精益生产理念下智能产线数字化升级改造研究与实践

一、引言

在全球制造业转型升级的浪潮中，传统的生产模式已难以满足现代制造业生产要求，智能产线的数字化升级改造成为必然趋势。精益生产理念强调通过消除浪费、持续改进等方式实现生产过程的优化。本文以关键零部件的装配产线为研究对象，围绕精益生产理念下智能产线的数字化升级改造展开研究与实践，旨在探索出一套产线升级方案，以实现降本增效、高质量发展的目标。

二、精益生产理念的核心要素及与数字化技术的结合方法（一）精益生产理念的核心要素

精益生产理念的核心要素体现在五个关键维度。价值流优化是基础，通过梳理从原材料采购到产品交付的全流程，精准区分增值与非增值活动，以此消除浪费、提升效率并降低成本；持续改进作为灵魂，强调全员参与构建反馈机制，通过不断发现和解决问题，使生产过程始终处于动态优化状态，以快速响应市场变化；准时化生产聚焦供需匹配，要求按需求时间和数量组织生产，借助精准计划与供应链管理减少库存积压，提高资金周转率；自动化注重质量管控，当生产出现异常时，设备能自动停机并报警，防止不良品持续产出；尊重员工则是人本核心，通过赋予员工自主权、鼓励参与管理改进，充分释放其创造力与智慧，形成全员协同的改进氛围。

（二）精益生产理念与数字化技术相结合的方法

精益生产理念与数字化技术的结合，为传统模式注入了新动能。在价值流优化方面，通过生产线部署传感器等设备实时采集生产进度、设备状态等数据，利用大数据分析挖 节，例如识别工序瓶颈并调整计划参数；准时化生产借助物联网实现设备、物料、 员的 存与运输状态，确保物料按需精准配送，同时支持设备远程监控调度； 自动 机器视觉自动检测零部件、算法预测设备故障并提前维护，增强设备自 生技术构建虚拟生产模型，实时映射物理过程，既能模拟预测问题并提前优化，又能通过数据记录分析质量波动原因，推动工艺迭代。

三、智能产线运行效果评估与改进

（一）智能产线运行效果评估指标涵盖多维度内容。生产效率方面，包含生产节拍、设备利用率、人均产量等，直接反映产线的生产能力与运行效率；产品质量通过产品合格率、不良品率及质量追溯能力等体现，关乎产品是否达标；生产成本涉及原材料消 能源消耗、设备维护及人工成本等，是经济效益的重要衡量标准；生产柔性体现为对产品品种和产量变化的适应力，如换产时间、计划调整灵活性等；设备可靠性则由设备故障率、平均故障间隔时间等指标体现，反映设备运行的稳定程度。这些指标共同构成了评估产线运行状态的核心体系。

（二）智能产线运行效果评估方法多样且互补。数据收集与分析通过生产管理系统、传感器等渠道获取数据，运用统计分析、数据挖掘等技术处理，为评估提供量化依据；现场调研与评估组织专业人员实地考察，观察操作流程、设备状态及人员协作，结合评估指标进行综合判断；对比分析则将产线运行效果与升级前及行业先进水平对比，以此明确差距与不足。多种方法结合，确保评估结果全面准确。

（三）根据评估结果进行改进需针对性施策。针对生产效率低，若因设备瓶颈可升级或增配设备，若计划不合理则用大数据和人工智能优化计划；对于 品质量问题，加强过程质量控制，借助机器视觉提升检测效能，同时分析原因改进工艺或强化原材料检验[2] 成本过高时， 通过优化流程、减少浪费、提高设备利用率降消耗，合理配置人员提效率；柔性不足则完善模块化设计、优化调度系统，缩短换产时间以适应市场变化。

四、现有产线硬件设备优化改造（一）模块化设计

将现有产线按照功能划分为不同的模块，零部件输送模块、装配模块、检测模块、包装模块等。每个模块都具有独立的功能和标准的接口，能够根据生产需要进行自由组合和拆卸。

（二）融入人机协作元素需从空间规划、设备配置和安全防护多方面着手。在工作空间规划上，需为人员与自动化机器划分明确区域，同时设置共享 实现协同作业，例如零部件装配工位中，人机协作机器人负责抓取和定位，人员进行精细装配， 两者 信协调， 保障作业安全。配置触摸屏、语音识别系统等先进人机交互设备，便于人员操作监 查看生产数据与设备状态[3]。此外，在人机协作区域安装安全传感器、急停按钮等装置， 能在人员进 入危险区域或出现异常时及时停机，全方位保障人员安全。

（三）针对零部件装配的硬件优化升级可从设备、输送和控制系统三方面推进。装配设备升级时，依据工艺要求采用高精度伺服电机和滚珠丝杠提升定位精度，配备力控系统确保装配作用力合规，避免零部件损坏。输送设备优化采用 AGV、柔性传送带等柔性输送系统，实现零部件自动化输送，其中 AGV 能按生产计划自主规划路径，精准送达各装配工位，提升输送效率与灵活性。同时，集成产线各设备控制系统实现集中管控，可实时监控设备运行状态、协调工作，有效提高产线整体运行效率。

五、实践应用

以某制造企业的零部件装配产线为例，对其进行数字化升级改造。该产线在改造前存在生产效率低、产品质量不稳定、生产柔性差等问题。

模块化改造，将产线划分为零部件上料模块、装配模块、检测模块、下料模块等，每个模块采用标准化设计，可根据生产需求进行组合。

人机协作融入，在装配模块中引入人机协作机器人，与工人共同完成装配任务。机器人负责零部件的搬运和初步定位，工人负责精确装配和质量检查。

数字化技术应用，部署传感器、物联网设备等，实现生产数据的实时采集；运用大数据分析和人工智能技术优化生产计划和设备维护；构建数字孪生模型，对生产过程进行模拟和优化。

六、结论

本文通过对精益生产理念核心要素的分析，探讨了其与数字化技术相结合的方法，阐述了智能产线运行效果评估与改进的过程以及产线硬件设备的优化改造方案。实践表明，在精益生产理念指导下，通过数字化升级改造，能够显著提高智能产线的生产效率、产品质量，降低生产成本，增强生产柔性，实现制造业降本增效、高质量发展的目标。

参考文献

[1] 余志鹏，宋玉宏，万强，等.数字化示范产线资源赋能智能制造专业群螺旋式融通研究[J].顺德职业技术学院学报，2024，22（03）：43-48.

[2] 刘世强.基于转向架焊接产线数字化的机器人智能集控关键技术[J].专用汽车，2023，（05）：61-63.

[3] 朱先月.职业院校汽车模拟产线实训基地数字化升级建设路径[J].汽车实用技术，2024，49（04）：159-

作者简介：

李娟：女，1981 年12 月，汉，籍贯：山东菏泽所在地：山东省烟台市高新区海兴路15 号副教授，硕士研究生，研究方向：智能产线控制；

课题信息：船舶行指委和中国造船工程学会课题《精益生产理念下智能产线数字化升级改造研究与实践》，课题编号：CSNAME-ZJ-2024021。