邁向工業(yè)4.0時代的電鍍生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)

盛秋林,　王　超,　劉仁志

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 電器與電子學(xué)院，湖北 武漢　430068;　2.武漢風(fēng)帆電化科技股份有限公司，湖北 武漢　430015)

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邁向工業(yè)4.0時代的電鍍生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)

盛秋林1,王超1,劉仁志2

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 電器與電子學(xué)院，湖北 武漢430068;2.武漢風(fēng)帆電化科技股份有限公司，湖北 武漢430015)

摘要：電鍍生產(chǎn)涉及電鍍工藝流程與工藝參數(shù)管控、質(zhì)量控制、進出庫、交付及技術(shù)服務(wù)等諸多流程的數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用。目前，這些流程的操作與管理是由基本獨立的部門分別完成，數(shù)據(jù)難以共享，在管理中存在效率低和容易出錯等問題。通過對工藝和裝備的升級換代，將這些流程的管理和控件智能化功能化，利用網(wǎng)絡(luò)進行集中控制與管理，將是電鍍向工業(yè)4.0目標(biāo)邁進的重要步驟。采用國際流行的RFID技術(shù)進行電子化采集和實時在線監(jiān)管，完全可以實現(xiàn)電鍍工藝全流程各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品溯源和跟蹤，并通過軟件系統(tǒng)可以在互聯(lián)網(wǎng)上查詢及與用戶供應(yīng)商終端查詢機方式，在實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)管理全面控制的同時，向用戶提供產(chǎn)品溯源信息查詢。

關(guān)鍵詞:工業(yè)4.0; 電鍍生產(chǎn)系統(tǒng); 信息化

The Informatization Management System of Electroplating

Production Towards to the Industry 4.0 Era

SHENG QiuLin1, WANG Chao1, LIU Renzhi2

(1.Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;2.Wuhan Fengfan Electrochemical Technology Co.,Ltd,Wuhan 430015,China)

Abstract:Data acquisition and aplication of many processes such as electroplating process and process parameters control,quality control,warehouse-in and warehouse-out,delivery and technical service and etc.，are involved in the electroplating production.At present,the operation and management of these different processes are completed by the basic independent departments respectively,the data are difficult to be shared,so some problems such as low efficiency and error prone often occur in the management.Through process and equipment updating to realize the intelligentization and functionalization of these processes management and control，and carrying out the centralized control and management by using Internet，will be the important step of striding towards the goal of industry 4.0.By using international popular RFID technology to carry out electronized collection and real-time online monitoring,the product's source tracing and tracking can be realized completely in whole process and every links of the electroplating process；by Internet query and user terminal gets to supplier through software system，comprehensive management and control of the electroplating production can be achieved，and product traceability and information query can be provided to user at the same time.

Keyword: industry 4.0; electroplating production system; informatization

引言

進入21世紀的世界正在向工業(yè)4.0時代發(fā)展?！肮I(yè)4.0”是德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部在2013年漢諾威工業(yè)博覽會上提出的概念,也是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計劃。它描繪了制造業(yè)的未來遠景，提出繼蒸汽機的應(yīng)用、規(guī)?；a(chǎn)和電子信息技術(shù)等三次工業(yè)革命后，人類將迎來以信息物理融合系統(tǒng)(CPS)為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和機器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命。

2015年5月8日，國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》這一重要文件，從國家層面開啟了中國制造由大轉(zhuǎn)強的強國之路。這是我國對應(yīng)工業(yè)4.0時代的態(tài)度和行動綱領(lǐng)。

在這種背景下，傳統(tǒng)工業(yè)面臨著要么跟上時代發(fā)展，要么被淘汰出局的局面[1]。這不僅是對中國制造業(yè)的重大挑戰(zhàn)，更是對中國電鍍業(yè)的更大挑戰(zhàn)。因為相比其他產(chǎn)業(yè)，我國電鍍工藝的裝備更為落后，如何在這種被動狀態(tài)下迎難而上，需要有勇于創(chuàng)新的精神。

電鍍生產(chǎn)涉及電鍍工藝流程與工藝參數(shù)管控、質(zhì)量控制、進出庫、交付及技術(shù)服務(wù)等諸多流程的數(shù)據(jù)采集與應(yīng)用。目前，這些不同流程的操作與管理是由基本獨立的不同部門分別完成的，數(shù)據(jù)難以共享，在管理中存在效率低和容易出錯等問題。通過對工藝和裝備的升級換代，將這些流程的管理和控件智能化功能化，利用網(wǎng)絡(luò)進行集中控制與管理，將是電鍍向工業(yè)4.0目標(biāo)邁進的重要步驟。

實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)型換代并不存在技術(shù)上的障礙。例如采用國際流行的無線射頻(RFID)技術(shù)進行電子化采集和實時在線監(jiān)管，完全可以實現(xiàn)電鍍工藝全流程各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品溯源和跟蹤，并通過軟件系統(tǒng)可以在互聯(lián)網(wǎng)上查詢及與用戶供應(yīng)商終端查詢機方式，在實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)管理全面控制的同時，向用戶提供產(chǎn)品溯源信息查詢。

本文簡要介紹一種基于信息互聯(lián)網(wǎng)的電鍍管控系統(tǒng)，從而為我國電鍍產(chǎn)業(yè)由大轉(zhuǎn)強，向工業(yè)4.0發(fā)展提供一種可能的路徑，供同業(yè)參考。

1系統(tǒng)模式

電鍍生產(chǎn)全流程控制與管理是利用RFID無線射頻做為主要的信息和參數(shù)讀取、傳送的載體，并且是憑借網(wǎng)絡(luò)通訊、系統(tǒng)集成及數(shù)據(jù)庫及云概念應(yīng)用等技術(shù)，在工業(yè)體系內(nèi)建立一套信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)從用戶管理到原材料、裝備供、生產(chǎn)工藝流程、工藝參數(shù)、質(zhì)量控制、進出庫、交付及技術(shù)服務(wù)等的全程管理。應(yīng)用這一系統(tǒng)可以實現(xiàn)對每個環(huán)節(jié)進行全程監(jiān)控，并且可以對全流程每一個環(huán)節(jié)進行追溯。類似系統(tǒng)在其他產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有成功的應(yīng)用。例如在物流管理中的應(yīng)用[2]。

同時，系統(tǒng)提供技術(shù)接口，電鍍協(xié)會等行業(yè)組織部門可以借助這個平臺實現(xiàn)對行業(yè)相關(guān)企業(yè)的有效地監(jiān)控，實現(xiàn)并及時準(zhǔn)確的進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。用戶也能夠利用這個平臺，對自己交付生產(chǎn)的產(chǎn)品信息進行查詢和追溯。從而形成電鍍生產(chǎn)制造的4.0模式。這一系統(tǒng)的構(gòu)建模式如圖1所示。

如圖1所示，本系統(tǒng)由電鍍生產(chǎn)與管理系統(tǒng)控制中心、用戶產(chǎn)品信息子系統(tǒng)、電鍍生產(chǎn)子系統(tǒng)、工藝控制子系統(tǒng)以及用戶終端自助查詢系統(tǒng)組成?？刂浦行难b備有大型數(shù)據(jù)庫，并且可以與云網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。每個子系統(tǒng)與中心進行網(wǎng)絡(luò)連接并實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。用戶可以在追溯查詢網(wǎng)站或自助查詢終端上進行產(chǎn)品信息查詢。

2構(gòu)建思路

2.1模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化

現(xiàn)代控制系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)模塊化設(shè)計，因此，可以根據(jù)不同企業(yè)裝備與工藝特點針對性提供不同類型、不同需要以標(biāo)準(zhǔn)控制模塊進行組合，從而實現(xiàn)具有個性化的應(yīng)用系統(tǒng)。

以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的信息管理系統(tǒng)適合電鍍生產(chǎn)現(xiàn)場水、電、氣等管線復(fù)雜和空間擁擠、環(huán)境存在污染因素的特點。有利于實現(xiàn)遠程控制。

為實現(xiàn)電鍍生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括工藝控制數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測與調(diào)控，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的鍍槽、電源、陽極等裝備是必要的，并且有相應(yīng)的傳感器開發(fā)和良好的各種物料的自動添加系統(tǒng)與裝備配套。這些都是電鍍裝備技術(shù)開發(fā)的重要內(nèi)容，也是電鍍技術(shù)創(chuàng)新點密集的領(lǐng)域[3]。

2.2穩(wěn)定性

控制系統(tǒng)根據(jù)電鍍行業(yè)的特殊性，即產(chǎn)品基材多樣、形狀復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣及工作人員計算機水平不高等特點，要求產(chǎn)品硬件的設(shè)計與制造都以穩(wěn)定可靠、簡單易用為原則。保證系統(tǒng)穩(wěn)定而又有效地運行。特別是在抗腐蝕和抗干擾方面，需要有效的措施。

所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)實現(xiàn)計算機自動采集和實時傳輸，減少人為干預(yù)，提高工作效率，杜絕管理漏洞，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，提高經(jīng)濟效益。

2.3開放性

控制系統(tǒng)的設(shè)計充分考慮到企業(yè)內(nèi)部橫向擴展的需求，包括電鍍生產(chǎn)精細化管理、電鍍化工原料精細化管理及用戶產(chǎn)品信息管理等?？膳c電鍍企業(yè)或部門與集團和上級單位全面實現(xiàn)生產(chǎn)ERP管理系統(tǒng)打下基礎(chǔ)；同時也為系統(tǒng)今后擴展成地區(qū)或全行業(yè)溯源平臺預(yù)留技術(shù)接口，便于升級。為系統(tǒng)的擴展和其他子系統(tǒng)的接入提供空間。

3可追溯的管理體系

可追溯是現(xiàn)代化管理的重要特征，這對于服務(wù)性生產(chǎn)企業(yè)尤為重要。因此信息化管理系統(tǒng)一定要有可追溯的功能。

電鍍生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)設(shè)計的各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的追溯點如圖2所示。

圖2　電鍍生產(chǎn)與交付可追溯系統(tǒng)示意圖

3.1用戶與來料管理

在電鍍生產(chǎn)過程中，用戶和加工企業(yè)之間的交易往來，用戶要求與工藝確定等，都是通過刷身份識別來進行登記。系統(tǒng)為每個用戶生成并發(fā)放RFID身份識別卡。在用戶送來產(chǎn)品時，每個批次產(chǎn)品都生成一個編號，用讀卡方式將該批次產(chǎn)品錄入用戶帳戶。這樣用戶送待鍍產(chǎn)品入倉庫時刷卡將用戶基本信息和本批次編號導(dǎo)入管理系統(tǒng)，建立用戶產(chǎn)品追溯源。用戶在完成提供待鍍產(chǎn)品的基材信息、鍍層要求和產(chǎn)品外形信息掃描的手續(xù)后，將獲得這批產(chǎn)品的編號，作為查詢的代碼。

3.2過程控制信息

追溯信息的傳遞過程中，RFID讀寫器的任務(wù)是采集各個工序的各項參數(shù)，包括電鍍工藝參數(shù)(電鍍每批次產(chǎn)品的電流密度、鍍液濃度、溫度等)。所有這些參數(shù)和信息與計算機相連，把采集到的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

生產(chǎn)過程的控制不只是對生產(chǎn)者和工藝、生產(chǎn)管理者有意義，便于即時調(diào)整,同時對用戶也有重要意義。用戶將可以通過自己批次編號查到自己產(chǎn)品的在線狀態(tài)，并讀取相關(guān)質(zhì)量控制參數(shù)。當(dāng)有疑問或需要進行修改或調(diào)整時，可以及時在線與生產(chǎn)或工藝管理員溝通，通過授權(quán)的流程進行更改，從而減少不必要的返工和重鍍損失。

生產(chǎn)完成后，生成箱/盒標(biāo)簽，標(biāo)簽要包含：電鍍產(chǎn)品名稱、數(shù)量、質(zhì)量檢驗標(biāo)識與批號、生產(chǎn)日期、包裝日期、用戶企業(yè)代碼、發(fā)送地址及聯(lián)系人等。

3.3倉庫管理

倉庫的管理系統(tǒng)傳統(tǒng)上通常采用條碼標(biāo)簽甚至是人工倉儲管理單據(jù)等方式。這樣一些管理方式存在有明顯缺點，主要表現(xiàn)在以下三個方面：一是人工標(biāo)簽或條碼易于復(fù)制、不能防污、不防潮，并且只能近距離讀取；二是傳統(tǒng)模式主要依靠人工錄入，不僅工作繁瑣，而且數(shù)據(jù)量大而容易出錯，人工成本較高；三是基本上靠手工盤點，效率低下，導(dǎo)致盤點周期長，貨物缺失不能及時發(fā)現(xiàn)。

采用無線射頻技術(shù)，使倉庫管理變得有條理、帳物相符、存放位置清楚，易查打，使工作效率大大提高。新系統(tǒng)可將電子標(biāo)簽封裝在條形碼內(nèi)，由打標(biāo)器自動貼在每個貨物的包裝指定位或托盤指定位，標(biāo)簽中記載有加工產(chǎn)品的詳細資料、在倉庫內(nèi)的存放位置等信息。在貨物進出倉庫時可寫入送達方的各項資料。同時，為了防止在中途流轉(zhuǎn)出錯，在各個流程位和各經(jīng)銷管道設(shè)置固定式或手持式閱讀器，以可隨時監(jiān)測貨物流通狀態(tài)。

3.4交付管理

電鍍產(chǎn)品交付時，在成品倉庫生成一張交付卡，將產(chǎn)品名稱、品號、用戶企業(yè)代碼和產(chǎn)品質(zhì)量信息記錄寫入卡中，同時將交付卡所錄入的信息存入數(shù)據(jù)庫備查。用戶可以網(wǎng)上查詢自己企業(yè)提交的產(chǎn)品的在線狀況，當(dāng)收到產(chǎn)品入庫通知后，也可以網(wǎng)上查詢相關(guān)產(chǎn)品的交付信息，以便即時將產(chǎn)品送達用戶。用戶自己提貨的，則在產(chǎn)品入庫后發(fā)出提貨通知。對于超期未交付的產(chǎn)品，系統(tǒng)會定時自動向用戶發(fā)送短信和電子郵件催收，以加快物流速度，減少倉庫空間占用和出現(xiàn)過期存放現(xiàn)象。

4結(jié)論

采用信息化控制與管理系統(tǒng)對電鍍生產(chǎn)與交付進行管理是電鍍產(chǎn)業(yè)由大轉(zhuǎn)強的重要技術(shù)措施，是電鍍生產(chǎn)進入工業(yè)4.0時代的標(biāo)志之一。

無線射頻信息管理系統(tǒng)因為技術(shù)成熟而適合在電鍍復(fù)雜的工作現(xiàn)場應(yīng)用。實現(xiàn)這種技術(shù)改造和轉(zhuǎn)換的要點是需要對電鍍生產(chǎn)的模式進行標(biāo)準(zhǔn)化整合，使裝備、工具、原材料等的規(guī)格、形態(tài)、參數(shù)控制都進入標(biāo)準(zhǔn)化管理體系。從而為電鍍業(yè)全面進入工業(yè)4.0時代做好準(zhǔn)備。

參考文獻

[1]吳智慧.工業(yè)4.0：傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新思維與新模式[J].家具，2015,36(1):1-3.

[2]畢監(jiān)錦.初探無線射頻識別技術(shù)在物流中的應(yīng)用[J].中國機電工業(yè)，2010,36(6):120-121.

[3]劉仁志.現(xiàn)代電鍍手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010:727.

基金項目：武漢市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃項目(2013012401010845)資助

收稿日期：2015-10-12修回日期： 2015-10-27

中圖分類號：TN919

文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.02.004