摘要：智能制造的关键是智能制造技术的应用，相关技术多而复杂。制造业智能化是指各个制造产业的智能化，我国制造产业众多，各产业各有其复杂性与特点，对智能制造技术的应用也各具特色，从行业方面对技术应用加以研究十分必要。典型行业如汽车制造、航天航空制造，智能工艺和智能战略导向下的智能管理对汽车制造有促进作用，新型智能技术如虚拟现实技术加速了航天航空业发展。

关键词：智能工艺智能工厂物联网虚拟现实技术

发展民族经济，振兴民族产业必须紧紧依靠先进制造业的发展。而先进制造业的典型代表是智能制造，只有将智能制造深入到不同产业，用智能技术武装产业生产，才能使产业获得巨大发展，使赶超世界先进制造强国的中国梦得以实现。产业生产的智能化是一项复杂的系统工程，它需要在整体层面上的战略规划，还需要在技术层面上的策略安排。我国产业领域众多，其特点各异，推进产业生产智能化应该根据不同产业的具体情况，有针对性的开展。出于篇幅和水平限制，本文拟对汽车制造业、航空航天业两个行业的生产，探讨各自的智能化发展策略。

一、以智能工艺与智能战略取胜汽车制造业

汽车制造智能化可以从智能工艺和智能战略下功夫。智能战略这种软性手段是确保智能工艺这种硬技术实施成功的必要条件。

（一）智能工艺显身手

汽车制造由许多不同的工艺组成。要做到制造过程的智能化，就要从每一道工序，即基本单元上的智能化开始。工序智能化是整车制造智能化的基础。汽车制造基本工艺包括冲压工艺、焊接工艺、涂装工艺和总装工艺。

1.智能冲压。智能冲压一般由1台2500t伺服压力机、3台1000t机械压力机以及5台横杆机器人上下料自动线组成。生产实现了无人化、自动化，其节拍高、效率高，一方面降低了劳动强度，另一方面提高了设备利用率，此外还保证了生产安全和工人的健康。

2.智能焊接。智能焊接依靠数字化设计，采用虚拟仿真技术，优化了生产布局，合理化了加工过程，标准化了机器人操作，使生产的设计、加工、装配比传统工艺提高五倍以上。不但节约时间，而且质量优异，大幅提高经济效益。在复杂生产线的安装调试方面，基本能达到一次成功。

焊接智能化后，生产线广泛使用工业机器人，尤其在点焊、弧焊和包边，机器人操作的准确率、优质率高于普通工人，从而实现了全线生产的节拍高、质量优和生产自动化。其中在4平台6车型柔性共线生产，装配上柔性高速台车，实现了柔性化生产。

3.智能涂装。同样，智能涂装也对全过程采用数字仿真优化技术，做到了前处理电泳输送设备的高节拍、高柔性和高自动化，多平台车型生产实现并行化与柔性化，控制系统准确地实时跟踪车身，及时调整，确保电泳效果的最佳。

智能涂装广泛使用自动喷涂机器人和涂胶机器人，其中自动喷涂机器人包括自动擦净机器人、喷涂机器人和旋杯喷涂机器人。机器人的使用自动化程度高，劳动强度低，喷涂均匀，外观优美，不易出故障，十分可靠，此外还具有操作简单，灵活性与柔性俱佳，喷涂和底涂的质量都很高，节拍50s/台以上，效率极高等特点，可以避免操作中车身的二次污染，提高底涂抗石击性能。

4.智能总装。总装智能对总装车间系统，可以应用自动化。它包括动力总成转接系统、AGV系统、轮胎装配系统、风窗玻璃涂胶装配系统的自动化。管理信息系统是总装自动化的基础，其中，ERP、MES、质量管理系统、供应商管理系统的作用很大，它们实现了精准配送、精益化生产管理。EOL诊断系统和现场数据采集系统的运用，能自动采集和存储各个工位的加工数据，有效控制生产、加工和装配质量，追溯质量问题的根源。例如SPS+防错系统的采用，就能起到效率提高和质量稳定的双重效果。再如，利用模块化直送模式装配仪表台、座椅、轮胎、后桥，也能实现总装的自动化、效率化和精准化。

5.智能工艺的条件。为了实现以上四大智能工艺，企业必须建立一些必备的条件。例如建立工厂自动化系统，该系统符合混线排序生产模式，是全控制平台，准以太网接口及数据采集格式，全程监控运作状况，动态采集运行数据，与其他自动化系统对接，该系统具有多个加工各环节的AVI站点，它带有条码扫描功能，可实现全自动化生产。此外，智能工艺的实现还有赖于信息系统与车间设备集成。

（二）智能战略统领汽车制造

智能战略指引、规定着汽车工业的发展方向。虽然各汽车制造企业具体战略各异，但在工厂、物联网、制造模式、产品与服务这四个方面要做好统筹规划。

1.建设智能工厂。首先，实施自动化流水线。进行标准化生产，实现冲压、焊装、喷涂、总装的全程自动化，广泛采用机器人进行焊装、涂装，利用RFID射频识别系统实时采集信息，建设AGV自动物流系统。其次，建立ERP、MES系统。并将这些系统与控制系统集成，无缝衔接管理数据和生产数据。其三，建设PDM、P L M系统。采用三维仿真技术，事先模拟优化生产制造，以数字化虚拟技术最优化操作过程。其四，实施精益化生产。例如进行看板管理，即采用电子屏显示，运用RFID技术，依靠后道工序的需求来拉动前道工序运作。其五，实现大数据采集与分析。

2.开发面向管理的物联网技术。智能化管理技术之一是物联网技术，该技术的应用带给企业的成果是：效率提高，质量提升，成本节约。如何在汽车制造企业开发物联网技术呢？

第一，处理供应链上下游企业信息。实现订单、库存、生产、物流的匹配，实现生产同供应及销售相协调。例如，对销售商库存产品录入登记，随时跟踪、满足其訂货需要。

第二，建立虚拟平台。实现虚拟设计、虚拟开发，虚拟管理，以虚拟数据完成产品的开发设计，并反馈给研发者与制造者，完成虚实结合的生产过程。

第三，做好信息反馈。尤其是把制造相关信息反馈给管理层，实现管理层的相机而动。例如，建立各种管理信息系统，并予以集成，为管理层提供信息和决策支持。

3.以智能销售拉动汽车制造。市场决定生产，只有满足消费需求的销售才能带动、激活生产。近年智能型销售层出不穷，例如定制型销售、营销大数据分析、客户关系管理等，开发出这些新型营销系统后，再与ERP集成，实现生产信息与销售信息衔接。电子商务极大促进了汽车销售，销售商努力收集客户信息，进行营销大数据分析，对客户进行画像数据统计，描绘客户偏好图，开发客户价值管理系统。

4.以产品和服务的智能化占领汽车市场。服务也是产品。在产品方面，应做到自动驾驶、自动安全、自动避让等车体的智能化。在服务方面，使用物联网和互联网技术，实时监控汽车使用状况，自动得出维护方案，通过分析大数据，企业能够提供给客户良好的售后服务，例如维护、保养、技术升级，提高附加价值，降低全生命期使用成本。

二、领跑智能制造的航天航空业

航天航空制造业是世界制造业的最高端，它体现了复杂性、先进性的特点，也走在智能制造的最前沿。

（一）飞行智能制造技术应用分析

国际上飞行制造业竞争十分激烈，以智能制造为标志的独特飞行制造技术被航天大国加以应用，波音、空中客车等巨无霸飞机制造公司也密集使用这些技术。我国飞机制造企业也应该应用，追赶国际先进。

1.飞机健康管理技术。如同人体健康管理一样，飞机身体也要进行健康管理。飞机健康管理技术通过无线网络等先进通信技术与地面指挥调度中心联系，进行飞行状况数据和信息传送，使地面系统能实时监控飞行情况，对飞行数据实时动态分析，让机组成员、地勤人员和机修人员三方全面掌握飞机健康情况，对确保飞机健康、飞行安全和优质飞行服务有极大作用。这种健康监控利用了PHM技术的标准，能对燃油、电源、飞行控制等各种飞机子系统实施监控，有利于飞机的保养和维护，使飞机始终保持最佳状态。

2.复合材料技术。属于高技术范围的复合材料，在航天器和飞机制造中广泛使用，这是由复合材料的优质性和对飞机身体高质量要求决定的。复合材料重量轻、高弹性、耐火、耐压力、耐腐蚀、抗疲劳。随着现代复合材料技术的进步，复合材料在飞机上的应用已经从非承受力部件扩展到承受力部件，且有大型化和整体化趋势。该技术的智能化具体应用主要是：研制与生产飞机独特需要到复合材料；对飞机结构从使用复合材料的角度予以设计；采用有限元技术、裂纹闭合技术，以虚拟和实验手段对飞机复合材料评估；机器人加工复合材料，例如复合材料的切削、打磨、钻孔；复合材料CAD/CAM；复合材料生产装配机电一体化；自动铺层技术。

3.飞机智能装配技术。飞机的部件制造是离散性的，但是最终要经过整机的装配，装配是一项复杂的系统工程，人、财、物和时间消耗在整架飞机制造中占比例最大，其技术难度和要求的精确度不言而喻。装配应用技术主要有：利用三维分析模型进行数字化装配设计；采用仿真技术对装配过程进行虚拟设计；以机器人实施自动钻铆；对数字工艺设计技术和增强现实技术加以运用；把工艺装备嵌入自动计量网络；实现装配现场与工艺可视化；实现自动监控、自动测量。

4.工业互联网式制造技术。工业互联网促进了制造组织、生产模式的改变。工业互联网使飞机制造更具协调性，使生产管理技术更好的实现了知识共享，供应链更加协同、优化和高效。“互联网+制造”的模式带给飞机制造的结局是：设计、物流、生产和谐化，成本、质量、效益合理匹配，知识管理工程更好地得到应用。总之，网络化飞机制造充分体现了飞机制造的智能化特点。

（二）虚拟现实技术推进航天航空制造智能化

1.三种虚拟现实技术。现实技术是智能技术的典型代表。虽然是现实技术，但突出特点是虚拟性，即虚拟化了的现实。这里重点讨论虚拟现实、增强现实、混合现实三种技术。

虚拟现实技术（VR）。它由计算机交互作用，组成仿真系统，形成感受功能，感知事物位置、状态及动作，取代人类感觉器官，增强感受效果，强化感受反馈，使感受人有一种置身于仿真化的、虚拟环境的体验，感受到了三维空间中的立体实物，形成沉浸式的心理体验。虚拟现实包括虚拟世界、沉浸感、感觉反馈及交互性四个关键技术。

增强现实技术（AR）。它融合了虚拟信息与真实现场，它把虚拟信息真实化，即通过文字、图像、视频、音频、触觉手段，把虚拟信息转化为现实体验，使感受人从完全的虚拟环境中跳出来，进入被合成的真实环境里，使感受更直观、形象。这是一种虚实结合的技术，实现了实时交互和三维注册。

混合现实技术（MR）。如果真实环境和虚拟环境是两种极端环境，那么混合现实环境就是夹在它们中间的一种状态，它混合了真实和虚拟两种成分，把真实世界与虚拟世界的无缝连接。

2.工艺评审的虚拟现实。飞机制造和装配工艺，要经过评审合格后才能运用。其目的是确保图纸、模型、文件可行，解决设计矛盾，扫除技术障碍。传统的人工审查，效率低，失误多，劳动量大，精确度高。采用虚拟现实技术进行工艺评审后，评审人置身于虚拟环境中，以3D仿真技术模拟制造过程，评价虚拟事物转化为现实的可能性。这种评审省时省力，可靠性高。

3.工艺仿真的虚拟现实。智能化的飞机工艺设计采用仿真设计方式，建立仿真模型，把虚拟现实技术融入仿真中，把虚拟现实技术与工艺仿真软件集成，建立沉浸式、交互式仿真环境，使工艺设计人员沉浸到虚拟环境中，在工艺设计中，进行各种仿真活动，在虚拟世界中，感受信息、分析信息，在仿真中加入人的经验，做出科学预测。这一类过程有：工艺数字样机的运动机构模拟、空间分析与漫游，飞机全要素虚拟装配、飞机装配过程人机工程评估、工艺布局仿真与优化、交互式虚拟试验。

4.操作指南的虚拟现实。传统的操作指南以文档式的方式来静态表示，常为2D 圖形。采用怎强现实技术，在生产现场，建立增强现实的三维操作指南，把“虚”与“实”有效结合，在虚拟信息中实现真实的观察感受，把操作要求与立体画面叠加到加工实体上，使操作人增强对虚拟信息的理解，并将虚拟信息现实化，给操作人直观而真实的体验，提升其认知力，更有效地发挥操作指南的作用，使指南易于理解，便于操作，提高操作效率和操作准确性。

5.机器人监控的虚拟现实。智能机器人在飞机制造过程中被广泛运用，机器人操作范围有：制孔、焊接、搬运、涂胶、喷漆、装配、钻铆。这样，生产过程控制就由分散式改为了集中式，由现场式改为了远程式，虚拟控制取代了实体控制，实现了“虚”与“实”的有机结合。虚拟现实技术运用于监控，使监控更真实、灵活、方便和准确。该技术具备优秀的人机交互和沉浸感特点，把虚拟现实技术融入远程监控技术中，可以实现远程监控的现实性，监控人于实时监控中有置身其中的真实感受，把观测到的设备运行数据予以虚拟仿真，从而对设备实施交互式动态调整与控制。再有，在虚拟监控场景中，预设物与物之间的安全间隔距离，在检测到物-物距离小于预设值使予以报警。

6.全息索引的虚拟现实。飞机部件制造和装配车间，有大量的设备、工装夹具和零部件。生产者必须随时了解材料、加工、表面处理、检验等零件信息，还要获悉设备的运行状态和基本参数。他们只能到 PDM、ERP 等系统手动查询，这是一件麻烦、效率低下额外工作。如果采用全息索引技术，此问题能够方便快捷地予以解决，全息索引技术的基础是增强现实技术。使用中，采用文字、动画和图表，把欲查询的信息，放到真实现场中合适的位置，便能感受虚拟物件。进而，在全车间和全厂范围内，使用工业互联网，把每一个真实对象都赋予虚拟世界中的唯一身份，达到所有信息搜索的智能化。

制造业智能化关键是要把智能制造技术加以应用，而制造产业众多，每一个产业各有其特点，应用智能技术都有其特殊性，所以智能化策略也各具特色。制造业智能化是一项复杂的系统工程，我国每一个产业部门必须在技术应用上形成自己的策略。

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〔本文系湖南省哲学社会科学基金项目“‘2025湖南智造导向下的制造企业生产运营技术管理与实施对策研究”（课题批准号：16YBG021）阶段性成果。〕

（陈兵，湖南商务职业技术学院经贸学院。）