流水線的智能化改造

摘 要：在中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型過程中，中國(guó)制造正面臨著以降本增效為目的整個(gè)制造業(yè)升級(jí)變革，其核心是以智能化生產(chǎn)為中心，以自動(dòng)化，數(shù)字化為手段來推動(dòng)整個(gè)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。文章首先闡述了智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀，然后以斷路器流水線改造為例，分析了傳統(tǒng)流水線的現(xiàn)狀及其存在的問題。闡述了為了實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)為目的的改造過程，并詳述了實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，如互聯(lián)反饋系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)分析。最后對(duì)流水線改造前后進(jìn)行了對(duì)比，指出了進(jìn)行智能化改造的意義。

關(guān)鍵詞：智能制造；數(shù)字化；MES；大數(shù)據(jù)

引言

中國(guó)經(jīng)過了30多年的發(fā)展，已經(jīng)從工業(yè)的極度落后狀態(tài)轉(zhuǎn)變成了首屈一指的制造業(yè)大國(guó)，各種工業(yè)產(chǎn)值都位居世界前列，然而中國(guó)的工業(yè)大而不強(qiáng)，大部分產(chǎn)業(yè)都處于低附加值。為了使中國(guó)從制造業(yè)大國(guó)轉(zhuǎn)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，中國(guó)提出了智能制造2025，其核心是以互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。文章以斷路器生產(chǎn)線改造為例，闡述從傳統(tǒng)流水線到智能化流水線的改造過程，以供其它流水線的智能化改造借鑒。

1 改造前的流水線情況

1.1 流水線生產(chǎn)情況

改造前流水線包括人工裝配、自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)裝配等工序。流水線前段采用人工裝配，后段采用自動(dòng)模式。每個(gè)自動(dòng)工序配置了一個(gè)PLC進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。產(chǎn)品首先進(jìn)行噴碼，然后進(jìn)入各工序或裝配或檢測(cè)，不合格產(chǎn)品在工序結(jié)束時(shí)被剔除。流水線可以生產(chǎn)不同型號(hào)的產(chǎn)品。當(dāng)切換生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)時(shí)，需通過事先設(shè)置好產(chǎn)品型號(hào)，設(shè)置一系列的參數(shù)，然后才可以生產(chǎn)。觸控屏和PLC間通過串口相連，PLC無網(wǎng)絡(luò)通訊接口， PLC間各自獨(dú)立處理，互相不進(jìn)行信息交換。PLC數(shù)據(jù)僅在本地觀看不能上傳及存儲(chǔ)。

1.2 生產(chǎn)存在的問題

斷路器流水線每條線每天會(huì)生產(chǎn)3萬件產(chǎn)品的產(chǎn)量。每個(gè)產(chǎn)品涉及到的零件包括鉚釘，彈簧，外殼，搭扣，電感器，觸片等多達(dá)20種不同零件。產(chǎn)品包括1P，2P，3P，4P等多種規(guī)格。又根據(jù)功能進(jìn)一步分為空開和漏電兩種類型產(chǎn)品。流水線本身又包括人工裝配，自動(dòng)裝配兩種方式。

斷路器流水線是一個(gè)典型以離散式生產(chǎn)為主、流程生產(chǎn)為輔、裝配生產(chǎn)為重點(diǎn)，屬于典型的元器件裝配型生產(chǎn)車間。公司原引入ERP系統(tǒng)來對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理。然而生產(chǎn)計(jì)劃管理受市場(chǎng)的影響越來越大，企業(yè)的生產(chǎn)和任務(wù)分配仍按傳統(tǒng)的方式運(yùn)作，明顯感覺計(jì)劃跟不上變化，生產(chǎn)適應(yīng)不了需要，經(jīng)常導(dǎo)致車間生產(chǎn)任務(wù)失衡，不得不靠加班來改善生產(chǎn)能力。因此，逐步改善和提高企業(yè)管理水平和技術(shù)基礎(chǔ)成了企業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

1.3 流水線改造的技術(shù)難點(diǎn)

對(duì)于一個(gè)大的集團(tuán)企業(yè)，各個(gè)部門分布廣泛，終端系統(tǒng)，物流系統(tǒng)，ERP系統(tǒng)，庫存等各個(gè)系統(tǒng)之間不僅地理上相對(duì)分散，系統(tǒng)間的差異性也相當(dāng)大。而在將多個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析及聯(lián)動(dòng)的過程中，如何保證各個(gè)系統(tǒng)的接口統(tǒng)一，數(shù)據(jù)的一致性準(zhǔn)確性，是整個(gè)改造過程的難點(diǎn)之一。

改造前ERP與生產(chǎn)線控制系統(tǒng)之間不發(fā)生任何信息流動(dòng)及關(guān)系。生產(chǎn)計(jì)劃由人工根據(jù)交貨期反推。排產(chǎn)未考慮物流，庫存，人員等各方面因素，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃經(jīng)常修改，并且不精確。如何能夠?qū)⒏鱾€(gè)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，做到精確細(xì)致得安排生產(chǎn)是整個(gè)智能化改造成功的關(guān)鍵。

2 流水線的智能化改造的實(shí)現(xiàn)

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在每條流水線設(shè)計(jì)PDAS層，用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)指令下發(fā)。負(fù)責(zé)條碼等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，畫面流程圖顯示。產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)。同時(shí)負(fù)責(zé)向MES提供數(shù)據(jù)請(qǐng)求服務(wù)。

構(gòu)造MES層，負(fù)責(zé)配料管理，質(zhì)量管理，設(shè)備管理，報(bào)表統(tǒng)計(jì)，高級(jí)自動(dòng)排程等。

2.2 硬件改造

首先原有的PLC用自帶以太網(wǎng)模塊，并且大緩存高主頻的PLC型號(hào)代替，以處理復(fù)雜運(yùn)算和大流量數(shù)據(jù)的通訊。其次需要對(duì)整個(gè)流水線進(jìn)行信息化改造，通過合理的布線把各個(gè)工序PLC通過以太網(wǎng)方式連接到數(shù)據(jù)中心。為了加入產(chǎn)品追溯功能，在每個(gè)工序中加入掃碼裝置，把每個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和相應(yīng)的條碼聯(lián)系起來。同時(shí)在相應(yīng)的工序加入電壓，電流，壓力等傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 軟件改造

通過構(gòu)造MES-PDAS層，使得ERP系統(tǒng)直接與生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)接。物流，庫存，人員等做到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確，通過對(duì)物流，庫存，人員，訂單等綜合信息的計(jì)算分析直接生成日計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)智能化排產(chǎn)。使得ERP系統(tǒng)可以直接作用于流水線的生產(chǎn)活動(dòng)，有效做到全過程的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)從訂單到生產(chǎn)線的智能化生產(chǎn)模式。

3 生產(chǎn)線改造的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)互聯(lián)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

有別于傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)采集及通訊，本系統(tǒng)采用了分布式多Agent技術(shù)。每條產(chǎn)線獨(dú)立成一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)間采用最小數(shù)據(jù)通訊原則，各種原始數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)后再上傳到MES系統(tǒng)，減少各系統(tǒng)間的耦合度，充分發(fā)揮多Agent技術(shù)的特點(diǎn)。

3.2 大生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)控制

傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程不進(jìn)行干預(yù)，僅對(duì)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，并給出排產(chǎn)結(jié)果，生產(chǎn)過程依然大部分由人工干預(yù)完成，所以在某種意義上來說并不算一個(gè)閉環(huán)的系統(tǒng)。而智能制造的意義在于整個(gè)制造過程的網(wǎng)絡(luò)化，在遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)端不僅僅能查看生產(chǎn)流圖，查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且能對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)干預(yù)，根據(jù)訂單，庫存，物流等信息調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度，生成派工單，并根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的反饋得到的訂單進(jìn)度情況，得到設(shè)備的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，調(diào)整配料計(jì)劃。從而形成一個(gè)大的反饋閉環(huán)系統(tǒng)。

3.3 海量數(shù)據(jù)分析

改造后生產(chǎn)線的各種原始數(shù)據(jù)會(huì)存入分布于各處的數(shù)據(jù)服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)包括設(shè)備的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的數(shù)據(jù)。設(shè)備的數(shù)據(jù)包括設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)品的數(shù)據(jù)是指和產(chǎn)品相關(guān)的測(cè)量值，它通過綁定條碼形成可以區(qū)分的數(shù)據(jù)形式。

通過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，可統(tǒng)計(jì)出各工序通過產(chǎn)品的平均時(shí)間，通過統(tǒng)計(jì)就能清楚得知道整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)瓶頸。通過統(tǒng)計(jì)工序的故障頻次及種類，我們就能知道哪個(gè)工序最容易故障。通過統(tǒng)計(jì)故障類型就能指出每個(gè)工序最容易出現(xiàn)的故障種類，這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)指導(dǎo)設(shè)備的改造和產(chǎn)品生產(chǎn)有非常大的作用。

4 結(jié)束語

智能制造是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程，以信息通信技術(shù)（ICT）等為手段，可以達(dá)到提高生產(chǎn)效率和有效管理能力的目標(biāo)。本例中生產(chǎn)線加入MES-PDAS系統(tǒng)后，系統(tǒng)除了具備自動(dòng)排程和產(chǎn)品質(zhì)量追溯功能，通過互聯(lián)技術(shù)還能將整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)，物流系統(tǒng)，庫存系統(tǒng)，考勤系統(tǒng)等形成聯(lián)動(dòng)，形成一個(gè)大的閉環(huán)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。改造后系統(tǒng)生產(chǎn)更加高效，管理更加便利，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)等更加準(zhǔn)確，有效整合了各種資源。文章給出的傳統(tǒng)生產(chǎn)線智能化改造方案可供其他傳統(tǒng)生產(chǎn)線的智能化改造借鑒。

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