的闭环，且拥有自主学习的能力，解决简单的意外情况。
在相应数据与外界联网之后，或许就达到了云工厂的目标，当然要实现这样的生产模式，达到机器在一定范围内拥有自主决策能力的梦想，未来还有很长的路要走。在现阶段生产线的闭环生产，以及生产线的自主选择，并依靠信息化而建立起来的辅助决策系统将是将来一段时间内制造业的主流模式。
智能化的生产本质是要将人从简单重复的机械式工作中解脱出来，进而从事更具有创造性的工作，扩大了人的可选择余地，解放了人。
参考文献
[1]熊梦珂，李臻，蔡冲.信息化背景下制造业的生产调度[J].现代企业教育.2014年6月，下期：445；
[2]张曙.中国制造企业如何迈向工业4.0[J].机械设计与制造工程.2014年12月，第12期：1-5；
[3]周佳军，姚锡凡，刘敏，张剑铭，陶韬.几种新兴智能制造模式研究评述[J].计算机集成制造系统.2017年3月，第23卷第3期：624-639.
作者简介
晁伟鹏，（1990，1-），男，汉族，陕西宝鸡，从事夹具设计与加工（含液压夹具）。本科，助理工程师。毕业于长安大学。
（作者单位：陕西法士特汽车传动集团有限责任公司）