發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能制造生產(chǎn)線技術(shù)研究

黃麒心 梁升波

摘 要： 結(jié)合目前智能制造技術(shù)與先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)制造生產(chǎn)線，研究了智能制造在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造領(lǐng)域，設(shè)計(jì)針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件及生產(chǎn)線架構(gòu)，并闡述了實(shí)施的內(nèi)容，關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)方式，為智能制造在發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域及裝配制造提供參考。

關(guān)鍵詞： 中國(guó)2025 ；智能制造；生產(chǎn)線

1數(shù)字化智能制造的現(xiàn)狀

目前，我國(guó)的制造業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的人工制造轉(zhuǎn)變成由機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)制造方式，隨著近年來(lái)自動(dòng)化技術(shù)的不斷前行與發(fā)展，先后經(jīng)歷了半自動(dòng)化，自動(dòng)化，柔性自動(dòng)化時(shí)代。為適應(yīng)產(chǎn)品制造的更多需求與精度要求，已擁有的自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要發(fā)展一種集大型數(shù)據(jù)，多種信息為載體，自動(dòng)化高度集中，智能制造的自動(dòng)化技術(shù)-數(shù)字化智能制造。近年來(lái)，世界各國(guó)針對(duì)發(fā)展智能制造，提出了自己的發(fā)展方向與構(gòu)想，其中比較突出的是德國(guó)的“工業(yè)4.0技術(shù)”，美國(guó)的“再工業(yè)化”和中國(guó)的“中國(guó)2025”。目前，數(shù)字化智能制造生產(chǎn)線率先應(yīng)用在我國(guó)的航空，汽車(chē)和電子等高度自動(dòng)化的生產(chǎn)領(lǐng)域，先后建立了多條電子零部件以及發(fā)動(dòng)機(jī)零部件數(shù)字化智能制造生產(chǎn)線。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能制造的構(gòu)成

2.1動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能生產(chǎn)線的特點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能制造具有數(shù)字化，信息化，自動(dòng)化，一體化，精益化和集成化等特點(diǎn)

2.2發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能生產(chǎn)線的組成

數(shù)字化智能生產(chǎn)線分區(qū)域分主要由倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、上下料區(qū)、加工區(qū)組成；按照設(shè)備類(lèi)型主要分上下料倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備、加工設(shè)備、搬運(yùn)設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理平臺(tái)等組成。

2.3發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能生產(chǎn)線的主要部分

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線硬件方面根據(jù)不同區(qū)域功能，可以分為倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)，上下料區(qū)，加工區(qū)，裝配區(qū)，輔助區(qū)。

發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)線軟件方面根據(jù)不同的功能，主要包括企業(yè)資源管理平臺(tái)ERP，企業(yè)產(chǎn)品生命周期管理平臺(tái)PLM，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)PDM，企業(yè)物流管理平臺(tái)EMS，生產(chǎn)管理平臺(tái)MES等。特別是企業(yè)物流管理平臺(tái)EMS和生產(chǎn)管理平臺(tái)MES在數(shù)字化生產(chǎn)線中扮演著主要角色，前者在整線中發(fā)揮著產(chǎn)品物流的管控和追蹤，后者在整線中發(fā)揮著統(tǒng)籌，協(xié)調(diào)各個(gè)平臺(tái)，并規(guī)劃整線的生產(chǎn)，調(diào)度和管理整線的設(shè)備，實(shí)時(shí)顯示與反饋當(dāng)前整線的狀態(tài)與產(chǎn)品的加工數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)整線的加工數(shù)據(jù)，分析整線的能量等功能。

2.4系統(tǒng)功能管理模塊

2.4.1刀具壽命管理

系統(tǒng)將CNC機(jī)臺(tái)所用到的刀具與CNC進(jìn)行位置綁定，通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)定好每件產(chǎn)品需要用到每把刀具的使用次數(shù)以及使用壽命的數(shù)值（極限值）。通過(guò)CNC加工產(chǎn)品的數(shù)量來(lái)計(jì)算每把刀具的使用壽命，當(dāng)?shù)毒呤褂么螖?shù)即將到達(dá)預(yù)設(shè)數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)提前提醒警示，當(dāng)?shù)毒呤褂么螖?shù)到達(dá)預(yù)設(shè)的壽命數(shù)值，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)提示操作人員對(duì)刀具進(jìn)行確認(rèn)，是否需要更換新的刀具。

2.4.2倉(cāng)儲(chǔ)管理

整線產(chǎn)品的半成品或者產(chǎn)品都進(jìn)入線邊倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)位暫存，系統(tǒng)對(duì)線邊倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)進(jìn)行管理。包含功能如下：入庫(kù)管理、庫(kù)位管理、出庫(kù)管理、在庫(kù)監(jiān)控、在庫(kù)查詢(xún)。

（1）入庫(kù)管理：半成品或者成品進(jìn)入倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)位，系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)定產(chǎn)品成品的類(lèi)型、產(chǎn)品加工狀態(tài)、已完成加工工序、入倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)時(shí)間等信息；

（2）暫存管理：系統(tǒng)按照產(chǎn)品成品的類(lèi)型、產(chǎn)品加工狀態(tài)、已完成加工工序、入倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)時(shí)間等條件，對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)庫(kù)位分配，將產(chǎn)品成品送入系統(tǒng)編制制定的庫(kù)位暫存；

（3）出庫(kù)管理：當(dāng)產(chǎn)品半成品或者產(chǎn)品根據(jù)系統(tǒng)排產(chǎn)進(jìn)入生產(chǎn)或者產(chǎn)品半成品或產(chǎn)品加工工序完成，需要出線進(jìn)行其他工序的加工時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)其所在的庫(kù)位信息，將該批次的半成品調(diào)出倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)位。產(chǎn)品的半成品或者產(chǎn)品出庫(kù)管理，可以采用先進(jìn)先出的原則，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品進(jìn)入庫(kù)位時(shí)間決定產(chǎn)品半成品或產(chǎn)品的生產(chǎn)優(yōu)先級(jí)。

（4）在庫(kù)監(jiān)控：系統(tǒng)會(huì)根據(jù)產(chǎn)品進(jìn)出庫(kù)位的信息，定時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)刷新在庫(kù)存儲(chǔ)的產(chǎn)品半成品或者成品進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)將信息反饋，操作人員可以通過(guò)整線的信息顯示屏，獲取目前實(shí)時(shí)的倉(cāng)儲(chǔ)信息。

（5）在庫(kù)查詢(xún)：系統(tǒng)記錄每個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)位置對(duì)應(yīng)產(chǎn)品半成品或者成品的在庫(kù)信息，可通過(guò)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行查詢(xún)。當(dāng)實(shí)際情況與系統(tǒng)數(shù)據(jù)有誤時(shí)，可通過(guò)對(duì)其進(jìn)行修改更新。

2.4.3在制品跟蹤管理

系統(tǒng)針對(duì)目前整線在制品的跟蹤管理，主要基于產(chǎn)品存放在容器（例如產(chǎn)品托盤(pán)、產(chǎn)品料框），并且在容器安裝能儲(chǔ)存信息RFID芯片，將產(chǎn)品的信息與容器上的RFID芯片進(jìn)行綁定。

產(chǎn)品從進(jìn)入生產(chǎn)線倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)前，上料區(qū)的RFID讀寫(xiě)器會(huì)讀取容器中的產(chǎn)品信息產(chǎn)品的信息并且寫(xiě)入該容器的RFID芯片。

進(jìn)入倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)時(shí)，倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的RFID讀寫(xiě)器對(duì)容器再次讀取并發(fā)送給系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)記錄產(chǎn)品進(jìn)入倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的信息。

當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)車(chē)間的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行排產(chǎn)規(guī)劃確認(rèn)后，產(chǎn)品從倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)出庫(kù)，倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的RFID讀寫(xiě)器對(duì)容器再次讀取并發(fā)送給系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)記錄產(chǎn)品出倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的信息）。

容器出倉(cāng)到達(dá)加工區(qū)，加工區(qū)機(jī)臺(tái)每次進(jìn)行上下料，機(jī)臺(tái)旁邊的產(chǎn)品放置容器的機(jī)臺(tái)上的RFID讀寫(xiě)器都進(jìn)行讀取容器目前信息倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的RFID讀寫(xiě)器對(duì)容器再次讀取并發(fā)送給系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)記錄產(chǎn)品進(jìn)入倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)的信息，并實(shí)時(shí)更新?tīng)顟B(tài)。

因此，產(chǎn)品在整線流轉(zhuǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)都會(huì)記錄產(chǎn)品在車(chē)間的流轉(zhuǎn)情況，并實(shí)時(shí)追蹤產(chǎn)品的狀態(tài)與位置信息。

2.4.4質(zhì)量信息管理

系統(tǒng)與機(jī)臺(tái)之間進(jìn)行通信，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集，采集經(jīng)過(guò)機(jī)臺(tái)的每個(gè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)（過(guò)程、結(jié)果、扭力、角度、高度、裝配），并記錄到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，生產(chǎn)各類(lèi)質(zhì)量查詢(xún)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖表等。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)采集數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)反饋到監(jiān)控畫(huà)面，整線的操作者可以通過(guò)系統(tǒng)，將監(jiān)控畫(huà)面或者儲(chǔ)存質(zhì)量報(bào)表了解整線產(chǎn)品的質(zhì)量信息。

2.4.5設(shè)備監(jiān)控管理

系統(tǒng)經(jīng)工廠以太網(wǎng)絡(luò)與各設(shè)備相連接，通過(guò)數(shù)據(jù)接口采集各類(lèi)設(shè)備的狀態(tài)信息（正常、異常、暫停等）、加工程序號(hào)。系統(tǒng)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)?？赏ㄟ^(guò)可視化看板顯示，或者記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)，生產(chǎn)各類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

設(shè)備數(shù)據(jù)的接口可分為以下幾類(lèi)：

（1）PLC控制器：采用OPC方式采集數(shù)據(jù)，需提供設(shè)備數(shù)據(jù)地址表；

（2）PC控制器：采用數(shù)據(jù)接口，如FTP，Socket，webservice等；

（3）單片機(jī)：根據(jù)設(shè)備開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口定制開(kāi)發(fā)。一用串口通信。

2.4.6可視化管理

將系統(tǒng)可采集的各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝的顯示屏實(shí)時(shí)顯示工廠當(dāng)前的生產(chǎn)信息。

2.4.7報(bào)表中心

系統(tǒng)將各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)服務(wù)器上，并根據(jù)客戶(hù)要求開(kāi)發(fā)相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。報(bào)表分為兩類(lèi)：查詢(xún)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖表。

3發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能制造的發(fā)展與趨勢(shì)

隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的更新，數(shù)字化智能產(chǎn)線應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。特別是自動(dòng)化設(shè)備智能應(yīng)用技術(shù)，互聯(lián)互通技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，以及自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施框架功能的補(bǔ)充完善，結(jié)合工業(yè)大數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足企業(yè)用戶(hù)對(duì)于互聯(lián)互通、過(guò)程可視、優(yōu)化改進(jìn)和智能決策等各個(gè)層面的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求和一站式服務(wù)需求。同時(shí)，依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工藝與技術(shù)的更新與應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化智能產(chǎn)線功能將更加齊全，對(duì)生產(chǎn)的作業(yè)流程更嚴(yán)密，對(duì)生產(chǎn)的要求更高標(biāo)準(zhǔn)。

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