基于德國工業(yè)4.0背景下機械設計制造及其自動化行業(yè)的影響探討

程心遠

(上海理工大學,上海 200093)

基于德國工業(yè)4.0背景下機械設計制造及其自動化行業(yè)的影響探討

程心遠

(上海理工大學,上海 200093)

德國工業(yè)4.0的戰(zhàn)略部署與實施,影響并有力推動了世界范圍內(nèi)的工業(yè)大變革.本文基于德國工業(yè)4.0背景下,探討了《中國制造2025》的實際推進與實施情況,剖析其對機械設計制造及自動化行業(yè)發(fā)展所帶來的積極影響,并對機械設計制造及其自動化的未來發(fā)展趨勢進行探討.

德國工業(yè)4.0;機械設計制造;自動化行業(yè);影響

近年來,隨著我國科學技術(shù)的日益發(fā)展與完備,機械設計制造及自動化行業(yè)在此大背景下,呈現(xiàn)出較快的發(fā)展勢頭,有力推動我國社會經(jīng)濟的持續(xù)、高速、穩(wěn)健發(fā)展.當前,工業(yè)制造行業(yè)的發(fā)展已有較大程度提升,但隨著行業(yè)內(nèi)需求、要求的日趨多元化,對機械設計與制造提出了更高且更加多樣的要求,為了能夠較好的滿足此要求,需積極采取各種有效方法與措施,最大化提升機械設計、制造及其自動化水平.

1 機械設計制造及其自動化行業(yè)概述

機械設計、制造及其自動化作為一種綜合技術(shù)學科,涉及各種工業(yè)機械裝備與機電產(chǎn)品的全程(設計、制造到運行控制、維護等).機械被人們形象的稱之為quot;工程之母quot;,大到幾萬噸甚至十幾萬噸的巨輪,小到電話、手表或兒童玩具等,高精到航天飛機、機器人技術(shù)等,普通到曲別針、日常生活用品等,在社會領域內(nèi),幾乎全部行業(yè)均需要機械技術(shù)與制造.近年來,我國大型工業(yè)呈現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭,社會對機械設計與制造人才的實際需求不斷增加,機械類人才已成為行業(yè)的急需型人才.

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

在工業(yè)設計與制造方面,伴隨互聯(lián)網(wǎng)所帶來的影響與變革,當今云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高新技術(shù)的發(fā)展與完善,產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代已經(jīng)臨至.從全球角度總體來看,發(fā)達國家已開始借助這些關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢,展開自身機械設計、制造及其自動化行業(yè)的高速、穩(wěn)健、持續(xù)化發(fā)展.在發(fā)達的歐洲,德國結(jié)合機械行業(yè)未來發(fā)展趨向及自身實際,率先提出了quot;工業(yè)4.0quot;戰(zhàn)略概念,并期望以此來更好、更加全面的探索未來工業(yè)生產(chǎn)的新方向、新路徑.我們應關(guān)注到,伴隨工業(yè)技術(shù)與信息技術(shù)之間的持續(xù)、高度融合,計算機技術(shù)、網(wǎng)絡、軟件、信息技術(shù)與自動化技術(shù)的持續(xù)交織程度的加深,由此便產(chǎn)生了新的、充滿個性化與智能化的虛擬網(wǎng)絡,即quot;實體物理系統(tǒng)quot;.在美洲,美國政府還提出了符合機械行業(yè)未來發(fā)展趨向的新策略與口號,如quot;能源互聯(lián)網(wǎng)quot;、quot;再工業(yè)化quot;等,這有力推動著美國工業(yè)發(fā)展.另外,美國啟動了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的諸多計劃,比如quot;先進制造業(yè)quot;等;在亞洲地區(qū),韓國、日本等發(fā)達國家奮起直追,在機械設計制造及其自動化行業(yè)取得了許多成就.不僅在工業(yè)機器人方面,在各領域得到普及,而且還在持續(xù)提升自身的智能化程度.對于我國而言,我國明確提出quot;中國制造2025quot;的發(fā)展戰(zhàn)略,這一戰(zhàn)略被外界視為中國版的工業(yè)4.0.因德國工業(yè)4.0在具體形式、整體框架上,與我國工業(yè)發(fā)展格局與未來趨勢相一致,因而可借鑒德國在工業(yè)發(fā)展,尤其在機械設計制造及其自動化行業(yè)發(fā)展中的有益經(jīng)驗,推動我國實現(xiàn)更好、更快的發(fā)展.

3 基本特征

(1)工業(yè)4.0,互聯(lián)為其突出主題.在工業(yè)4.0架構(gòu)中,quot;連接quot;為其不變的主題,在社會體系中,幾乎囊括全部客戶、供應商、生產(chǎn)線與設備等.工業(yè)4.0與當前乃至今后的工業(yè)發(fā)展趨向相符,將各種通信設施、嵌入式終端設備、傳感器及智能控制系統(tǒng)融合在一起.然后利用信息物理系統(tǒng),組合成一個系統(tǒng)更加強大、更為智能的網(wǎng)絡服務架構(gòu),使物理世界與數(shù)字世界間、各種生產(chǎn)設備間、產(chǎn)品與生產(chǎn)設備間,均能夠真正意義上實現(xiàn)互聯(lián)互通,利用互聯(lián)網(wǎng)高效、快速的傳播特性,使系統(tǒng)、工作部件、機器等更加高效的運作與生產(chǎn),保持數(shù)字信息的持續(xù)融合.

(2)針對智能工廠而言,作為現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展驅(qū)動下的全新階段,將基于數(shù)字化工廠,運用各種設備監(jiān)控技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等,強化服務與信息管理.更加全面、深入、準確的了解與掌握產(chǎn)銷流程,提升整個生產(chǎn)過程的高效化與可控性,將生產(chǎn)線中的人工操作與干預降至最低.還能對各種生產(chǎn)線數(shù)據(jù)進行實時、準確的采集,對生產(chǎn)計劃即生產(chǎn)進度進行合理編排,通過各種智能系統(tǒng)、綠色智能手段的應用,建立一個環(huán)境舒適、高效節(jié)能的人性化、和諧化工廠.在整個工業(yè)4.0架構(gòu)中,智能工廠為其精髓所在.

(3)工業(yè)4.0時代,機器人、大數(shù)據(jù)技術(shù)及各類軟件為其助力.在實際生產(chǎn)過程中,機器人不僅能夠較好滿足多樣化的生產(chǎn)需求,而且還能改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式,減輕人力勞作,能夠使生產(chǎn)程度變得更加快速、高效.另外,基于工業(yè)4.0背景下,機器人將更加智能化,無論是在機器人之間,還是人與機器之間,均能夠?qū)崿F(xiàn)溝通,能夠利用海量的數(shù)據(jù)信息,判斷生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各種情況,及時作出處理與調(diào)整.

此外,為推動機械設計制造及其自動化行業(yè)的健康、持久發(fā)展,軟件與大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用必不可少.所以,高效化應用各種先進技術(shù)與理念,有利于推動工業(yè)4.0更好、更快的發(fā)展.

4 發(fā)展策略

(1)發(fā)揮工業(yè)4.0的導向作用,要學會放眼世界,深化自身認識,擴展思維深度,緊跟世界潮流與國家政策方向.當前,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍處于高速發(fā)展狀態(tài),只有緊跟工業(yè)4.0理念下機械設計制造及其自動化行業(yè)的發(fā)展趨向,并與自身實際相結(jié)合,方能做到與工業(yè)4.0相一致,才能為企業(yè)更好發(fā)展、為行業(yè)健康發(fā)展,去制定模式、鋪平道路、指明方向.

(2)以工業(yè)4.0標準為自身的發(fā)展標尺,制定更加標準化的發(fā)展進程,實時分享工業(yè)標準化所帶來的有益經(jīng)驗.實現(xiàn)工業(yè)的標準化,不僅是建設智能工廠的基礎前提,還是推動機械設計、制造及其自動化行業(yè)符合德國工業(yè)4.0要求的重要內(nèi)容.在工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造中,只有先實現(xiàn)工業(yè)標準化,才能使生產(chǎn)的產(chǎn)品可追溯、可移植,在貨期與質(zhì)量方面才能更好控制,因而能夠促進機械設計制造的高效化、優(yōu)質(zhì)化,因此,在德國工業(yè)4.0的大背景下,只有始終遵行合理、規(guī)范的原則體系,以其引導為導向,才能更好地推動整個機械設計制造及其自動化行業(yè)的深入、系統(tǒng)化發(fā)展.

5 發(fā)展趨勢

(1)數(shù)字化設計.目前,無論是網(wǎng)絡技術(shù),還是計算機技術(shù)、工業(yè)制作技術(shù),均得到較快發(fā)展,而在此大背景下,只有實現(xiàn)三者的有機結(jié)合,方能更好的實現(xiàn)數(shù)字化制造.當前,在各類型制造企業(yè)當中,許多已實現(xiàn)數(shù)字化信息傳播,另外,對于企業(yè)內(nèi)各部門而言,在彼此的協(xié)調(diào)能力方面,也得到顯著提升.在各種數(shù)字化技術(shù)的有力支撐下,收集產(chǎn)品信息的方法變得更加多樣,方式也更為靈活,信息內(nèi)容更加全面.此外,在實際生產(chǎn)中,還切實實現(xiàn)了仿真化,因而能夠顯著縮短生產(chǎn)時間與流程,提升整體的生產(chǎn)效率.

(2)低耗能化的生產(chǎn)全程.隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展及工業(yè)革命的持續(xù)推進,或多或少的會對環(huán)境帶來污染與影響,另外,資源的大量使用,使得各類資源變得更為短缺,甚至有枯竭風險.尤其是在工業(yè)4.0要求和諧化發(fā)展的背景下,人們在發(fā)展工業(yè)時,尤其是發(fā)展機械設計、制造及其自動化行業(yè)時,需特別注重環(huán)境保護問題,因此,在今后的發(fā)展道路上,低能耗及保護環(huán)境是未來發(fā)展趨勢.比如針對機械制造業(yè)當中所使用的材料,不管是回收使用,還是消除處理,均需做到環(huán)保與低能耗.此外,在選擇某一項新的機械設計或技術(shù)時,已不再單純性的強調(diào)或考慮效率性,而是更加注重低能耗.因此,這不僅與工業(yè)4.0時代要求相符,而且還滿足我國國情需要與未來發(fā)展需要.

6 結(jié)語

綜而觀之,從原本的中國制造發(fā)展至中國智造,乃是我國經(jīng)濟發(fā)展的本質(zhì)目標.在工業(yè)4.0的發(fā)展背景下,持續(xù)推動我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級,深化同德方的交流與合作,結(jié)合各方面有利因素,借鑒工業(yè)4.0所帶來的發(fā)展機遇與方向,將有利于推動我國機械設計、制造及其自動化行業(yè)的更好、更快發(fā)展.

[1]劉英, 趙茂程, 單玉霞等. quot;中國制造2025quot;引領下的案例教學研究[J]. 機械設計與制造工程, 2016, 45(12):100-103.

[2]朱言亮. 機械制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向探究[J]. 工程技術(shù):全文版, 2015(12):00265-00265.

[3]張曙. 工業(yè)4.0和智能制造[J]. 機械設計與制造工程,2014(8):1-5.

TH122;TH16

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1671-0711(2017)11(下)-0185-02