淺析自動(dòng)控理論對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)的影響

(太原理工大學(xué) 山西 太原 030024)

一、引言

“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的制造業(yè)迎來的更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，制造業(yè)中的機(jī)械設(shè)備以及控制設(shè)備在隨著科技的不斷進(jìn)步而發(fā)生著翻天覆地的變化。在社會(huì)成本不斷上漲的過程中，當(dāng)今市場要想在競爭如此激烈的環(huán)境中獲得更大的生存和發(fā)展空間，那就需要更多的運(yùn)用自動(dòng)控制理念以及相應(yīng)控制設(shè)備來實(shí)現(xiàn)成本的最優(yōu)控制，促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步

二、自動(dòng)控制理論與現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

(一)自動(dòng)控制理論的發(fā)展概述。自動(dòng)控制理論是以反饋理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)節(jié)原理，主要用于工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)控制。隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，為適應(yīng)宇航技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制理論跨入了一個(gè)新的階段——現(xiàn)代控制理論。它主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)的最優(yōu)控制問題，主要采用的方法是以狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)空間法。目前，自動(dòng)控制理論還在繼續(xù)發(fā)展，正向以控制論、信息論、仿生學(xué)、人工智能為基礎(chǔ)的智能控制理論深入。

(二)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。制造業(yè)是一個(gè)國家國際競爭力和綜合實(shí)力的重要表現(xiàn)，制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展不僅對(duì)于國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義，也是提高生產(chǎn)力和人民生活水平的重要環(huán)節(jié)。我國社會(huì)主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。從上一階段講的“物質(zhì)文化需要”到如今的“美好生活需要”，從解決“落后的社會(huì)生產(chǎn)”問題到解決“不平衡不充分的發(fā)展”問題，這反映了我國社會(huì)發(fā)展的巨大進(jìn)步。從十九大提出的社會(huì)矛盾的變化也不難看出我國現(xiàn)代制造行的發(fā)展是值得肯定的。但制造業(yè)的整體水平還相對(duì)落后的，自動(dòng)化程度不高，智動(dòng)化水平更是寥寥無幾。

三、自動(dòng)控制與現(xiàn)代制造業(yè)的結(jié)合——智能制造

無論是為了滿足社會(huì)需求還是謀求更高的利潤，制造業(yè)的發(fā)展趨勢還是在朝著自動(dòng)化和智能制造的方向在發(fā)展。智能結(jié)構(gòu)體通過感知和認(rèn)知形成意識(shí)，通過意識(shí)約束和指導(dǎo)行為，通過對(duì)行為能力和行為過程的總結(jié)用提煉形成經(jīng)驗(yàn)，借助經(jīng)驗(yàn)對(duì)未來的變化做出判斷和分析，并在更高的標(biāo)準(zhǔn)上優(yōu)化和提升自身的意識(shí)。讓工廠變得智能，就要把工廠變?yōu)橐粋€(gè)智能結(jié)構(gòu)體，就需要建立工廠的意識(shí)，協(xié)調(diào)工廠的行為，洞察工廠的數(shù)據(jù)。鴻海集團(tuán)總裁郭臺(tái)銘先生曾說：“我們要做智能制造，要做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，就是要建好云、移、物、大、智、網(wǎng)，加上機(jī)械人”。其中包括信息的云端存儲(chǔ)和運(yùn)算；移動(dòng)通訊、遠(yuǎn)端遙控；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)(制造大數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈大數(shù)據(jù)、用戶需求大數(shù)據(jù))；智能數(shù)據(jù)(智慧分析、能力執(zhí)行)；網(wǎng)路傳輸(物對(duì)物，廠對(duì)廠，機(jī)器對(duì)機(jī)器)；機(jī)器人。只有這樣才能真正意義上實(shí)現(xiàn)智能制造。智能制造的整個(gè)流程大致可分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)：

(1)訂單信息處理。任何一個(gè)產(chǎn)品從其理念雛形的誕生到最終能夠批量生產(chǎn)都經(jīng)歷了一個(gè)漫長的過程。而客戶訂單信息處理包擴(kuò)了原材料、工藝需求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、包裝方式以及出貨數(shù)量等一系列客戶需求，傳統(tǒng)制造要需要大量人來來完成信息的拆分與整合。而智能制造則只需要運(yùn)用大數(shù)據(jù)和智能數(shù)據(jù)以及工程師的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析就能完成客戶訂單信息的拆分與整合，這不僅使整個(gè)環(huán)節(jié)更加高效還大大的降低了人工成本。

(2)產(chǎn)品智能生產(chǎn)。產(chǎn)品在制造環(huán)節(jié)中，在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)產(chǎn)品的信息管理以及品質(zhì)監(jiān)控，清楚的掌握產(chǎn)銷流程，提高了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的可操控性，在整個(gè)環(huán)節(jié)上減少了產(chǎn)線上過多的人員參與降低了人工對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的品質(zhì)管控的干擾。并且即時(shí)準(zhǔn)確地采集了生產(chǎn)數(shù)據(jù)和品質(zhì)數(shù)據(jù)，以便合理安排生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)便于整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)品質(zhì)的自我調(diào)控，從而使得整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)更加的智能化、高效化。

(3)供應(yīng)鏈的云端智能監(jiān)控。企業(yè)自誕生之日起，就難以擺脫庫存的困擾，如何降低庫存成本、提高庫存周轉(zhuǎn)效率，一直是企業(yè)老總們格外關(guān)心、卻不容易實(shí)現(xiàn)的難題。也正因?yàn)槿绱?，“零庫存”的誘惑才如此之大。而同時(shí)應(yīng)加以注意的是，由于產(chǎn)品是依托于整條供應(yīng)鏈的運(yùn)轉(zhuǎn)才得以生產(chǎn)、加工和銷售的，產(chǎn)品的價(jià)值或價(jià)格是由整條供應(yīng)鏈的成本決定的，而不僅是某個(gè)環(huán)節(jié)。所以，所謂的“零庫存”應(yīng)該以整條供應(yīng)鏈為考慮基礎(chǔ)，更多的依靠物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)(制造大數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈大數(shù)據(jù)、用戶需求大數(shù)據(jù))；智能數(shù)據(jù)(智慧分析、能力執(zhí)行)；網(wǎng)路傳輸(物對(duì)物，廠對(duì)廠，機(jī)器對(duì)機(jī)器)等手段將整條供應(yīng)鏈的上下游協(xié)同配合；實(shí)時(shí)交互供應(yīng)鏈上下游的信息，實(shí)現(xiàn)JIT精益生產(chǎn);同時(shí)要有強(qiáng)大的物流系統(tǒng)作支撐。最終完成整條供應(yīng)鏈的信息化聯(lián)動(dòng)，才是通向“零庫存”的必由之路。

四、智能制造的還需攻克技術(shù)難題

智能制造更重要的是一種思想而不是一門技術(shù)，由于智能制造產(chǎn)業(yè)具有需求多樣化、碎片化的特點(diǎn)，需要對(duì)于不同的企業(yè)要分門別類拿出不同的解決方案因企制宜，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。盡管從中央到地方都有扶持計(jì)劃，但總體零散、缺乏系統(tǒng)性，難以形成協(xié)同發(fā)展，政策扶持效果總體并不理想。有些行業(yè)歸口和行業(yè)規(guī)劃還需明確，行業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn)研究還存在缺位。

作為智能制造的核心，自動(dòng)化設(shè)備和智能化軟件搭起的互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，而它的載體——工業(yè)機(jī)器人行業(yè)關(guān)鍵元部件主要依賴進(jìn)口，比如高性能交流伺服電機(jī)和高精密減速器，還有數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的功能性部件和3D打印機(jī)的核心部件激光器，智能制造諸多基礎(chǔ)技術(shù)方面仍然停留在仿制層面，創(chuàng)新能力不足，關(guān)鍵技術(shù)難以突破，造成國產(chǎn)智能制造企業(yè)成本居高不。

智能制造方式建立在自動(dòng)化、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等一大批高新技術(shù)的綜合運(yùn)用上，找尋合適的技術(shù)源來改造企業(yè)生產(chǎn)模式成為智能制造能否成功的關(guān)鍵要素；現(xiàn)實(shí)中，大型技術(shù)供應(yīng)商更多提供成套的智能制造技術(shù)解決方案，改造成本高；而中小型技術(shù)供應(yīng)商則難以提供匹配度高的智能制造技術(shù)和管理模塊，改造效果差。此外，部分中小型企業(yè)由于資源限制導(dǎo)致難以搜索到外部智能制造技術(shù)商，憑借企業(yè)自身技術(shù)存量難以實(shí)施有效的智能制造改造。

智能制造并不等于機(jī)器換人。機(jī)器人并不能完全替代人工，且智能制造與機(jī)器人自身發(fā)展離不開專業(yè)技術(shù)人員，其催生的新產(chǎn)業(yè)生態(tài)更是需要大量合適勞動(dòng)力。因此，如果不能形成智能人才支撐，企業(yè)可能跌入轉(zhuǎn)型陷阱：有智能工廠，卻沒有人操作?！盎ヂ?lián)網(wǎng)”和智能制造時(shí)代對(duì)技術(shù)技能人才知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)合型的要求更高，但企業(yè)普遍面臨的窘境是，目前院校培養(yǎng)的學(xué)生素質(zhì)和企業(yè)實(shí)際要求嚴(yán)重脫節(jié)，許多新業(yè)態(tài)已風(fēng)生水起，但院校卻沒有相關(guān)專業(yè)。

五、綜述

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)帶來，傳統(tǒng)的現(xiàn)代制造業(yè)正在向著智能制造方向蓬勃發(fā)展。而智能工廠成為了智能制造的一標(biāo)志性的產(chǎn)物。它基于現(xiàn)代數(shù)字化工廠，大量的運(yùn)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，大數(shù)據(jù)，人工智能等前沿科技，將大量數(shù)據(jù)高度集合而又分門別類的進(jìn)行梳理，最終構(gòu)成一個(gè)高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的任性化工廠。

就目前現(xiàn)狀而言現(xiàn)代制造業(yè)正在伴隨著自動(dòng)控制理論的發(fā)展而發(fā)生著翻天覆地的變化，并有著一個(gè)良好的發(fā)展前景。其主要的方向圍繞著提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量等方向來提升企業(yè)的整體競爭力。因此作為企業(yè)要發(fā)展好云、移、物、大、智、網(wǎng)、機(jī)械人等現(xiàn)代前言科技，努力培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，推動(dòng)企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。為更好的實(shí)現(xiàn)智能制造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)也是為了共筑中國制造2025增磚添瓦。