铝加工行业智能化的现状与未来展望

【摘要】本文通过对铝加工行业装备智能化现状，结合铝加工行业发展演变过程，分析铝加工行业面对的困局和痛点，论述正在经历的局部自动化转型升级的不同阶段，展望经济大环境压力之下未来铝加工智能智造的发展方向，坚信在不久的将来，铝加工行业将迎来数字化智能“黑灯工厂”的普及，中国铝加工大国转型升级为铝加工强国。

【关键词】铝加工、智能智造、黑灯工厂、数字化赋能

1 前言

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。

新中国成立尤其是改革开放以来，我国制造业持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动工业化和现代化进程，显著增强综合国力，支撑世界大国地位。然而，与世界先进水平相比，中国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨[1]。

《中国制造2025》由百余名院士专家着手制定，为中国制造业未来10年设计顶层规划和路线图，通过努力实现中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌三大转变，推动中国到2025年基本实现工业化，迈入制造强国行列。

紧密围绕重点制造领域关键环节，开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用。支持政产学研用联合攻关，开发智能产品和自主可控的智能装置并实现产业化。依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂、数字化车间。在基础条件好、需求迫切的重点地区、行业和企业中，分类实施流程制造、离散制造、智能装备和产品、新业态新模式、智能化管理、智能化服务等试点示范及应用推广。建立智能制造标准体系和信息安全保障系统，搭建智能制造网络系统平台。到2025年，制造业重点领域全面实现智能化，试点示范项目运营成本降低50%，产品生产周期缩短50%，不良品率降低50%。

中国铝加工行业经过几十年的高速发展，顺利成为世界第一铝加工大国，为铝加工服务的设备行业，也取得长足的进步，铝加工技术、设备都经历了从国外引进向自主研发的转变。

铝加工设备行业的健康有序发展，有利于铝加工企业少走弯路，更好、更快实现智能智造装备升级。

2“招工难”成为行业难题

“招工难”成为制约中国制造业的重要因素。

短期因素，源于疫情对全世界经济形成的重创，客观上助力中国经济形势强劲复苏。疫情之下，中国经济一枝独秀，迅速恢复产能，从出口海运市场的“一柜难求”推高货柜价格可以看出，疫情笼罩之下的地球，对“中国制造”的依赖！一定时期内非正常增长的海外订单加剧了生产工人的稀缺，这种情况随着疫情常态化会慢慢缓解。

长期因素，源于出生率的下降带来总劳动人口的下降，新入职场的90后、00后择业选择多，制造业不是首选就业方向。

从接连放开二胎三胎的政策可以看出，出生率的持续下降，带来社会活力和竞争力的同步下降，老龄化社会来临，人口红利消失，总劳动人口持续减少，招工难将成为制造业面对的重要课题。

择业选择多，新经济形势下产生的新职业，分流了大量产业工人，例如外卖、滴滴等互联网公司的新就业方式，自由、干净、工作场景多变等特点，对年轻人有足够的吸引力。而铝加工企业，普遍存在劳动强度大、工作环境差、日夜转班、工作内容重复枯燥等，新一代产业工人不愿意进入铝加工行业。随着年龄的增长，60后、70后将逐步退出铝加工行业，此消彼长，招工难，招熟练技术工人更难，将成为铝加工行业的常态。

3 铝加工智能化现状

发展人工智能，替代部分劳动，是应对“老龄化”社会的重要措施之一。提高铝加工行业智能水平，通过推进产业升级，解决“招工难”的同时，拉高铝加工行业进入门槛和竞争分层，抑制低端同质化产品的内卷，有利于铝加工行业的健康可持续发展。具体实施过程中存在如下困难：

（1）中国铝加工企业体量大，一次性投入大。

智能化升级，意味着落后、低端、旧的装备和工装需要淘汰，某大型铝型材企业想升级挤压自动装框，需要淘汰料框的费用就超过一亿元，再加上隔（垫）条、时效炉等费用，决策者难下决心；

（2）中国单个企业产品多样化，无法形成批量化生产。

单纯为了创新而变更产品，或者为了彰显不同而变更产品，或者根据个人喜好而变更产品，都会新开模具，造成新品种越来越多，即使全国排名前列的龙头企业，也会面对挤压生产线换模具过多的困扰，这都会影响智能装备的应用。

（3）设备研发与使用脱节；

智能装备设计师收集客户要求数据量小，不了解实际应用场景，装备使用部门不了解设备的设计、使用、维护，设备研发与现场使用脱节，造成智能装备在投入使用后，需要面对新的场景、要求和功能。

（4）设备管理和维护能力；

智能装备的使用是一个系统工程，需要应用场景下真实需求数据的收集、模拟运营验证、现场管理、维护保养、在线升级等多维度支持，而很多企业的设备维护水平仅仅停留在“更换”零部件上，难以支撑智能化设备的开发、运转、升级和更新换代。

（5）企业信息接口和安全；

智能化装备需要收集大量的数据，数据量越大，后期的实用性越强，铝加工企业的数据管理系统不同，接口各有不同，限制较多。很多企业考虑到企业核心工艺参数的保护，也不配合数据收集工作，这也是阻碍智能化装备大规模应用的因素之一。

对于铝材加工智能装备的应用现状和趋势，我们认为用两句话总结：“两个领域两极分化”、“一个共同趋势两个不同阶段”。

两个领域为建筑型材和工业型材，两极分化是指产品质量要求，当挤压和模具技术提升到一定高度之后，决定产品质量最后“一公里”的是装备。铝加工产品质量要求高的企业，对装备的要求越来越高，继续坚持品牌和质量战略。而坚持以降低生产成本为竞争力的企业，对装备的要求不高，低价中标成为首选。企业发展战略不同，对装备的要求不同，会出现明显的两极分化。

一个共同趋势是提高装备的智能化，两个不同阶段是指装备智能化的两个发展阶段。基于人力资源成本的上升，招工难成为常态，提高装备智能化水平，降低工人劳动强度，减少操作人员数量甚至全过程无人，成为铝加工企业的共同诉求和期望，这种市场需求越来越多，必然促进装备的智能化升级。

装备的智能化水平，受制于我国铝加工企业的管理基础和产品多样性，不会一步到位，会分为不同的发展阶段。第一阶段，体现为生产过程局部智能化，关键节点通过适当的人工干预，形成智能化顺利应用；第二阶段，以智能化装备升级为基础，推进铝加工全过程智能化操作，最终实行“黑灯工厂”无人生产模式。

4 局部智能化将持续一定时期

局部智能化，是指铝加工过程中，在某一过程中实现模块智能化，这些技术已经很成熟，通过铝加工生产企业大规模量产检验，可以放心使用。优势主要有三点：

（1）减少操作工人数。

以挤压工序为例：拉直机的激光测距矫直拉伸（单人、无人），拉直机移动端通过齿轮齿条智能识别型材的长度并精准定位，自动定尺+锯切，传送带定距定数输送隔条，无人自动装框，时效过程中自动堆叠型材和自动拆框，各个环节都有非常成熟的技术方案和应用案例，大大减少挤压生产线的操作人员数量，具体减少幅度取决于智能装备选型、企业现场管理水平、客户产品结构、智能化场景数据计算水平、投入产出收益比等因素。

（2）降低工人劳动强度。

以熔铸工序为例：铝棒的锯切和堆叠系统，可以自动完成铝棒的定尺锯切、打捆、运输和自动堆叠，大大降低操作人员的劳动强度。

以挤压工序为例：机器人上棒、自动装框、物料轨道运输、时效备料自动堆叠、时效后自动分拆等智能方案的使用，同样会降低操作人员的劳动强度。

氧化、喷涂自动智能生产线，都应用了大量的智能技术方案。前处理槽液自动补加系统、烘干炉固化炉温度控制系统、粉房回收系统、上下料自动

减少人数，减轻劳动强度，用智能程序实施标准化作业，提高产品质量稳定性。

后工序的自动包装，半成品、成品、模具的立体智能仓库，将挥汗如雨的工种，转变为空调房里的远程操控，降低了一线操作工人的劳动强度，加快了物料周转、成品的进出仓速度，提高了数据收集能力和企业管理水平。

（3）减少对工人技能依赖

用智能装备的精准控制，替代对熟练技术工人的经验依赖，既缓解了招聘熟练技术工的难度，又减少了工人操作波动带来的质量偏差。例如在线淬火立体个性化冷却方案，可以通过操作系统记忆；通过挤压产品的弹性变形量、尺寸变化等系数，预先设定拉伸矫直技术参数，自动矫直；通过多通道单支定位补偿，实现智能高精度在线锯切。这些智能技术都是局部智能化的成熟技术方案，并在汽车型材、电子型材的生产领域得到一定规模量产，促进高端工业材企业进一步扩大与竞争对手之间的领先优势。

5 未来铝加工智能化方向

未来铝加工智能化发展路线图：加工过程和部分产品局部突破实现智能化生产，到全过程、全产品、全工厂的全面开花，最终形成全过程智能化“黑灯工厂”。局部智能化有三种理解：

（1）从过程上理解，为铝加工过程中的局部过程。

在铝加工的部分过程中，率先实现智能化，前面已经说过，这里不再重复。

（2）从产品分类上理解，为铝加工行业中不同产品应用市场中的部分产品。

例如太阳能光伏型材、铝模板、汽车型材、电子行业手机平板电脑等。这部分铝挤压材的特点，是批量大。现在的铝加工市场已经进入微利时代，比拼生产效率、成本管控、质量稳定成为常态，在高速运转状态下，频繁切换生产品种，会破坏生产连续性，批量小、品种多的生产模式，需要人工干预多，对智能装备的调试提出更高要求，现阶段的主流智能装备水平，更匹配批量大、重复性高、切换品种频率相对较低、生产控制工艺成熟的产品。

（3）从工厂上理解，铝加工行业中的部分工厂。

新建的车间、事业部、工厂有机会成为改革先锋，率先实现智能化。新建项目实施智能化有几个优势：

首先，随着太阳能光伏和汽车型材的需求快速增长，其他行业巨头进入铝加工，他们的决策者没有传统铝加工企业的固定思维，可以接受颠覆式智能方案设计，可以从零开始策划全新的制作方式，有利于在新建工厂全面推行智能化；

其次，新建的项目没有历史包袱，不用考虑原有设备的淘汰成本，例如某大型铝型材厂，想做物流智能输送线，面对的第一个问题就是物料框多种型号都在使用，不标准，仅仅是淘汰旧物料框，制作标准统一物料框，投入就需要超过亿元，这种情况成为传统制作转型升级的一个重要障碍，全新项目则不存在这个问题；

最后，弯道超车，为未来布局，新建项目不能穿新鞋走老路。传统铝加工企业的新建项目需要智能装备赋能，新赛道新的玩法。跨界新进入的新建工厂，更倾向于使用先进智能装备，通过智能控制系统，来消弱铝加工传统优势企业技术底蕴的影响，并为未来铝加工智能数字化工厂赋能，抢占市场竞争的制高点。

6 “黑灯工厂”成为铝加工企业标配

数字化智能工厂，即专业人士经常说的“黑灯工厂”，将成为未来智能智造的常态，这个趋势是毋庸置疑的，铝加工制造企业也将遵循这个趋势完成产业升级。

（1）行业集中度提高，有利于行业健康发展。

“将寒气传递到每一个人”，最具影响力企业家任正非的发声，警示了经济形势不容乐观。低迷市场环境将加剧铝加工行业内卷，方式慢慢发生改变，从拼成本、拼价格、拼铺货促销，到拼质量、拼装备、拼模式。内卷造成部分企业退出，特别是市场搅局者的出局，有利于提高铝加工行业集中度，从行业发展角度，有利于新产品、新技术、新装备的应用和推广，有利于行业健康发展。

（2）产品标准化和跨界技术方案，将促进智能智造的推广应用。

个性化定制的每一个要求，都意味着推高成本，集中度提高的成熟市场，供应链上下游博弈获得平衡点，无技术含量的无效创新将得到一定的抑制，产品趋向标准化，客观上降低了实现智能智造的难度。

跨界技术方案成为重要促进因素，有利于铝加工行业智能方案快速落地实施。例如马斯克的五步流程法则：第一步：确定需求；第二步：极力删除零件或过程；第三步：简化和优化；第四步：加快周期时间；第五步：自动化。注意，在第三步之前不要加速。

铝加工行业，借力于汽车主机厂的审核，在长期的供应链管控、交流、反馈过程中，不断学习、吸收汽车行业智能工厂的管理经验、物流技术、智能方案，转化为铝加工全过程的智能化数字技术，可以少走弯路，缩短全工厂、全流程、全产品智能化应用过程。

（3）智能智造标杆企业起到示范带动作用。

我们已经看到，部分企业应用智能化技术，将熔铸、挤压、氧化生产过程控制，由少量技术工人通过控制中心管理，让生产一线实现无人操作。智能化转化工作场景，既能解决大部分一线工人的短缺问题，通过控制室对生产设备进行监控，通过数字化操作系统，让白领完成蓝领工作；

我们预测，部分优秀企业的未来发展战略精准，通过率先完成数字化工厂，对其他企业形成降维打击，取得市场竞争的优势地位。这个趋势必将起到示范带动作用，激发铝加工企业加快转型升级的投入、应用。

中国是世界第一的铝加工大国，也有着世界第一的数据量，这是中国铝加工发展智能智造数字化转型的巨大优势。企业内部运营数据收集、分析、提炼，形成高度近似的仿真数据模型，推出智能算法，有利于数字化工厂的顺利运行。

通过时差解决夜班问题，在地球村选择三个不同时区的人员，通过互联网远程监控设备的运行，实时控制生产全过程；不需要人上夜班，一方面有利于工人的身体健康，另一方面，所有工人都上白班，注意力集中，出错概率降低，有利于保持设备维护、运营状态处于更好状态，产品质量稳定，生产效率提高，安全事故也会减少。

7 结论

（1）传统的铝加工制造企业遭遇“招工难”成为常态，转型升级智能化装备成为趋势；

（2）局部智能化将是铝加工行业的发展过程和一个阶段，部分过程、特定产品、新建工厂将率先完成智能化；

（3）中国庞大的铝加工市场、海量过程数据，将助力于智能智造数字化工厂的研发和应用，最终形成数字化“黑灯工厂”，完成中国从铝加工大国升级为铝加工强国。

参考文献

【1】张海，魏桥轻量化基地与我国交通轻量化前景及挑战，2021年中国铝加工产业年度大会，2021，07.

【2】吴锡坤，中国铝挤压材的现状与发展趋势，2021年中国铝加工产业年度大会，2021,07.

【3】蒋海春，汽车用铝型材市场前景及技术要求，2021年中国铝加工产业年度大会，2021,07.

【4】陶然诺，铝挤压智能制造辅助实现路径-智能物流的深化应用探索，2021年中国铝加工产业年度大会，2021,07.

【5】吴锡坤，中国建筑铝型材行业现状与高质量发展倡议，2022年中国铝加工产业年度大会，2022,08.

【6】梁美婵，冯扬明，浅谈自动化立体仓库在铝加工行业中的应用，2022年中国铝加工产业年度大会，2022,08.