我國(guó)人造板智能制造關(guān)鍵技術(shù)最 新研究進(jìn)展

人造板是我國(guó)林業(yè)經(jīng)濟(jì)中的主要優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，也是森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的組成部分和碳儲(chǔ)量流動(dòng)的重要載體，對(duì)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)有著重要的積極意義。隨著供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的深入推進(jìn)及智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)人造板制造水平將不斷走向智能化和低碳化。

1 智能制造內(nèi)涵及支撐技術(shù)

1.1 智能制造內(nèi)涵

早期智能制造的概念是從產(chǎn)品加工制造過程的角度展開，即通過智能裝備和人類專家共同組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能生產(chǎn)。隨著信息通信技術(shù)的快速發(fā)展和制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的迫切需求，全球發(fā)達(dá)國(guó)家相繼提出符合本國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的智能制造方案。德國(guó)工業(yè)4.0和美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)均致力于將尖端信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)深度融合，促進(jìn)制造業(yè)的智能生產(chǎn)和智能服務(wù)。

我國(guó)工信部發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》中，智能制造被認(rèn)為是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。因此，智能制造是一種面向產(chǎn)品全生命周期，以實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、綠色、安全的產(chǎn)品制造和服務(wù)為目標(biāo)，具有動(dòng)態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、優(yōu)化決策和精準(zhǔn)控制等功能的復(fù)雜系統(tǒng)。

1.2 智能制造支撐技術(shù)

智能制造以多傳感器和數(shù)據(jù)融合、數(shù)控和虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能和大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和邊緣計(jì)算等技術(shù)為支撐，從而實(shí)現(xiàn)制造裝備、控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)線、廠內(nèi)物流管控、資源計(jì)劃、產(chǎn)品服務(wù)等制造過程的智能化。

1.2.1 多傳感器和數(shù)據(jù)融合技術(shù)

傳感器是一種被廣泛使用的物理設(shè)備，用來將環(huán)境變化轉(zhuǎn)化為數(shù)字輸出信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的測(cè)量或感知。隨著制造環(huán)境和工藝過程日趨復(fù)雜，制造業(yè)引入多傳感器和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，通過信號(hào)處理算法將各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、分析、綜合，獲得更加可靠、全面的測(cè)量信息，從而提升產(chǎn)品的加工精度。

多傳感器和數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以有效提高檢測(cè)精度，增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，在林業(yè)加工檢測(cè)中顯示出廣泛的應(yīng)用前景。于海英等針對(duì)人造板熱壓過程的溫度和壓力參數(shù)測(cè)量，提出基于加權(quán)最小二乘法和D-S證據(jù)理論分別實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的檢測(cè)級(jí)和決策級(jí)融合，改善了熱壓系統(tǒng)的檢測(cè)精度和容錯(cuò)能力。在木材鋸切過程中，傳感器融合技術(shù)可以用來監(jiān)測(cè)刀具溫度和切割過程，進(jìn)而借助算法實(shí)現(xiàn)刀具溫度預(yù)測(cè)，避免溫度過高使產(chǎn)品發(fā)生熱變形，提升加工精度。

1.2.2 數(shù)控和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

數(shù)控技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)、精密計(jì)算、傳感檢測(cè)等技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制的技術(shù)，具有高效率、高精度、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)。以數(shù)控技術(shù)為核心的數(shù)控機(jī)床高度體現(xiàn)了精密機(jī)械和自動(dòng)控制系統(tǒng)的深度融合，有效提升了制造業(yè)的自動(dòng)化水平。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛用于復(fù)雜制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模型的可視化，還提供與虛擬樣機(jī)的實(shí)時(shí)交互和控制，從而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、設(shè)施布局和物料運(yùn)輸?shù)榷喾矫嫣嵘龑?shí)體工廠的整體制造質(zhì)量。

目前，我國(guó)人造板制造業(yè)的數(shù)控設(shè)備研發(fā)已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，多種數(shù)控產(chǎn)品接連被推出，包括數(shù)控旋切機(jī)、數(shù)控裁板鋸、數(shù)控鏤銑機(jī)、原木剝皮機(jī)、單板剪切機(jī)、單板堆垛機(jī)、數(shù)控鋸砂生產(chǎn)線等。然而，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)人造板數(shù)控加工設(shè)備仍然存在自動(dòng)化程度不高、加工工藝不夠精細(xì)、運(yùn)行穩(wěn)定性不佳、開放性不足而難以維護(hù)等問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)人造板制造系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試中，有效提升了產(chǎn)品研發(fā)的質(zhì)量和效率。例如，在連續(xù)壓機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)中，中國(guó)福馬通過計(jì)算機(jī)三維軟件進(jìn)行整機(jī)裝配，采用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)碰撞測(cè)試等實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的虛擬驗(yàn)證，進(jìn)而判斷部件、工藝和系統(tǒng)的可行性。

1.2.3 人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)

人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要支撐技術(shù)。從制造業(yè)的角度看，人工智能賦予系統(tǒng)自我感知、自我學(xué)習(xí)、自我執(zhí)行、自我決策和自我適應(yīng)的能力，使其能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的制造環(huán)境。大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)來自加工過程、產(chǎn)品銷售及企業(yè)管理等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，通過高級(jí)的分析技術(shù)快速挖掘出蘊(yùn)含的信息，并快速準(zhǔn)確地制定決策，提升企業(yè)的生產(chǎn)和管理效率。

在人造板制造業(yè)中，人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于過程控制、診斷評(píng)估及生產(chǎn)決策等制造任務(wù)。朱典想等設(shè)計(jì)了模糊專家系統(tǒng)處理人造板熱壓機(jī)的系統(tǒng)故障，提升了故障診斷的準(zhǔn)確性。對(duì)人造板制造業(yè)中所涉及的海量數(shù)據(jù)，有效利用大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)、采購(gòu)、生產(chǎn)、銷售和售后等制造環(huán)節(jié)，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低成本。例如，在人造板熱壓工藝中，結(jié)合熱壓設(shè)備的具體運(yùn)行狀態(tài)，通過人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)分析部件參數(shù)，可進(jìn)一步改善熱壓工藝，避免因熱壓不均勻而引起的板材變形問題。

1.2.4 物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠通過網(wǎng)絡(luò)提供物理對(duì)象、系統(tǒng)和服務(wù)的高級(jí)連接，實(shí)現(xiàn)各對(duì)象之間的通信和數(shù)據(jù)共享，從而避免傳統(tǒng)制造中因時(shí)間和空間限制引起的生產(chǎn)問題。隨著大量智能傳感器自組織方式和先進(jìn)通信方式的融合，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將人與工業(yè)制造系統(tǒng)全面連接，通過智能設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和分析、智能管理和決策等模塊，致力于消除企業(yè)信息孤島，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

萬國(guó)海提出物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)可以提高人造板企業(yè)的土地資源利用率、庫管科學(xué)化程度、企業(yè)環(huán)保措施執(zhí)行效果，提高人造板制造的智能化水平。唐蕾等開發(fā)了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的家具行業(yè)云平臺(tái)，包括工業(yè)操作系統(tǒng)、云制造應(yīng)用支撐系統(tǒng)、產(chǎn)品服務(wù)體系和整體解決方案4個(gè)層次，適應(yīng)靈活高效的柔性制造，有助于提升行業(yè)的服務(wù)水平和資源配置能力。

1.2.5 云計(jì)算和邊緣計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是一個(gè)通用術(shù)語，指的是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的可視化和可伸縮資源交付的計(jì)算服務(wù)，旨在促進(jìn)傳統(tǒng)的制造模式向計(jì)算化、服務(wù)化轉(zhuǎn)變，使制造的互操作性、智能化、適應(yīng)性和分散性越來越強(qiáng)。為克服本地設(shè)備與云端通信中存在的安全威脅和時(shí)延問題，邊緣計(jì)算技術(shù)在靠近數(shù)據(jù)源的邊緣服務(wù)，以滿足敏捷連接、實(shí)時(shí)優(yōu)化、智能應(yīng)用、安全和隱私方面的關(guān)鍵需求。

云計(jì)算和邊緣計(jì)算技術(shù)的協(xié)同能夠有效減輕云端負(fù)荷，提升生產(chǎn)效率，在人造板智能制造發(fā)展中具有廣泛的應(yīng)用前景。張國(guó)梁等提出開發(fā)基于邊緣計(jì)算和云協(xié)同的故障診斷及預(yù)測(cè)方法，將在人造板鋪裝成型生產(chǎn)線的故障診斷和分析效率方面產(chǎn)生重要作用。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，將為我國(guó)人造板產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供新途徑和新動(dòng)力，逐步提升制造水平。

1.2.6 支撐技術(shù)的綜合集成

支撐技術(shù)的綜合集成和共同協(xié)作能夠提高企業(yè)生產(chǎn)效率及增值服務(wù)，創(chuàng)新產(chǎn)品銷售方式和商業(yè)模式，提高企業(yè)生產(chǎn)效率和增值服務(wù)，促進(jìn)制造業(yè)不斷向智能化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。在人造板產(chǎn)業(yè)的智能制造中，支撐技術(shù)的綜合集成可簡(jiǎn)單概括為:多傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于采集生產(chǎn)數(shù)據(jù); 通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品和工藝等進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)與測(cè)試，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)可視化; 在邊緣計(jì)算技術(shù)幫助下，數(shù)控裝備從邊緣設(shè)備接受指令完成實(shí)際生產(chǎn)作業(yè); 將數(shù)據(jù)融合、人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)通過優(yōu)化算法對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，進(jìn)而快速作出準(zhǔn)確的生產(chǎn)決策，實(shí)現(xiàn)制造過程的自適應(yīng); 云計(jì)算和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用來實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程的數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化。支撐技術(shù)在人造板智能制造中的應(yīng)用場(chǎng)景如表1所示。

2 我國(guó)人造板智能制造關(guān)鍵技術(shù)

人造板是我國(guó)林產(chǎn)工業(yè)中的重要產(chǎn)品，其智能制造是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主要途徑。在支撐技術(shù)的綜合集成和協(xié)作下，人造板智能制造的關(guān)鍵技術(shù)主要可以劃分為:①智能制造裝備; ②智能控制系統(tǒng); ③智能檢測(cè)系統(tǒng); ④智能生產(chǎn)線; ⑤廠內(nèi)智能物流管控; ⑥智能資源計(jì)劃; ⑦智能產(chǎn)品服務(wù)。

2.1 智能制造裝備

人造板制造裝備的技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)家人造板行業(yè)發(fā)展程度的重要標(biāo)志，決定了產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。智能制造裝備通過將智能技術(shù)應(yīng)用于裝備設(shè)計(jì)、裝備研發(fā)及裝備升級(jí)中，從而綜合提升設(shè)備的自動(dòng)化水平、生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。目前，盡管我國(guó)人造板制造裝備的智能化水平較國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，但也已逐漸形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)體系，特別是連續(xù)壓機(jī)、旋切機(jī)等裝備已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平。下面以旋切機(jī)為例，介紹我國(guó)人造板智能制造裝備的研究進(jìn)展。

旋切機(jī)用來將一定長(zhǎng)度和直徑的原木加工成連續(xù)的單板帶，以供后續(xù)生產(chǎn)膠合板或其他人造板。在旋切過程中，為避免因原木直徑過小或直徑不規(guī)則而導(dǎo)致旋切單板厚度不均勻的問題，往往需要人工實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，這在一定程度上使旋切質(zhì)量依賴于人工經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致加工效率和精度均無法得到提升。

近年來，相關(guān)學(xué)者對(duì)旋切裝備的智能化升級(jí)進(jìn)行了大量研究。王成瑞等設(shè)計(jì)研發(fā)了一款SL2600/5A數(shù)控?zé)o卡軸旋切機(jī)(圖1)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的數(shù)控化和智能化，避免了人工操作效率低、成本高、質(zhì)量差等缺點(diǎn)。其主要關(guān)鍵技術(shù)可總結(jié)為:從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，要求刀架不動(dòng)，雙輥工作臺(tái)在直線導(dǎo)軌上移動(dòng)，保證旋切機(jī)與剪切機(jī)同步工作，并設(shè)計(jì)自動(dòng)變刀門裝置和變后角裝置，使刀門間隙和刀具后角隨原木直徑變化自適應(yīng)調(diào)整，從而改善旋切單板表面的光潔度; 設(shè)計(jì)旋切單板厚度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，通過觸摸屏操作，伺服控制調(diào)節(jié)刀門，無須人工手動(dòng)操作; 引入旋切機(jī)變頻控制裝置，通過控制傳動(dòng)輥調(diào)節(jié)切削速度，避免因原木直徑減小造成旋切精度降低的問題; 開發(fā)了基于數(shù)控技術(shù)和人工智能技術(shù)的故障自診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)診斷旋切過程可能發(fā)生的故障。

2.2 智能控制系統(tǒng)

人造板工藝控制系統(tǒng)的智能化是機(jī)電一體化技術(shù)的顯著特征，是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑。智能控制系統(tǒng)通過對(duì)某一工藝系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，然后按照預(yù)定規(guī)律控制執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)工藝中各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)動(dòng)作，進(jìn)而賦予系統(tǒng)參數(shù)智能調(diào)控與管理、檢測(cè)與處理、修改與診斷、記錄與可視化等功能。目前，我國(guó)人造板制造業(yè)常用的控制策略仍處于經(jīng)典控制理論和剛步入現(xiàn)代控制理論應(yīng)用的階段，大多數(shù)智能控制策略還沒有廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。下面以調(diào)施膠控制系統(tǒng)為例，說明我國(guó)人造板工藝控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。

調(diào)施膠工藝將刨花、木材纖維等原料與配置好的膠黏劑按比例均勻混合，是人造板制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響產(chǎn)品性能和生產(chǎn)成本。調(diào)施膠控制系統(tǒng)需要兼顧并行調(diào)膠和在線施膠的比值隨動(dòng)控制，從而避免傳統(tǒng)串行工序存在生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、容易造成原料浪費(fèi)的問題，如圖2所示。

并行調(diào)膠控制以原膠為基準(zhǔn)，將水、添加劑等通過各自的管道與原膠在混膠罐按比例調(diào)配得到膠黏劑，常用的調(diào)膠控制方法有液位控制法、計(jì)量筒檢測(cè)法、計(jì)量泵法和失重計(jì)量法等。在線施膠需按照原料(刨花、纖維等)與膠黏劑的比例實(shí)時(shí)控制膠黏劑流量，目前已有一些精準(zhǔn)施膠控制方案被提出。郭繼寧等從理論的角度提出了基于自適應(yīng)粒子群優(yōu)化的自抗擾控制算法，克服了施膠系統(tǒng)的模型不確定性和外部干擾問題。陳立軍等提出了模糊PID算法來實(shí)現(xiàn)施膠流量的精準(zhǔn)控制，并基于PLC開發(fā)了一套人造板調(diào)施膠工藝人機(jī)交互系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、控制、監(jiān)控、可視化、報(bào)警和故障保護(hù)等功能。

2.3 智能檢測(cè)系統(tǒng)

人造板智能檢測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)加工工藝高精度、高效化和自動(dòng)化的重要技術(shù)，也是完成人造板產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、分等及后續(xù)工藝優(yōu)化的關(guān)鍵步驟。在人造板生產(chǎn)過程中，大量的智能優(yōu)化方案已經(jīng)逐漸被開發(fā)并應(yīng)用于產(chǎn)品厚度和缺陷的高速、高精度檢測(cè)。

厚度檢測(cè)是人造板熱壓工藝中用于板厚準(zhǔn)確糾偏的重要技術(shù)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)能耗和原材料消耗有著重大意義。為提高人造板厚度檢測(cè)系統(tǒng)的智能化水平，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)板材厚度的參數(shù)設(shè)置、檢測(cè)記錄、存儲(chǔ)及可視化等功能，相關(guān)林業(yè)工作者開展了大量研究。葛嬌等設(shè)計(jì)了一套基于PLC主控單元的人造板厚度連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)，其集成了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來向計(jì)算機(jī)上傳傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，同時(shí)將計(jì)算機(jī)優(yōu)化處理后的數(shù)據(jù)傳遞到前端鋪裝、熱壓工序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板材厚度的連續(xù)在線檢測(cè)和糾偏控制。為降低機(jī)械振動(dòng)和傳感器精度等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的隨機(jī)影響，相關(guān)學(xué)者引入優(yōu)化算法來對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而改善了檢測(cè)精度。張晴等提出了一種算法優(yōu)化極限學(xué)習(xí)機(jī)的方法，有效提升了人造板厚度的檢測(cè)精度，其檢測(cè)系統(tǒng)如圖3所示。

在生產(chǎn)過程中，由于設(shè)備、工藝、環(huán)境、材料等因素的影響，人造板產(chǎn)品表面會(huì)出現(xiàn)不同種類的缺陷，如油污、膠斑、大刨花、裂痕、邊角破損等。人造板缺陷不僅影響著板材外觀、性能和質(zhì)量，還不利于二次加工和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益; 因此，通過開發(fā)智能檢測(cè)系統(tǒng)代替人工檢測(cè)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷的快速和精準(zhǔn)檢測(cè)，也是人造板智能制造的重要研究方向。魏智鋒等基于深度學(xué)習(xí)構(gòu)建了SSD-MobileNet算法模型用于人造板的缺陷檢測(cè)，有效提升了對(duì)板材產(chǎn)品可能出現(xiàn)的粗刨花、水印、砂痕、雜物、膠斑等缺陷的檢測(cè)精度和速度。高鵬威等開發(fā)了一種基于線陣相機(jī)和改進(jìn)CenterMask算法的中密度纖維板表面缺陷實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，提高了缺陷識(shí)別的準(zhǔn)確率。為了準(zhǔn)確定位缺陷，達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)所要求的檢測(cè)精度和檢測(cè)速度，郭慧等開發(fā)了基于機(jī)器視覺的刨花板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，其組成如圖4所示。

2.4 智能生產(chǎn)線

人造板制造流程可概括為切削加工、干燥、調(diào)施膠、鋪裝成型和預(yù)壓、熱壓、品質(zhì)檢測(cè)及砂光鋸切等過程。智能生產(chǎn)線基于各制造工藝環(huán)節(jié)的智能化、柔性化連接，能夠有效降低工人成本、節(jié)約工廠占地面積。在人造板生產(chǎn)線的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于加工生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與仿真，可以有效縮短設(shè)計(jì)周期，降低成本。周沫等利用Flexsim仿真軟件對(duì)中密度纖維板生產(chǎn)線進(jìn)行了仿真建模及優(yōu)化，為我國(guó)人造板企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益和降低污染排放提供了重要的理論基礎(chǔ)。

目前，我國(guó)人造板生產(chǎn)線的智能化建設(shè)正朝著高效、綠色、低耗的方向不斷發(fā)展和完善，并陸續(xù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)企業(yè)。劉秀娟等開發(fā)了砂鋸檢包一體化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了砂光線、鋸切線、檢板線和打包線的高度自動(dòng)化集成，大大提高了工作效率。我國(guó)一條年產(chǎn)35萬m3的纖維板生產(chǎn)線已建成投產(chǎn)，其集成了自動(dòng)上料、智能送料、無醛膠黏劑等技術(shù)，在各工藝環(huán)節(jié)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)線的合理化、先進(jìn)化和美觀化建設(shè)。

隨著制造業(yè)對(duì)生產(chǎn)過程數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化需求的提升，如何實(shí)現(xiàn)人造板生產(chǎn)過程與管理系統(tǒng)之間的信息交互，進(jìn)而獲得能夠提高生產(chǎn)效率的生產(chǎn)決策是智能生產(chǎn)線建設(shè)的重要技術(shù)。劉鑫鈺等開發(fā)了基于InTouch軟件的人造板產(chǎn)量查詢系統(tǒng)，通過建立與SQL數(shù)據(jù)庫的連接，實(shí)時(shí)記錄生產(chǎn)線產(chǎn)品規(guī)格、好板張數(shù)、廢板張數(shù)和產(chǎn)能等參數(shù)。朱軍等在人造板連續(xù)壓機(jī)生產(chǎn)線的智能化改造中，設(shè)計(jì)了基于SQL Server的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，提升了生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的有效利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)之間的信息通信，有利于企業(yè)快速準(zhǔn)確地制定決策、提高生產(chǎn)效率。

2.5 廠內(nèi)智能物流管控

物流管控系統(tǒng)是智能工廠中的重要技術(shù)手段，用于生產(chǎn)原料、加工制品等的實(shí)體流動(dòng)和產(chǎn)品的包裝、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)人造板的廠內(nèi)智能物流管控已經(jīng)得到了廣泛研究。孫銳等建立了人造板上下料機(jī)械手的三維結(jié)構(gòu)模型，并通過Adams仿真軟件分析了機(jī)械手的動(dòng)態(tài)特性和模型的準(zhǔn)確性，為人造板制造車間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料提供理論指導(dǎo)。葉光鍵提出了一套基于分布式計(jì)算機(jī)控制纖維板生產(chǎn)線自動(dòng)堆垛系統(tǒng)的改造方案，通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)完成現(xiàn)場(chǎng)PLC控制設(shè)備與上位機(jī)的通信，有效降低了生產(chǎn)成本。

在加工制品流動(dòng)和產(chǎn)品包裝的物流過程中，蘇福馬公司研制的砂鋸檢包一體化生產(chǎn)線(圖5)通過多個(gè)升降臺(tái)、推板機(jī)、堆垛機(jī)、輥臺(tái)、運(yùn)輸機(jī)和卸料機(jī)等機(jī)械設(shè)備的協(xié)同動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了人造板物流管控系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化升級(jí)，大大降低了人工打包的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了生產(chǎn)效率。徐偉提出了基于無線通信技術(shù)的自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程控制寬幅移動(dòng)小車來儲(chǔ)運(yùn)人造板產(chǎn)品，相比傳統(tǒng)的叉車行車式倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，該方案提升了倉(cāng)儲(chǔ)過程的實(shí)時(shí)性和生產(chǎn)效率。為提升倉(cāng)儲(chǔ)管理的智能化和信息化，牛怡婷等開發(fā)了集成條碼技術(shù)、信息采集技術(shù)和傳感器技術(shù)等的自動(dòng)化立體倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，為人造板智能倉(cāng)儲(chǔ)的建設(shè)提供了重要的借鑒作用。

2.6 智能資源計(jì)劃

企業(yè)資源計(jì)劃(enterprise resource planning， ERP)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理產(chǎn)品的供應(yīng)鏈，包括物料需求計(jì)劃、制造資源計(jì)劃、庫存管理等，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源信息化管理的關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)我國(guó)人造板產(chǎn)業(yè)，有學(xué)者分析了企業(yè)資源計(jì)劃對(duì)制造業(yè)的重要性。馬巖等從財(cái)務(wù)管理、客戶關(guān)系管理、生產(chǎn)管理、采購(gòu)與庫存管理4個(gè)方面分析了企業(yè)資源計(jì)劃技術(shù)在我國(guó)人造板行業(yè)的應(yīng)用方向，提出該技術(shù)將有助于企業(yè)管理能力的提升。

黎東蘭基于某人造板工廠的實(shí)際狀況，開發(fā)了企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(圖6)用于物料管理、生產(chǎn)計(jì)劃和庫存管理等環(huán)節(jié)，有效提升了企業(yè)在市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析、優(yōu)化資源配置、降低產(chǎn)品成本、改善客戶服務(wù)等方面的能力，為企業(yè)獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。趙慶超等提出將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于人造板的ERP系統(tǒng)，能夠助力企業(yè)減少投入成本、轉(zhuǎn)移后期系統(tǒng)維護(hù)、降低數(shù)據(jù)管理難度及化解系統(tǒng)集成問題。

由于我國(guó)人造板產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，企業(yè)發(fā)展水平不均衡，總體的信息化建設(shè)水平不高，目前對(duì)人造板企業(yè)的智能資源計(jì)劃研究和應(yīng)用相對(duì)較少。隨著智能制造技術(shù)的深入研究和推廣，合理利用人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能資源計(jì)劃，同時(shí)解決信息和隱私安全問題是未來亟待研究的關(guān)鍵技術(shù)。

2.7 智能產(chǎn)品服務(wù)

隨著市場(chǎng)需求的牽引和智能制造技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，由產(chǎn)品服務(wù)衍生出的額外價(jià)值逐漸引起了人們的關(guān)注。智能產(chǎn)品服務(wù)指利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等技術(shù)搭建智能服務(wù)平臺(tái)，在產(chǎn)品全生命周期加強(qiáng)企業(yè)與客戶、供應(yīng)商等利益相關(guān)者之間的互動(dòng)，滿足客戶追求產(chǎn)品個(gè)性化、智能化的需求，為客戶提供良好的服務(wù)體驗(yàn)，從而提升制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和價(jià)值。

在我國(guó)人造板企業(yè)的升級(jí)改造中，利用智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品服務(wù)的智能化，是推動(dòng)人造板制造業(yè)向中高端轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵步驟。陳建新等將近場(chǎng)通信技術(shù)應(yīng)用于人造板的生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)、物流和市場(chǎng)等環(huán)節(jié)，并結(jié)合企業(yè)資源計(jì)劃、制造執(zhí)行及客戶關(guān)系管理等智能系統(tǒng)，使制造商、服務(wù)商、客戶都可通過手機(jī)App就能獲取每張人造板的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品的智能化服務(wù)。

為提升客戶的信任度和服務(wù)體驗(yàn)，通過提高定制和售后服務(wù)的質(zhì)量，如通過電話、微信公眾號(hào)、網(wǎng)站等多種方式快速完成產(chǎn)品的個(gè)性化定制服務(wù)和售后保障，也是智能產(chǎn)品服務(wù)的重要內(nèi)容。陳樹坤提出建立信息通信技術(shù)和企業(yè)內(nèi)外部生產(chǎn)要素高度融合的智能化“企業(yè)大腦”，從而完成人造板企業(yè)的智能服務(wù)。其具有以下特征:通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算來建立客戶與企業(yè)品牌、產(chǎn)品等的互動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)企業(yè)做出**決策; 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)獲得客戶個(gè)性化需求的產(chǎn)品畫像，據(jù)此指導(dǎo)供應(yīng)鏈、生產(chǎn)制造鏈、物流鏈的高效協(xié)作; 以大數(shù)據(jù)分析技術(shù)優(yōu)化客戶關(guān)系管理和產(chǎn)品全生命周期管理等。

3 我國(guó)人造板智能工廠建設(shè)

近年來，在國(guó)家大力推進(jìn)“中國(guó)制造2025”的背景下，我國(guó)人造板企業(yè)積極響應(yīng)國(guó)家智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，通過自主研發(fā)、充分運(yùn)用智能制造技術(shù)，持續(xù)推進(jìn)“智能工廠、智能車間和智能生產(chǎn)線”的建設(shè)，促進(jìn)我國(guó)人造板企業(yè)向中高端制造水平轉(zhuǎn)型。隨著我國(guó)部分人造板企業(yè)不斷與國(guó)外技術(shù)前沿企業(yè)加強(qiáng)合作，積極引進(jìn)先進(jìn)的制造裝備、制造工藝和制造系統(tǒng)，我國(guó)人造板制造水平已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，部分生產(chǎn)線和工廠已接近全球先進(jìn)制造的智能化水平。下面將以近年來新建設(shè)的智能生產(chǎn)線為例，從刨花板、纖維板、膠合板三大產(chǎn)品的生產(chǎn)說明我國(guó)人造板智能工廠的建設(shè)狀況。

3.1 高強(qiáng)度刨花板生產(chǎn)線

刨花板因其良好的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性和易加工飾面等特點(diǎn)，逐漸成為下游定制家具產(chǎn)業(yè)的重要原材料。為解決傳統(tǒng)刨花板靜曲強(qiáng)度低、抗彎曲能力弱等問題，一種密度低、強(qiáng)度高的高強(qiáng)度刨花板被相關(guān)學(xué)者提出。近年來，豐林集團(tuán)在我國(guó)南寧建設(shè)的高強(qiáng)度刨花板生產(chǎn)線，為刨花板智能工廠的建設(shè)提供了重要的引領(lǐng)和示范作用。在這條生產(chǎn)線中，采用了迪芬巴赫公司生產(chǎn)的先進(jìn)制造裝備和系統(tǒng)，如鼓式削片機(jī)、刨片機(jī)、單通道干燥機(jī)、刨花分選機(jī)、低速拌膠機(jī)、鼠籠輥鋪裝機(jī)和CPS連續(xù)壓機(jī)等，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度刨花板制造過程的自動(dòng)化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，廣泛獲得了定制家具企業(yè)的認(rèn)可。

在智能設(shè)備和技術(shù)支撐下，我國(guó)欽州建設(shè)了年產(chǎn)50萬m3的高強(qiáng)度刨花板生產(chǎn)線。其主要引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的干燥系統(tǒng)、超級(jí)篩、鋪裝線、連續(xù)平壓系統(tǒng)、寬帶砂光機(jī)、鋸切線等關(guān)鍵設(shè)備，集成了木片自動(dòng)卸車、上料倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)和ERP等關(guān)鍵技術(shù)，大大提升了工廠的管理、生產(chǎn)、物流和倉(cāng)儲(chǔ)的智能化水平，對(duì)未來我國(guó)人造板智能工廠的建設(shè)具有重要的指導(dǎo)作用。

3.2 超薄高密度纖維板生產(chǎn)線

隨著定制家具產(chǎn)業(yè)對(duì)刨花板需求的提升，纖維板市場(chǎng)逐漸被擠占。超薄高密度纖維板制品易于加工，可用于電子線路板加工、食品包裝、定向刨花板表面飾面等場(chǎng)景，因此比傳統(tǒng)纖維板具有更廣闊的市場(chǎng)前景。然而，由于超薄高密度纖維板加工制造難度大，對(duì)原材料和生產(chǎn)設(shè)備的要求高，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)一直是困擾企業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

為提升超薄高密度纖維板的產(chǎn)能和智能制造水平，我國(guó)廣西林業(yè)集團(tuán)投資建設(shè)了連續(xù)平壓生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)裝備和工藝的數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化升級(jí)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。在該生產(chǎn)線中，為了避免由于超薄高密度纖維板生產(chǎn)速度太快而損壞壓機(jī)，其集成了德國(guó)迪芬巴赫公司的新一代CPS+連續(xù)壓機(jī)系統(tǒng)(圖7)。

新一代CPS+連續(xù)壓機(jī)系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能、大數(shù)據(jù)和自動(dòng)控制等技術(shù)完成制造裝備、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)線、物流管控、資源計(jì)劃和產(chǎn)品服務(wù)等環(huán)節(jié)的互聯(lián)整合，并通過PRODACON系統(tǒng)與企業(yè)自身的ERP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)了原材料、加工半成品、成品和整個(gè)物流過程的全部打通。新一代CPS+連續(xù)壓機(jī)系統(tǒng)在我國(guó)人造板生產(chǎn)線中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)共享和連接，使生產(chǎn)線更加智能化、柔性化和扁平化，消除企業(yè)信息孤島，完成對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，便攜式智能產(chǎn)品如手機(jī)、平板電腦的使用可以進(jìn)一步方便企業(yè)管理設(shè)備和生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)工廠的數(shù)字化、智能化管理。

3.3 無醛添加膠合板生產(chǎn)線

膠合板是我國(guó)產(chǎn)銷量和出口量最 大的人造板產(chǎn)品，其主要用于室內(nèi)裝修和家具制造。隨著生態(tài)保護(hù)、綠色發(fā)展觀念的增強(qiáng)，企業(yè)以人工速生林楊木和桉木代替天然林用于膠合板生產(chǎn)，并致力于研發(fā)無醛添加膠合板的生產(chǎn)工藝，滿足人們對(duì)環(huán)保綠色產(chǎn)品的需求。

廣西林業(yè)集團(tuán)開發(fā)的我國(guó)首條全自動(dòng)連續(xù)平壓無醛添加膠合板/單板層積材生產(chǎn)線，引進(jìn)德國(guó)迪芬巴赫公司先進(jìn)的制造裝備和智能化技術(shù)，將工業(yè)機(jī)器人、智能物流運(yùn)輸系統(tǒng)等用于生產(chǎn)線，從而大幅提升了自動(dòng)化水平，解決了長(zhǎng)期困擾膠合板企業(yè)的“小散亂污”問題，保證生產(chǎn)過程安全、干凈、高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化、智能化和集成化的智能工廠建設(shè)，全面提高了無醛膠合板產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量，大大提升了產(chǎn)品的額外附加值。該生產(chǎn)線首 次將自動(dòng)干燥、智能分等、MDI自動(dòng)施膠、連續(xù)平壓等技術(shù)集成創(chuàng)新，使我國(guó)膠合板生產(chǎn)設(shè)備和工藝水平均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)膠合板產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型提供了重要的引領(lǐng)和示范作用。

展望

智能制造是制造業(yè)向中高端轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路，也是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)前我國(guó)人造板智能制造關(guān)鍵技術(shù)研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，行業(yè)部分龍頭企業(yè)已相繼完成了智能生產(chǎn)線、智能車間和智能工廠的初步研發(fā)及建設(shè)，推動(dòng)了我國(guó)人造板產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展。值得注意的是，我國(guó)人造板產(chǎn)業(yè)的整體制造水平距離國(guó)際先進(jìn)智能制造水平還有一定差距，部分關(guān)鍵裝備和關(guān)鍵技術(shù)仍然依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)自研的智能化技術(shù)大多還不能滿足企業(yè)智能制造的發(fā)展需求。針對(duì)我國(guó)人造板智能制造關(guān)鍵技術(shù)研究存在的問題，未來研究應(yīng)聚焦于以下幾個(gè)方向:

1)智能制造裝備研究。為提升制造裝備的智能化水平:一方面需要面向我國(guó)人造板企業(yè)需求，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、檢測(cè)傳感、控制方法、組態(tài)軟件等方面對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造，不斷提升生產(chǎn)效率和加工精度，降低能源消耗和污染排放，綜合提升數(shù)字化和自動(dòng)化的生產(chǎn)水平; 另一方面，需要研發(fā)與制造裝備配套的運(yùn)維管控系統(tǒng)，綜合利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等技術(shù)，完成實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)制造裝備的預(yù)測(cè)維護(hù)、自我監(jiān)測(cè)、分析管理、決策控制等任務(wù)，全面實(shí)現(xiàn)制造裝備的智能化升級(jí)。

2)智能制造工業(yè)機(jī)器人研究。在人造板生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)人工操作往往存在生產(chǎn)效率低、成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與廣泛應(yīng)用，通過大量具有不同功能的工業(yè)機(jī)器人來完成人造板生產(chǎn)車間中的不同作業(yè)，解放工作人員的雙手，是實(shí)現(xiàn)人造板智能制造的重要發(fā)展方向。因此，未來需要充分利用多傳感器、人工智能、大數(shù)據(jù)等支撐技術(shù)，不斷研發(fā)和升級(jí)用于各種人造板生產(chǎn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)人造板制造行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。

3)智能制造生產(chǎn)線研究。人造板制造工藝流程復(fù)雜，各環(huán)節(jié)的加工質(zhì)量均會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響。因此，通過模塊化工藝設(shè)計(jì)、柔性化工藝布局、結(jié)構(gòu)化設(shè)備調(diào)整、連線化協(xié)同控制建設(shè)，將各生產(chǎn)設(shè)備高度集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，是未來人造板生產(chǎn)線研究的重要內(nèi)容。此外，實(shí)現(xiàn)制造生產(chǎn)線的智能化，要不斷攻克邊緣計(jì)算、云計(jì)算、數(shù)據(jù)融合、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)集成系統(tǒng)的研發(fā)問題，以完成生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、分析管理、監(jiān)控診斷、反饋控制等功能，進(jìn)而打破各環(huán)節(jié)信息孤島現(xiàn)象，優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度。同時(shí)，為解決實(shí)體生產(chǎn)線設(shè)計(jì)過程反復(fù)修改帶來的高額成本，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的生產(chǎn)線虛擬設(shè)計(jì)和虛擬調(diào)試也是亟待研究的重要方向。

4)智能信息管理系統(tǒng)研究。當(dāng)前我國(guó)人造板企業(yè)更多關(guān)注人造板的加工過程，由于技術(shù)障礙難以實(shí)施，對(duì)產(chǎn)品全生命周期的智能信息管理系統(tǒng)還不能合理開發(fā)和有效利用，是未來人造板智能制造研究需要解決的另一關(guān)鍵問題?；谔摂M技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的智能制造技術(shù)，研發(fā)適合我國(guó)人造板企業(yè)的信息管理系統(tǒng)，集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和訂購(gòu)、售后服務(wù)、物料計(jì)劃、制造生產(chǎn)、客戶服務(wù)、產(chǎn)品質(zhì)量和供應(yīng)鏈等管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)銷售、服務(wù)、采購(gòu)和生產(chǎn)一體化、智能化、透明化的高效運(yùn)營(yíng)管理，是促進(jìn)我國(guó)人造板智能制造發(fā)展的重要途徑。

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