加工事業(yè)部漆包線廠智能化工廠設(shè)計(jì)方案的構(gòu)想

湯曉水

（江西銅業(yè)加工事業(yè)部，江西 南昌 330096）

1 引言

傳伴隨著德國(guó)工業(yè)制造4.0、中國(guó)制造2025、中國(guó)人工智能2.0等國(guó)內(nèi)外重大戰(zhàn)略的提出，自動(dòng)化技術(shù)和人工智能進(jìn)入了全新的發(fā)展階段，兩化融合體現(xiàn)著鮮明的時(shí)代特征，推動(dòng)新產(chǎn)業(yè)革命。李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中明確指出，要打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，拓展“智能+”，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)賦能。隨著國(guó)內(nèi)漆包線行業(yè)的快速發(fā)展，大批優(yōu)秀的漆包線生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將愈演愈烈。江西銅業(yè)加工事業(yè)部漆包線廠（以下簡(jiǎn)稱漆包線廠）要提高其在行業(yè)內(nèi)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，為助力江銅集團(tuán)打造“具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流企業(yè)”，實(shí)現(xiàn)“三年創(chuàng)新倍增”攻堅(jiān)計(jì)劃，必須要在發(fā)展智能制造與工業(yè)大數(shù)據(jù)信息技術(shù)上加快步伐，逐步實(shí)現(xiàn)漆包線工廠優(yōu)化升級(jí)、智能制造和綠色發(fā)展，也是“智能+”的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

2 漆包線廠創(chuàng)建智能化工廠的目標(biāo)

通過(guò)漆包線廠已有的信息化管理系統(tǒng)（OA、ERP、全面預(yù)算管理系統(tǒng)等）及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把漆包線廠的設(shè)備、傳感器、控制器等數(shù)據(jù)進(jìn)行集中實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)設(shè)備跟設(shè)備、生產(chǎn)工藝跟設(shè)備的聯(lián)動(dòng)及高效的協(xié)同工作，結(jié)合數(shù)字化指令能夠快速適應(yīng)相應(yīng)變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接單、自動(dòng)優(yōu)化生產(chǎn)排程、智能化優(yōu)化調(diào)度、數(shù)字化產(chǎn)品檢測(cè)、提高設(shè)備利用率和能源使用以及產(chǎn)品品質(zhì)等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、質(zhì)量、設(shè)備過(guò)程控制智能化。

通過(guò)AGV智能機(jī)器人、生產(chǎn)線機(jī)器人、智能化生產(chǎn)設(shè)備（含舊設(shè)備升級(jí)改造）、機(jī)器視覺(jué)智能輔助裝置及在線檢測(cè)儀器對(duì)生產(chǎn)、品質(zhì)過(guò)程控制、減少人工作業(yè)、提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)、降低人力成本［1］。實(shí)現(xiàn)漆包線自動(dòng)更換（上下）線盤、物流自動(dòng)搬運(yùn)產(chǎn)品、產(chǎn)品質(zhì)量智能化檢測(cè)、自動(dòng)包裝稱重、立體智能倉(cāng)庫(kù)等作業(yè)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸與物流系統(tǒng)智能化。

通過(guò)融入當(dāng)今最先進(jìn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集成技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、智能機(jī)器人技術(shù)等創(chuàng)建漆包線廠智能化工廠［3］。從而實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)字化、過(guò)程控制自動(dòng)化、管理可視化、分析多端化等，促進(jìn)漆包線廠的產(chǎn)品質(zhì)量提升、工藝控制優(yōu)化、物料能源協(xié)同、勞動(dòng)效率提升、生產(chǎn)成本下降等，進(jìn)一步提升漆包線廠在漆包線行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 漆包線廠創(chuàng)建智能化工廠方案的構(gòu)想

3.1 企業(yè)現(xiàn)狀

漆包線廠主要從事設(shè)計(jì)、制造和銷售各類高檔漆包線，主要產(chǎn)品為耐冷媒漆包線、聚酯亞胺漆包線、自潤(rùn)滑聚酰胺酰亞胺漆包線等高端漆包銅圓線，線徑規(guī)格范圍為0.08～2.000mm，年設(shè)計(jì)產(chǎn)能為2.4萬(wàn)t，員工人數(shù)102人。主工藝設(shè)備是分別從德國(guó)Niehoff公司和奧地利MAG公司和國(guó)內(nèi)無(wú)錫梅達(dá)公司、巨一同創(chuàng)公司、太陽(yáng)線纜公司等引進(jìn)的具有世界領(lǐng)先水平的拉絲、漆包生產(chǎn)線；漆包線在線粒子檢測(cè)引進(jìn)美國(guó)Lear公司在線檢測(cè)系統(tǒng)；漆包線產(chǎn)品性能檢測(cè)設(shè)備及其他輔助設(shè)備亦選用國(guó)內(nèi)同類先進(jìn)的產(chǎn)品?，F(xiàn)有M30拉絲機(jī)2臺(tái)、連拉連包高速漆包機(jī)21臺(tái)、節(jié)能小線規(guī)漆包機(jī)2臺(tái)。拉絲工藝采用連續(xù)退火工藝和冷卻液集中循環(huán)供應(yīng)，保證中間產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能源；漆包工藝采用拉絲-漆包連續(xù)生產(chǎn)和廢氣催化燃燒生產(chǎn)工藝，減少模具消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，并解決了排放廢氣對(duì)環(huán)境的污染，漆包線生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

漆包線產(chǎn)品通過(guò)了質(zhì)量、環(huán)境、職業(yè)健康安全和能源“四標(biāo)”管理體系認(rèn)證以及UL、ROHS、REACH等相關(guān)產(chǎn)品認(rèn)證。是江銅集團(tuán)進(jìn)入銅加工領(lǐng)域的重要探索，公司致力于以高品質(zhì)的產(chǎn)品為市場(chǎng)客戶服務(wù)，受到社會(huì)廣泛贊譽(yù)?，F(xiàn)已與上海日立、美的美芝、格力凌達(dá)、華意壓縮、加西貝拉等國(guó)內(nèi)高端客戶合作，并成為以上客戶的“核心供應(yīng)商”和“戰(zhàn)略合作伙伴”，高端品質(zhì)和市場(chǎng)地位得到肯定與認(rèn)可。

圖1 漆包線生產(chǎn)工藝流程圖

3.2 創(chuàng)建智能化工廠方案

漆包線廠智能化工廠創(chuàng)建是在結(jié)合漆包線廠生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)創(chuàng)建智能化工廠將實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，通過(guò)工廠布局和優(yōu)化工藝流程，打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，引入“智能+”概念。其智能化工廠創(chuàng)建方案設(shè)計(jì)包括四大系統(tǒng)［2］，分別是智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)、智能化管控系統(tǒng)、智能化設(shè)備和生產(chǎn)線系統(tǒng)、智能化倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸與物流系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 智能化工廠創(chuàng)建方案的四大系統(tǒng)

3.2.1 智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有漆包線廠的信息化系統(tǒng)導(dǎo)入MES系統(tǒng)［4］，實(shí)現(xiàn)了全面預(yù)算管理系統(tǒng)、OA、ERP和MES系統(tǒng)間對(duì)接形成了信息化閉環(huán)，構(gòu)建了漆包線廠智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)圖（圖3）。通過(guò)設(shè)置必要的接口，對(duì)包括PLC、數(shù)據(jù)采集器、二維碼、各種計(jì)量及檢測(cè)儀器、機(jī)械手、HVC在線粒子檢測(cè)儀等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備建立聯(lián)系，以二維碼等自動(dòng)信息采集技術(shù)進(jìn)行設(shè)備、物料、質(zhì)量等信息采集，從而實(shí)現(xiàn)漆包線物料成本管理、生產(chǎn)工藝管理、產(chǎn)品的過(guò)程控制以及設(shè)備管理的智能化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)接單、訂單自動(dòng)評(píng)審和自動(dòng)排產(chǎn)以及系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度的時(shí)時(shí)預(yù)警監(jiān)控?？稍赟OP上實(shí)時(shí)查看當(dāng)天的生產(chǎn)任務(wù)，實(shí)時(shí)查看訂單的執(zhí)行情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備點(diǎn)檢保養(yǎng)作業(yè)情況，以及實(shí)時(shí)監(jiān)控各原物料成本消耗情況。通過(guò)平臺(tái)的工藝管理智能化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程智能化控制，在線質(zhì)量的自動(dòng)時(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。

圖3 漆包線廠智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

3.2.2 智能化管控系統(tǒng)

在生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)訂單是整個(gè)制造執(zhí)行的驅(qū)動(dòng)源頭，生產(chǎn)工藝文件與調(diào)度指揮是指導(dǎo)生產(chǎn)的重要依據(jù)［5］。漆包線廠建立中央控制室（生產(chǎn)調(diào)度指揮中心），通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把漆包線廠的設(shè)備、設(shè)備傳感器、控制器等數(shù)據(jù)進(jìn)行集中實(shí)時(shí)采集，全廠的設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制、生產(chǎn)進(jìn)度、物料傳送等信息匯總于大數(shù)據(jù)中心并于中央控制室相連。實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)計(jì)劃及執(zhí)行情況、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)圖、物料消耗、成本統(tǒng)計(jì)情況等，中央控制室設(shè)有智能計(jì)劃系統(tǒng)操作界面、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、看板展示及生產(chǎn)品質(zhì)異常報(bào)警等，顯示個(gè)生產(chǎn)區(qū)域的監(jiān)控信息，如中拉車間、漆包車間、檢驗(yàn)工段、物料叉車班、模具室、倉(cāng)庫(kù)等；現(xiàn)場(chǎng)安裝LED大顯示屏監(jiān)視裝置，全方位的監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)控和記錄，確保生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的安全、設(shè)備、品質(zhì)、安全等正常運(yùn)行，以及現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)安全、質(zhì)量等事故的追溯。

3.2.3 智能化設(shè)備和生產(chǎn)線系統(tǒng)

結(jié)合漆包線廠現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝流程，采用智能化生產(chǎn)工藝，基于從拉絲放線到漆包線產(chǎn)品入庫(kù)的每一道工藝流程，建立數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精密管控，根據(jù)工廠實(shí)際智能化設(shè)備和生產(chǎn)線需要實(shí)現(xiàn)漆包機(jī)自動(dòng)更換（上下）線盤作業(yè)和漆包線產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)智能化等功能。

實(shí)現(xiàn)漆包機(jī)自動(dòng)更換（上下）線盤作業(yè)，目前我廠所有高速連拉連包漆包機(jī)線盤立式收線，線盤尺寸為PT25-PT270，包含全部尺寸。當(dāng)產(chǎn)品滿軸下掛后，漆包機(jī)上計(jì)量傳感器參數(shù)自動(dòng)傳輸?shù)阶詣?dòng)機(jī)械臂，通過(guò)自動(dòng)機(jī)械臂及時(shí)對(duì)尾線進(jìn)行處理，尾線處理完成后采用自動(dòng)行車軌道方式，自動(dòng)上下起吊和左右移動(dòng)滿軸產(chǎn)品線盤運(yùn)至AGV機(jī)器人上，最后通過(guò)自動(dòng)機(jī)械臂抓運(yùn)空線盤運(yùn)至漆包機(jī)收線機(jī)上，再采用自動(dòng)上下盤壓緊裝置對(duì)空線盤進(jìn)行壓緊。這樣，整個(gè)自動(dòng)更換（上下）線盤作業(yè)流程就完成，如圖4所示。

圖4 漆包機(jī)自動(dòng)更換（上下）線盤

漆包線產(chǎn)品質(zhì)量智能化檢測(cè)，其智能檢測(cè)流程如圖5所示，是通過(guò)漆包線檢測(cè)儀器掃描槍，掃描被檢測(cè)樣線線盤標(biāo)簽，取得產(chǎn)品生產(chǎn)日期、班次、型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)機(jī)臺(tái)、生產(chǎn)和檢驗(yàn)作業(yè)員、產(chǎn)品客戶等信息，不需要人工輸入。漆包線檢測(cè)儀測(cè)試完畢數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至電腦，每一項(xiàng)檢測(cè)做完后，主界面數(shù)據(jù)和參數(shù)自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)器，檢驗(yàn)記錄自動(dòng)生成，并按照型號(hào)、規(guī)格等信息自動(dòng)匹配相應(yīng)的客戶標(biāo)準(zhǔn)，形成出廠檢測(cè)報(bào)告。同時(shí)，可以利用時(shí)間、產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格、檢驗(yàn)員等關(guān)鍵詞掃描信息碼對(duì)所有的檢測(cè)時(shí)間進(jìn)行快速搜索，也可以導(dǎo)入數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析功能，如CPK分析等。利用大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理，質(zhì)量預(yù)警迅速，提高時(shí)效，實(shí)現(xiàn)漆包線產(chǎn)品質(zhì)量智能化檢測(cè)。

圖5 漆包線產(chǎn)品質(zhì)量智能檢測(cè)流程圖

3.2.4 智能化倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸與物流系統(tǒng)（智能AGV、機(jī)械手、立體倉(cāng)庫(kù)）

漆包線廠智能化倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸與物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖6所示，漆包線產(chǎn)品滿軸自動(dòng)下掛后通過(guò)AGV機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)輸?shù)疆a(chǎn)品自動(dòng)包裝稱重系統(tǒng)，自動(dòng)包裝稱重系統(tǒng)能夠通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)合格的漆包線產(chǎn)品連續(xù)輸送、在線稱重、在線包裝,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)稱重并張貼計(jì)量標(biāo)簽，提高包裝的效率和精度,降低包裝人力成本，提高效率。將包裝好的產(chǎn)品由RFID閱讀器與天線組成的通道進(jìn)行入庫(kù)，RFID將自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)并于形成與生產(chǎn)訂單數(shù)量關(guān)聯(lián)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)倉(cāng)儲(chǔ)管理信息系統(tǒng)運(yùn)算出庫(kù)位。倉(cāng)庫(kù)采用高層貨架配以貨箱或托盤儲(chǔ)存貨物，用巷道堆垛起重機(jī)及其他機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)與立體倉(cāng)庫(kù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程自動(dòng)化的智能化立體倉(cāng)庫(kù)，計(jì)量包裝完后的產(chǎn)品根據(jù)運(yùn)算出庫(kù)位再通過(guò)自動(dòng)裝卸機(jī)將托盤運(yùn)輸?shù)搅Ⅲw倉(cāng)庫(kù)在指定庫(kù)位。

發(fā)貨人根據(jù)銷售要求的發(fā)貨單生成出庫(kù)單，系統(tǒng)根據(jù)先進(jìn)先出原則，由系統(tǒng)向自動(dòng)裝卸機(jī)傳輸倉(cāng)位信息，自動(dòng)將倉(cāng)位產(chǎn)品運(yùn)送至裝載區(qū)。產(chǎn)品出庫(kù)完畢后，只能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)自動(dòng)更新資料到數(shù)據(jù)庫(kù)，保證貨、帳一致。

產(chǎn)品從計(jì)量到出庫(kù)所有數(shù)據(jù)與全面預(yù)算系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和MES系統(tǒng)共享。智能倉(cāng)庫(kù)建立自動(dòng)化設(shè)備管理指揮中心與MES系統(tǒng)融合、利用LED顯示屏實(shí)時(shí)監(jiān)控漆包線產(chǎn)品的包裝、入庫(kù)運(yùn)行情況，最后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)組貨、發(fā)貨。

圖6 漆包線廠智能化倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸與物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

4 預(yù)期效益分析

通過(guò)對(duì)漆包線廠智能化工廠的創(chuàng)建將從根本上改變漆包線廠現(xiàn)有的生產(chǎn)管控模式，大幅提升漆包線生產(chǎn)裝備的信息化和智能化水平，提升漆包線研發(fā)、制造全生產(chǎn)工藝流程管理決策能力和高效科學(xué)管理水平，提高漆包線產(chǎn)品生產(chǎn)效率，縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期，提高產(chǎn)品合格率以及降低能耗，也可有效促進(jìn)漆包線行業(yè)向智能制造優(yōu)化升級(jí)。預(yù)期產(chǎn)生直接效益269萬(wàn)元/年，具體如表1。

表1 預(yù)期效益分析表

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)漆包線廠智能化工廠的創(chuàng)建，預(yù)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)各工序自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，構(gòu)建分布式控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用分散連接、集中監(jiān)控的方式，完成制造過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的可視化與網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化快速定制智能制造終端的智能管理［6］。智能制造的創(chuàng)建將從根本上改變漆包線廠現(xiàn)有的生產(chǎn)管控模式，大幅提升漆包線生產(chǎn)裝備的信息化和智能化水平，提升漆包線研發(fā)、制造全生產(chǎn)工藝流程管理決策能力和高效科學(xué)管理水平，可有效促進(jìn)漆包線行業(yè)向智能制造優(yōu)化升級(jí)。