基于工业4.0的智能制造生产线布局设计

基于工业4.0的智能制造生产线布局设计
摘要：在全球经济化推动下，目前全球以智能为核心的科技革命正风起云涌，
在科技化、智能化、信息化发展过程中推动产业革命快速发展。

在全新的时代工
业革命发展中，传统生产制造业需要对工业4.0建立全新的认识，紧跟时代发展
步伐，积极转型，探求新型发展模式。

引言
工业4.0主要是以智能制造为主导，对传统工业制造技术进行创新，与新时
期互联网技术进行融合，通过智能化技术应用对设备产品进行生产制造。

本文概
述了工业4.0的基本内涵，分析了工业4.0的智能制造生产线实训设备设计，供
相关人员参考。

1工业4.0的基本内涵
工业4.0是以智能化技术为核心开展制造产业的第四次工业革命，主要是将
信息大数据、互联网技术、物联网技术等全面融合，推动生产方式重大变革。

工
业4.0对各类新型智能化技术进行应用，智能化制造生产技术就是对信息网络技术、传感技术、自动化技术等进行全面结合，对生产设备、制造流程设备技术工
艺进行优化。

智能制造就是保障信息化、智能化、科技化、工业化能全面融合，
智能制造是在科学技术应用基础上全面提升生产制造技术工艺，对原有的生产流
程进行全面优化，提升制造生产效率，对推动制造产业全面发展具有重要意义。

2智能制造生产线的工艺设计
工厂现有工艺路线是基于现有的设备，工序十分分散，还有大量的手工工序，严重依赖操作者的技能。

这种工序过于复杂的现象不适于自动化生产线的加工。

智能制造线内的加工工艺必须重新编制，对现有工序进行大幅度整合，充分利用
智能制造线的自动化设备优势，采取工序集中原则，大幅减少工序，减少装夹次数，利用设备的功能优势保证加工的一致性及加工质量，减少对操作技能的依赖，实现零件在线内的高效加工与流转。

智能制造生产线的设计基础是进线零件的加
工工艺设计，工艺设计应先行开展，并要经过充分讨论。

工艺将起到如下作用：（1）设计了零件的加工工艺流程，零件在线内各设备之间的流转顺序；（2）工
序种类直接影响生产线的设备种类，设备是最大的投资；（3）设计了各工序的
加工内容，工序的加工时间决定了设备的需求数量；（4）切削参数决定了加工
的质量及节拍、刀库容量、托盘缓冲站数量。

例如，某液压关键件结构复杂、加
工精度要求高，现工艺路线工序十分复杂，有大量的非数控加工及非机加手工工
序穿插其中。

这种复杂工序的传统工艺显然不适合智能制造，必须使制造工艺模
式有大的变革，需要大幅度工艺优化甚至推倒重来，向具有“基于CPS系统支持、智能生产调度、大量采用自动化智能设备、大量采用高精度快换工装、自动装夹、自动物流配送、工序集中的智能加工”方式转换。

智能制造工艺与传统工艺的差别在于极大减少对人工技能的依赖，发挥高档设备优势。

经过重新设计的智能制造
工艺，将原来40多道工序压缩为10道，把毛坯粗加工、热表处理及特种检验都
放在线外，这样就较适合智能制造的工艺了。

智能制造工艺必须考虑自动化运行
所带来的新问题及特殊性，主要是对加工过程中的异常情况能够及时判断并处理。

例如，刀具的寿命管理，因为无人加工，所以刀具必须在崩刃或断裂前进行自动
更换，或者在加工过程中监测到刀具异常后立即处理。

这在工艺规程中主要是严
格控制切削参数，控制数控程序的加工时间，规定刀具的使用寿命并进行管理，
对所涉及到的数控程序名称、刀具类型、刀具规格、切削参数、加工时间、设备
选择、装夹方案等都务必详细准确。

智能制造生产线的投资巨大，通常可达数千
万甚至过亿，设备的利用率及投资回报率不能不考虑。

例如，某些零件的某些工
序加工量很小，造成某些设备利用率很低，工艺设计需要平衡此事；再如，发动
机机匣加工线，绝大部分是铣工序，车削的工作量很小，因此选择铣车复合加工
中心，以铣为主，兼顾车削。

若选择数控立车，此设备利用率将低。

智能制造的
终极目标是要实现“批量定制”的市场需求，因此，智能制造工艺的设计也要考虑
到批量定制的加工需求，要考虑到产品的系列化及兼容问题。

3工业4.0的智能制造生产线实训设备设计
3.1加强有效生产规模
工业4.0在生产技术方面的创新应用，能将云计算、互联网技术、传感技术
等进行全面结合，提升工业化生产制造效率。

在设备生产制造过程中，生产环节
具有较强的及时性，信息技术应用可能性在不断提升，使得设备制造自由度逐步
扩大。

此外，为了满足不同客户基本要求，满足客户基本要求。

从传统个性化生
产过程中，要将个性化生产与制造进行合理转换，全面适应市场多样化发展要求。

不同设备对生产活动进行执行时，多项数据会录入到云计算中心，计算中心对数
据进行整合分类，传输到制造中心。

3.2注重服务职能
在传统制造生产业发展过程中，仅仅是重视生产与制造，对服务职能重视度
较低。

随着工业4.0时代全面发展，促使产业生产制造效率逐步提升，不同产业
发展过程中竞争压力逐步扩大，对服务职能也具有较大要求。

传统生产制造产业
要更加重视优化自身服务智能，适应现代人群各项需求，在传统设备产业中要合
理融入服务技能。

在各类产品购置过程中，要重点发挥产品应用价值，强化其服
务能力，提升制造企业基本服务状态，使得传统制造产业能朝着服务制造企业发展。

例如消费人员要定制不同产品，消费人员在智能化终端基础上通过家庭互联
网平台能提出产品多项要求。

各项数据分析过程中合理应用云技术与数据分析技术，企业结合客户要求生产相应产品。

3.3重视发展驱动的合理转型
在过去传统制造产业发展过程中大多都是以消耗劳动力为主，在扩大资本投
入基础上注入发展动力。

此类发展模式缺乏有效动力，对制造产业可持续发展未
能起到良好的推动力。

此类依赖性因素对推动企业全面发展具有较大限制性。

在
工业4.0智能生产线设备设计中要注入更多创新发展要素，做好生产创新、组织
模式创新、管理创新等，为自身全面发展提供有效动力。

4发展
我国制造业正在实施创新驱动发展战略，在新一轮工业革命的大背景下，智
能制造是主攻方向。

在发展智能制造的过程中，必须重视基础工艺技术和数字化
制造技术的研发及成熟度，科学合理的工艺技术是智能制造生产线设计及运行控
制的基础。

所以，以我国制造业的现状，发展智能制造，应首先重视研发工艺技术，将智能制造的思路贯彻到工艺设计中，参考“工业4.0”的思想，以成熟的柔性制造系统（FMS）的设计思路为基础，以大幅提高效率为目标，设计工艺。

工艺
成熟后，研发具有一定智能排产、智能调度、自动化物流仓储，数据采集及故障
诊断的智能制造单元，积累工艺经验后，进而将智能制造提升到一种更加柔性化、智能化以及集成化的高度，逐步实现智能制造单元—智能车间—智能制造生产线—智能工厂的演进。

结语
当前我国诸多设备生产企业整体利润较低，设备附加值有待提升，在工业4.0生产模式全面推动下能有效降低设备成本。

此模式也能逐步推动我国现代化工业
生产朝着分散式转变，各类设备个性化特征更加明显，能建立新型产业链组织结构，创新智能化生产消费模式。

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