光伏玻璃智能工廠實(shí)踐與創(chuàng)新

李茂剛 葛莊 曾敏 謝囿有 李萍 杜佳喜

摘要：為提高企業(yè)工作效率，降低生產(chǎn)勞動(dòng)成本，加快世界首條超薄高透光伏玻璃生產(chǎn)線的智能建設(shè)，我司以聯(lián)合優(yōu)勢企業(yè)，與科研院所和高等學(xué)校相結(jié)合，形成聯(lián)合體的方式來開展智能制造工作，先后上線ERP系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)和MES系統(tǒng)等智能制造關(guān)鍵系統(tǒng)，將關(guān)鍵系統(tǒng)整合為智能管理平臺(tái)，形成了原片不落地的光伏玻璃流程型智能工廠新模式。本文總結(jié)了光伏玻璃智能工廠的建設(shè)過程及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)建材企業(yè)如何加快推進(jìn)智能制造工作具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：光伏玻璃;流程型;智能工廠;新模式

一、緒論

1、建材行業(yè)智能制造發(fā)展趨勢

建設(shè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化智能工廠已成為各國制造業(yè)占領(lǐng)制造技術(shù)制高點(diǎn)的重點(diǎn)方向。其中，中國建材制造業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新發(fā)展及激烈的國際競爭中，急需找到企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破口。同時(shí)，黨的十八大報(bào)告表明信息化建設(shè)是建材制造業(yè)發(fā)展智能制造的必行之策，“中國制造2025”要求建材行業(yè)等制造業(yè)全方位發(fā)展智能制造，各種智能制造試點(diǎn)項(xiàng)目的啟動(dòng)大力推動(dòng)了建材制造業(yè)智能化、綠色化和信息化發(fā)展進(jìn)程，這為企業(yè)通過建設(shè)智能工廠實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了很好的機(jī)遇。

2、光伏玻璃企業(yè)現(xiàn)狀

我國玻璃制造行業(yè)總體水平較低，技術(shù)創(chuàng)新能力不足，生產(chǎn)管理水平落后，智能制造基礎(chǔ)薄弱。光伏玻璃企業(yè)是在傳統(tǒng)平板玻璃的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，既具備了傳統(tǒng)玻璃企業(yè)的特點(diǎn)，同時(shí)也融合了國際先進(jìn)的生產(chǎn)加工技術(shù)。光伏玻璃企業(yè)作為我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和玻璃制造業(yè)的新業(yè)態(tài)，急需抓住制造業(yè)轉(zhuǎn)型的契機(jī)，降本增效，布局國際市場，提高我國光伏產(chǎn)品國際競爭力。智能制造為光伏玻璃企業(yè)提供了彎道超車的機(jī)遇，將工廠升級(jí)為智能工廠，不僅能有效降低產(chǎn)品制造過程中各類成本，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)有利于企業(yè)縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、快速擴(kuò)大產(chǎn)銷規(guī)模并顯著提高市場競爭力。

二、智能工廠的建設(shè)

1、智能工廠方案論證

牽頭企業(yè)需聯(lián)合優(yōu)勢企業(yè)，與科研院所和高等學(xué)校相結(jié)合，形成聯(lián)合體，并大力推行建材自動(dòng)化成套設(shè)備、智能傳感器、在線系統(tǒng)、智能工業(yè)機(jī)器人、人工智能技術(shù)以及可視化技術(shù)等智能化模塊的研發(fā)與應(yīng)用是光伏玻璃企業(yè)智能工廠建設(shè)的核心。聯(lián)合體單位前期進(jìn)行深入技術(shù)交流與技術(shù)方案論證，對(duì)智能工廠的建設(shè)進(jìn)行設(shè)備的定制和專項(xiàng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了光伏玻璃生產(chǎn)工藝與智能設(shè)備的良好匹配，從而提高企業(yè)內(nèi)部流程運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低辦公成本，實(shí)現(xiàn)集中靈活調(diào)度生產(chǎn)和實(shí)時(shí)監(jiān)控與實(shí)時(shí)在線優(yōu)化，通過數(shù)據(jù)集成和模擬仿真，建立一個(gè)覆蓋全廠的運(yùn)營監(jiān)控平臺(tái)。

2、方案實(shí)施

智能工廠是以自動(dòng)化及智能設(shè)備為基礎(chǔ)，DCS等工業(yè)控制軟件為結(jié)構(gòu)單元，智能平臺(tái)系統(tǒng)為核心，金蝶K/3系統(tǒng)為輔，搭建的一整套光伏玻璃智能工廠典型架構(gòu)。建設(shè)智能工廠的實(shí)施過程圖（如圖1所示）和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖（如圖2所示），清晰直觀的表現(xiàn)了建設(shè)智能工廠的詳細(xì)實(shí)施過程和工廠全生命周期架構(gòu)模式。

三、光伏玻璃智能工廠應(yīng)用概況

以智能工廠為核心推進(jìn)智能制造工作，從裝備智能化、可視化技術(shù)、搭建工業(yè)軟件平臺(tái)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及企業(yè)大數(shù)據(jù)分析四個(gè)層面實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏玻璃基板材料智能制造新模式的建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)降本增效、柔性化生產(chǎn)的目標(biāo)，并通過分析智能工廠建設(shè)過程所遇瓶頸問題，總結(jié)出建設(shè)智能工廠的經(jīng)驗(yàn)。

1、裝備智能化

（1）智能工業(yè)機(jī)器人

建設(shè)智能工廠所應(yīng)用的機(jī)器人如圖3所示，主要有搬運(yùn)機(jī)器人、鋪紙機(jī)器人、激光鉆孔機(jī)器人及平面關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人。

搬運(yùn)機(jī)器人是由三個(gè)互相平行的旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)線性軸構(gòu)成的機(jī)器手臂，自由度高，幾乎適合任何軌跡或者角度的搬運(yùn)工作;鋪紙機(jī)器人可配合搬運(yùn)機(jī)器人自主完成鋪邊和裁邊工作;激光鉆孔機(jī)器人利用高功率密度激光束照射玻璃，使該處玻璃迅速被加熱至汽化溫度，蒸發(fā)形成所需孔洞形狀，主要應(yīng)用于光伏組件背板玻璃的無接觸數(shù)字化精確打孔;平面關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)器人采用西門子$7-1200系列PLC（Progranmaable Logic Controller，可編程邏輯控制器），集上片、下片和補(bǔ)片功能于一體。通過人機(jī)界面集中控制達(dá)到緊密配合行星減速機(jī)和西門子伺服電機(jī)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)平面抓取、豎立擺放以及橫向移動(dòng)等工作的精準(zhǔn)定位。

（2）智能傳感、控制和檢測設(shè)備

智能傳感器采用光敏傳感方式，當(dāng)玻璃基板通過傳感器1處位置1時(shí)，傳感器1將信號(hào)反饋至PLC。PLC控制伺服電機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸輥道加減速，玻璃基板材料行至位置2時(shí)，傳感器2反饋信號(hào)，運(yùn)輸輥道停止，達(dá)到精準(zhǔn)定位。另外，工作人員通過控制系統(tǒng)及智能檢測設(shè)備對(duì)玻璃生產(chǎn)工藝流程中關(guān)鍵工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，對(duì)玻璃原片質(zhì)量、玻璃成品的缺陷及透光率實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線無損檢測。

（3）人工智能技術(shù)

搭載人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)的玻璃全面缺陷在線檢測儀，通過使用多通道高頻率同步系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了最新Z7高速智能處理線陣相機(jī)對(duì)同一缺陷多種圖像的采集。使用Windows 08Server操作系統(tǒng)和Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫的中央通訊服務(wù)器，通過引導(dǎo)系統(tǒng)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，將標(biāo)準(zhǔn)圖庫中已有的缺陷種類圖像產(chǎn)生一套記憶系數(shù)。當(dāng)輸入待識(shí)別圖像時(shí)，系統(tǒng)憑記憶系數(shù)識(shí)別缺陷種類，再經(jīng)由多場圖像分析，進(jìn)一步分析、確定各類缺陷。

2、可視化技術(shù)

可視化技術(shù)是一種處理數(shù)據(jù)的有效分析手段，主要過程是建模和渲染。建模是把數(shù)據(jù)映射成物體的幾何圖元;渲染是把幾何圖元描繪成圖形或圖像。通過建設(shè)智能工廠，已實(shí)現(xiàn)對(duì)原料設(shè)備、原料配料的工藝流程進(jìn)行建模;對(duì)熔窯設(shè)備進(jìn)行建模;對(duì)原片切割機(jī)進(jìn)行建模;并整體實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備遠(yuǎn)程數(shù)字化和可視化控制;實(shí)現(xiàn)了光伏玻璃由原片、深加工至包裝生產(chǎn)連線的建模，輔以高清攝像頭，面向MES系統(tǒng)，完成了DLP工業(yè)大屏的建設(shè)，DLP工業(yè)大屏拼接圖，如圖4所示。

3、工業(yè)軟件