智能制造技术在硬质合金工业中的应用与优势

显示全部楼层 · 发表于 2024-7-26 08:21:24

摘要：
随着科技的飞速发展，智能制造技术已逐渐成为制造业的核心驱动力。本文深入探讨了智能制造技术在硬质合金工业中的广泛应用，全面分析了其对该产业发展所起到的关键作用。文章开篇对智能制造技术的定义与内涵以及分类进行了详细阐述，随后重点论述了其在硬质合金生产中的具体应用实践。在此基础上，文章进一步探讨了智能制造技术在提升硬质合金生产效率、降低生产成本、优化产品质量以及推动产业绿色可持续发展等方面所展现出的显著优势。最后，文章对智能制造技术在硬质合金工业的未来发展趋势进行了科学展望，以期为该产业的持续创新与发展提供有价值的理论参考和实践指导。
关键词：智能制造技术；硬质合金工业；应用实践；行业变革；发展趋势
一、引言
硬质合金作为一种具备极高硬度与耐磨性的先进复合材料，因其独特的物理和化学性能，在众多工业领域如切削工具、磨具磨料、地质钻探、耐磨零件等得到了广泛应用。随着全球经济的蓬勃发展和制造业的不断升级，硬质合金工业面临着日益严峻的挑战与更高层次的技术需求。传统的生产方式已难以满足现代制造业对硬质合金产量、质量和环保等多方面的严格要求，因此，寻求一种高效、环保且具备高度自动化的生产方式成为硬质合金工业发展的迫切需求。
智能制造技术作为当今制造业的前沿科技，以其信息感知、优化决策、执行控制、深度学习等功能，为传统制造业注入了新的活力。其在硬质合金工业中的应用，不仅能够显著提升生产效率，降低生产成本，还能优化产品质量，减少环境污染，从而推动整个产业的绿色可持续发展。因此，深入研究和探讨智能制造技术在硬质合金工业中的应用具有重要的现实意义和工程价值。
二、智能制造技术概述
智能制造技术是通过计算机模拟和智能分析，实现制造业智能信息的收集、存储、共享和继承，极大提高生产效率的先进制造技术。它包括自动化、信息化、互联网和智能化四个层次，涵盖智能装备、工业互联网、工业软件、3D打印和系统集成等多个方面。应用领域广泛，包括工业自动化、智能制造、智能物流、智能家居等。优势包括提高生产效率、降低成本、提升产品质量和灵活性。面临的挑战包括技术集成度、数据安全、人机协作等问题。
（一）智能制造技术的定义和内涵
1、定义
智能制造技术是利用计算机模拟和智能分析，对制造业智能信息进行收集、存储、完善、共享、继承和发展，以提高生产效率的先进制造技术[1]。智能制造技术的核心在于通过信息技术与制造技术的深度融合，实现制造过程的自动化、信息化和智能化，从而提高生产效率和产品质量。
2、内涵
智能制造技术包括智能制造技术和智能制造系统，智能制造系统不仅能不断充实知识库，还具有自学习功能，能够收集和理解环境信息和自身信息，并进行分析判断和规划自身行为[2]。智能制造技术的内涵体现了其系统性、自主性和学习能力，能够适应不断变化的市场需求和技术环境，持续优化生产过程。
（二）智能制造技术的分类
智能制造技术是现代制造业发展的重要方向，其核心在于通过集成先进的信息技术和制造技术，实现生产过程的自动化、智能化和优化。智能制造技术的分类广泛，涵盖了多个层面和环节，主要包括以下几个方面：
1. 智能装备：包括传感器、仪器仪表、自动识别设备、人机协作系统、控制系统、工业机器人、数控机床等，这些装备具备一定的智能特性，能够进行自主决策和优化操作[3]。
2. 智能工厂：指整个工厂系统的智能化，包括智能设计、智能生产、智能管理和工厂智能物流等，实现生产过程的自动化、信息化、可视化、协同化、智能化和虚实一体化[3]。
3. 智慧供应链：涉及供应链的建设、管理与评估，包括数据共享、系统建设及部署、供应商管理、业务协同管理等，以提高供应链的效率和响应速度[3]。
4.智能服务：包括大规模个性化定制、网络协同制造、远程运维服务等，通过服务的智能化提高用户满意度和服务效率[3]。
5. 智能赋能技术：涉及人工智能、工业大数据、工业软件、工业云、边缘计算、数字孪生、区块链等技术，这些技术为智能制造提供强大的数据支持和智能分析能力[3]。
6. 工业网络：包括工业无线网络、工业有线网络、工业网络融合和工业网络资源管理等，确保工厂内部及不同系统层级之间的数据传输和通信[3]。
7. 行业应用：智能制造技术在不同行业如船舶、建材、石化、纺织、钢铁、轨道交通、航空航天、汽车、有色金属、电子信息、电力装备等行业有特定的应用标准和实施指南，以适应不同行业的特定需求[3]。
三、智能制造技术在硬质合金工业中的应用
智能制造技术在硬质合金工业中的应用主要体现在以下几个方面：
1. 材料制备与加工的智能化
随着高端新材料智能制造的发展，硬质合金的制备与加工技术也在不断进步。例如，航空发动机核心零部件的复杂空心高温叶片，通过定向凝固技术和单晶生长技术，提高了合金的塑性和热疲劳性能[4]。
2. 材料组织性能的精确设计与控制
智能制造技术通过集成计算材料工程、大数据分析、人工智能等前沿技术，发展高效研发模式，实现材料组织性能的精确设计与制备加工过程的精确控制[4]。
3. 智能化生产流程
硬质合金工厂通过引入智能制造技术，实现生产流程的自动化、信息化、可视化、协同化、智能化和虚实一体化，提高生产效率，降低运营成本[5]。
株钻公司聚焦实际业务需求开展数字化转型工作，贯彻“数字株钻，智造未来”发展理念，以新马精密刀片厂为试点，致力打造精益化、信息化、自动化“三化融合”的智能工厂，公司智能制造和现场管理水平持续提升。下一阶段，株钻公司将以《数字化转型三年行动计划》为纲领，依托5G专网、搭建SCADA数采系统数据采集和分析技术，结合MES系统的数字化生态，在成熟稳定区域实现更多数字科技应用和场景创新，逐步实现生产数字化，加快推进公司智能工厂建设[6]。
4. 设备协同与自动化改造
通过自动化设备与信息化系统的集成，减少现场作业人员，降低人为因素的影响，提升作业标准度[5]。
株硬集团作为硬质合金行业的龙头企业，已经实现了钻头成型车间的完全自动化，显著提升了生产效率和产品品质。通过智能制造装备的覆盖和制造工艺水平的提升，株硬集团实施了精益生产和精细化管理，增强了企业抵御风险的能力，实现了逆势而上的稳定增长[7]。
5. 数据驱动与知识模型
收集生产经验，形成知识模型，实现业务数据全量全要素链接，确保形成完整的数据库，对数据进行分析和模型建立，以数据驱动技术螺旋上升[5]。
6. 产业链协同
硬质合金产业链上下游企业通过技术交流、资源共享，实现数据、设备、技术、人员、资金的多方合作，提升技术水平，为相关行业提供更高性能的终端产品[5]。
郴州钨公司特种钨基新材料粉末智能生产线集中了中钨高新系统内的工艺与装备技术优势资源，聚焦粉末制备关键工序核心装备升级，致力于建成碳化钨粉行业灯塔式工程，实现“黑灯工厂”的目标[8]。
7. 高性能硬质合金的研发
随着现代制造业的发展，对硬质合金工模具产品的质量和性能提出了更高要求。超细晶和纳米晶硬质合金因其显著提高的硬度、耐磨性和断裂强度，在高端加工技术领域具有重要应用[9]。
8. 资源保护与高附加值利用
通过智能化、信息化手段提高钨资源开发利用效率，推动硬质合金产品的国产率，替代昂贵的进口产品，实现资源的高附加值利用[9]。
智能制造技术在硬质合金工业中的应用，不仅提升了材料的性能和制造工艺，还促进了整个产业链的协同发展，为硬质合金产业的转型升级提供了强有力的技术支撑。
四、智能制造技术在硬质合金工业中的优势
智能制造技术在硬质合金工业中具有显著的优势，这些优势主要体现在以下几个方面：
1. 提高生产效率和降低成本
通过自动化程控设备与信息化系统的集成，硬质合金智能工厂实现了生产流程的自动化和信息化，显著提升了生产效率，同时降低了运营成本[5]。
2. 改善工作环境
智能制造减少了现场作业人员，改善了工作人员的劳动环境，减少了由于人工操作带来的不稳定因素[5]。
3. 减少人为错误
自动化和信息化的实施降低了人为因素对产品质量的影响，提升了作业的标准度和一致性[5]。
4. 知识沉淀和技术协同
通过收集生产经验，形成知识模型，智能制造有助于行业知识的沉淀和技术的协同，提高了研发层面的决策效率和生产执行层面的设备自我协同能力[5]。
5. 数据驱动的决策优化
硬质合金产业通过智能制造实现了业务数据的全量全要素链接，形成了完整的数据库，利用数据治理技术进行数据分析和模型建立，帮助企业更快更准确地做出决策[5]。
6. 促进产业协同
智能制造推动了上下游企业间的技术交流和资源共享，消除了信息壁垒，实现了企业间数据、设备、技术、人员、资金的多方合作，提升了整个行业的技术水平[5]。
7. 提高产品质量
自动化检测设备的应用，如长城装备公司开发的PCB棒材自动化检测机，可以快速精确地测量硬质合金PCB棒材的多个参数，提高了产品质量的一致性和可靠性。
8. 优化供应链管理
智能制造技术有助于实现供应链的透明化和优化，通过实时、精准的排产、订单、生产管理，减少紧急调货和库存积压问题。
9. 资源高效利用
通过智能化、信息化手段提高钨资源开发利用效率，推动硬质合金行业向资源循环利用、效率不断提升的方向发展[5]。
10. 提升产业技术水平
智能制造技术的应用有助于硬质合金产业的技术进步，为精密制造业、能源及基础设施建设等行业提供更高性能的终端产品[5]。
五、智能制造技术在硬质合金工业中的发展趋势
（一）深度融合人工智能技术
随着人工智能技术的不断发展，其在硬质合金工业中的应用将更加深入。未来，智能制造系统将更加注重深度学习、模式识别等人工智能技术的应用，实现对生产过程的更加精准控制和优化。
（二）构建数字化孪生工厂
数字化孪生工厂是一种基于虚拟现实和物联网技术的虚拟工厂，它能够实现对实际工厂的精确模拟和实时监控。未来，硬质合金工业将积极构建数字化孪生工厂，实现生产过程的透明化和智能化管理，提高生产效率和产品质量。
（三）推动产业链协同创新
智能制造技术的发展将推动硬质合金产业链上下游企业的协同创新。通过建立信息共享和协同工作的平台，实现产业链资源的优化配置和高效利用，推动整个产业的升级和发展。
结论：
智能制造技术在硬质合金工业中的应用具有显著的优势和广阔的发展前景。通过深度融合人工智能技术、构建数字化孪生工厂以及推动产业链协同创新等举措，硬质合金工业将实现更加高效、环保且可持续的生产方式。这不仅能够满足现代制造业对硬质合金产量、质量和环保等多方面的严格要求，还将推动整个产业的创新升级和可持续发展。因此，我们应该积极推广和应用智能制造技术，为硬质合金工业的繁荣与发展做出积极贡献。
参考文献：
[1]智能制造技术_百度百科
[2]智能制造(人机一体化智能系统)_百度百科
[3]国家智能制造标准体系建设指南_中国政府网
[4]【前沿方向】中国工程科学：高端新材料智能制造的发展机遇与方向_中国工程院院刊《中国工程科学》2023年第三期
[5]硬质合金工厂智能制造落地实践_后厂造公众号成都(成渝)信息通信研究院孙少伟刘玉华 2023-10-11 19:00
[6]株钻公司“5G+工业互联网数字工厂”项目入选湖南省“数字新基建”100个标志性项目名单_中钨高新公众号王星远徐岩龙 2024-05-23 16:12
[7]【我和专家去调研——制造业篇】从“摇篮”迈向世界一流，株洲硬质合金须更“硬”_湖南日报华声在线王亮 2024-01-18 07:07:58
[8]投产！中钨高新冲刺年新增产能1万吨_湖南日报 2024-01-18 16:47
[9]高性能硬质合金研发_北京工业大学官网纳米材料与计算材料学研究组
[10]硬质合金行业面临新一轮技术革新质检将全面自动化_AET电子技术应用网华北计算机系统工程研究所 2012-12-21

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