淺談某工廠的智能化技改工程

郭俊

【摘 要】“中國制造2025”核心是“智能制造”，延伸到具體的工廠就是智能工廠，是推動中國從制造大國轉(zhuǎn)向制造強國的根本路徑。本文根據(jù)某工廠的智能化技術(shù)改造工程，從“智能設(shè)計”、“智能經(jīng)營”、“智能生產(chǎn)”、“智能物流與倉儲”、“系統(tǒng)集成”、“系統(tǒng)安全”六個方面，介紹了智能制造工廠的建設(shè)內(nèi)容，以期為不同細分領(lǐng)域細分行業(yè)的智能工廠建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】智能化；智能制造；智能設(shè)計

1 智能工廠建設(shè)

1.1 智能工廠總體架構(gòu)

該工廠智能化技改的實質(zhì)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)，融合先進的生產(chǎn)工藝、自動化技術(shù)、智能手段和智能系統(tǒng)集成等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、和諧的智能化工廠。項目從智能設(shè)計、智能經(jīng)營、智能生產(chǎn)、智能物流與倉儲、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)安全六大方面進行智能制造工廠建設(shè)，智能化工廠總體架構(gòu)。

1.1.1 智能設(shè)計

（1）產(chǎn)品的設(shè)計：基于三維數(shù)模，進行數(shù)據(jù)校驗、有限元分析、工程制圖以及模具設(shè)計和加工。結(jié)合前軸產(chǎn)品的特點以及三維軟件功能，使前軸的技術(shù)研發(fā)能力達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平；

（2）產(chǎn)品的工藝設(shè)計：在已有標(biāo)準(zhǔn)模板化工藝的基礎(chǔ)上，進行結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計，保證所有的工藝文件能夠依照設(shè)計流程和定制的工藝模板，快速自動生成標(biāo)準(zhǔn)的工藝文件。建立產(chǎn)品開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)模板，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)與實施體系的建立，保證三維參數(shù)化設(shè)計快速高效。

1.1.2 智能經(jīng)營

（1）企業(yè)資源計劃（ERP）主要分三部分：生產(chǎn)過程管控、供應(yīng)鏈物流管理和財務(wù)管理；

（2）供應(yīng)鏈管理（SCM）：通過PLM系統(tǒng)提供的一套可配置的供應(yīng)商管理解決方案，一個高效協(xié)同的環(huán)境來掛接和串連供應(yīng)鏈，以支持更好的成本管理和更有效的產(chǎn)品開發(fā)和制造。

1.1.3 智能制造執(zhí)行系統(tǒng)

（1）生產(chǎn)建模：模型主要定義生產(chǎn)過程所需要的制造BOM，在這個BOM結(jié)構(gòu)里面定義了產(chǎn)品是如何加工出來的，以及在加工過程中所有的約束條件。

（2）生產(chǎn)排程與調(diào)度管理：該工廠是典型的離散型生產(chǎn)，工藝過程復(fù)雜，鍛造車間和機加車間的工藝特點、生產(chǎn)組織模式差異較大，在本次智能化技改工程中對鍛造車間采用準(zhǔn)時化節(jié)拍方式排程，對機加車間采用基于約束的有限能力排程。

（3）物料管理：對原材料、在制品、產(chǎn)成品的過程管理，包括物料的配送、流轉(zhuǎn)、追蹤過程。

（4）現(xiàn)場作業(yè)管理：根據(jù)工廠實際的需求以及每個工位的工藝特點，為每個工位現(xiàn)場操作工設(shè)置了不同的操作內(nèi)容，主要包含的內(nèi)容有如下幾個方面：刷卡登錄、日常檢查、設(shè)備保養(yǎng)、在線作業(yè)指導(dǎo)書、異常報警。

（5）質(zhì)量控制與追溯：質(zhì)量管理系統(tǒng)幫助質(zhì)量人員控制并完成物料的檢驗，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題、分析故障原因、及時反饋問題，并采用必要的手段處理質(zhì)量問題，從而有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高質(zhì)量管理水平。

（6）設(shè)備管理：針對工程的需求，本設(shè)備管理將提供設(shè)備檔案、設(shè)備維修、運行管理、備品備件管理、設(shè)備監(jiān)控、維修人員管理、統(tǒng)計分析五方面的功能，

（7）能耗管理：與現(xiàn)有電力管理系統(tǒng)集成，完整采集生產(chǎn)運行中的能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用能效管理平臺開展耗損數(shù)據(jù)多維相關(guān)分析診斷，及時發(fā)現(xiàn)異常，建立生產(chǎn)線工藝設(shè)備能源優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)制造工藝實現(xiàn)設(shè)備精準(zhǔn)開機，減少設(shè)備空運轉(zhuǎn)時間，從而有效提高企業(yè)能源利用率。

（8）預(yù)警報警管理：MES系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)異常情況，觸發(fā)相應(yīng)的異常事件，這些異常事件會傳遞給相關(guān)部門，等待處理反饋。根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的分工，建立預(yù)警、報警的規(guī)則，當(dāng)MES系統(tǒng)監(jiān)測到設(shè)備異常、加工異常、質(zhì)量異常等信息后，通過自動報警或人工錄入方式發(fā)出報警，報警信息通過手機短信、郵件、車間聲光報警器、車間現(xiàn)場看板推送至責(zé)任人，如設(shè)備故障推送給設(shè)備維修人員，工藝問題推送至工藝技術(shù)人員。

（9）看板管理：采用信息推送機制，企業(yè)管理人員將車間管理現(xiàn)場需要的進度，領(lǐng)料，異常等信息定制成為看板，進度和領(lǐng)料等信息可以直接來源于車間業(yè)務(wù)，及時的讓車間管理人員、生產(chǎn)管理人員、車間現(xiàn)場工人同步的了解生產(chǎn)狀況。

（10）人員管理：根據(jù)工廠的需求，MES系統(tǒng)包含對人員的基本信息的管理，包括人員的編號、姓名、所屬部門、資質(zhì)、工種等信息的維護，管理員可以進行人員信息的增刪改查。

（11）數(shù)據(jù)采集：在鍛造車間使用SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；在機加車間使用DNC（分布式數(shù)控）實現(xiàn)數(shù)控車床的聯(lián)網(wǎng)，進行NC程序通訊和加工信息的采集；NC程序通訊：DNC首先從MES系統(tǒng)中獲取任務(wù)內(nèi)容，根據(jù)任務(wù)內(nèi)容到CAM中選擇需要的數(shù)控程序，NC程序通過DNC下達到數(shù)控機床，進而按照程序進行加工。

（12）生產(chǎn)績效：是MES系統(tǒng)實現(xiàn)對整個生產(chǎn)工藝流程的全面制造執(zhí)行管理與控制的功能模塊之一，可以幫助制造企業(yè)生產(chǎn)車間提高工廠操作的一致性、敏捷性與正確性，對于精益化生產(chǎn)的實現(xiàn)有重大的意義。

1.1.4 智能物流倉儲技術(shù)

新建智能物流系統(tǒng)主要由智能立體倉儲系統(tǒng)、物流輸送系統(tǒng)、智能機器人（搬運、碼垛等）系統(tǒng)、智能搬運系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、智能信息管理系統(tǒng)等部分組成。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)：物流計算機調(diào)度和信息管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用B/S和C/S相結(jié)合的模式?？刂葡到y(tǒng)采用工業(yè)無線以太網(wǎng)交互信息。堆垛機、搬運車、輸送系統(tǒng)控制設(shè)備通過無線以太網(wǎng)進行通信。

1.1.5 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化集成模式

1.1.6 系統(tǒng)集成技術(shù)

自動化控制管理系統(tǒng)使用現(xiàn)場總線技術(shù)通過環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)將感知層物理屬性轉(zhuǎn)化后的信息集成到互聯(lián)網(wǎng)上；設(shè)計管理系統(tǒng)、經(jīng)營管理與物流管理系統(tǒng)、車間制造執(zhí)行系統(tǒng)通過對感知層反饋信息的分析與計算，形成決策信息后，通過自動化控制管理系統(tǒng)發(fā)布控制指令，從而實現(xiàn)對底層物理設(shè)備“感-聯(lián)-知-控”的閉環(huán)管理。

1.2 智能技改的效果

該工廠的智能化技改工程實現(xiàn)了解決了以下幾點重要問題：

（1）解決了智能鍛造生產(chǎn)線快速換模問題

汽車前軸精密鍛造生產(chǎn)線多臺鍛造設(shè)備上裝有多套大型模具（其中有回轉(zhuǎn)式輥鍛模、鍛坯彎形模、整體預(yù)鍛、終鍛模等），以往生產(chǎn)線轉(zhuǎn)產(chǎn)時，僅輥鍛模具換裝安裝就需5～6小時。

通過項目建設(shè)，應(yīng)用MES系統(tǒng)、智能物流小車配送、自動控制定位系統(tǒng)和可視化管理，實現(xiàn)轉(zhuǎn)產(chǎn)時快速換模，換裝時間可控制在1小時以內(nèi)，換裝效率提高80%。

（2）解決了產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵特性不穩(wěn)定的問題

在汽車前軸輥鍛制坯過程中，由于模具為多模塊拼接組裝在軋輥上，在軋制過程中，在拼接處會產(chǎn)生折疊缺陷，嚴重影響前軸鍛件產(chǎn)品疲勞壽命，消除鍛件接縫處的折疊，導(dǎo)致制造成本居高不下。

采用分體式智能輥鍛機后，由多模塊拼接改用整圈模膛，從根本上消除了鍛件接縫，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了前軸生產(chǎn)制造成本。同時，設(shè)備具有自感知、自適應(yīng)功能，力能參數(shù)可調(diào)可控，滿足了柔性化生產(chǎn)。

（3）解決了輕量化前軸量產(chǎn)問題

在原有鍛造生產(chǎn)線基礎(chǔ)上組織輕量化前軸生產(chǎn)，由于設(shè)備性能及布局原因，產(chǎn)品批量生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。

通過智能制造工廠建設(shè)，用智能精密熱成型設(shè)備取代傳統(tǒng)的壓力成型設(shè)備，同時在數(shù)字化模擬優(yōu)化后完成工藝流程布局，可順利實現(xiàn)輕量化汽車前軸的高效率低成本大批量生產(chǎn)。

2 結(jié)束語

近年來制造業(yè)面臨著諸多的挑戰(zhàn)和壓力，競爭力不斷加劇，智能制造的出現(xiàn)，將為各制造企業(yè)解決現(xiàn)有問題、實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型提供了一條全新的發(fā)展思路和技術(shù)途徑。智能工廠建設(shè)作為智能制造發(fā)展的載體，是當(dāng)前制造業(yè)的發(fā)展愿景，也是正在積極努力的重點方向。但對于如何建設(shè)與企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃一致且符合企業(yè)自身實際應(yīng)用需求的智能工廠是亟需在實踐中思索和探討的。

【參考文獻】

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[2]陳明，梁乃明，等.智能制造之路[J].數(shù)字化工廠，2016，10.endprint