電線電纜智能制造的發(fā)展

張建國 肖尚浩

（1． 國家特種電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中心，安徽 巢湖 238300 ；2． 安徽華能電纜集團有限公司，安徽 巢湖 238300）

特斯拉汽車在制造過程中，之所以能肩負其低生產(chǎn)成本，主要原因之一是其采用了智能制造方法，即在汽車生產(chǎn)鏈條上大量使用了機器人。在科學技術日新月異的大背景下，中國制造行業(yè)迎來一定發(fā)展機遇的同時，也面臨著較嚴峻挑戰(zhàn)，智能制造模式的構(gòu)建與推廣將會使產(chǎn)品生產(chǎn)中人力成本降低，生產(chǎn)敏捷性與系統(tǒng)優(yōu)化率顯著提升，促進全球制造業(yè)轉(zhuǎn)移過程。但對于電線電纜行業(yè)而言，智能制造并不是簡單“移植”后得到的產(chǎn)物，而應結(jié)合行業(yè)標準、項目創(chuàng)新目標，加大“敏捷軟件”、“柔軟硬件”以及企業(yè)信息支撐體系的開發(fā)力度，在此基礎上，最大限度地創(chuàng)新、完善關鍵技術工藝。

1 我國電線電纜行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 行業(yè)集中度不足

據(jù)記載[1]，國內(nèi)98.8%的電線電纜企業(yè)屬于中小型企業(yè)，大型企業(yè)僅有19 家，大型企業(yè)市場份額僅占11. 7%。而美國位列前十名電線電纜企業(yè)在本國電纜市場內(nèi)所占份額約67.0%，日本位居前六名企業(yè)市場份額達到了65.0 %。盡管中國是電纜產(chǎn)品制造大國，但產(chǎn)業(yè)集中性不足，產(chǎn)業(yè)整體規(guī)模偏大，而和產(chǎn)業(yè)強生產(chǎn)力之間還存在較大距離，在全球激烈戰(zhàn)爭中不占據(jù)優(yōu)勢。

1.2 產(chǎn)能膨脹過度

自美國金融危機以來，在“擴內(nèi)需，保增長”政策的指引下，國內(nèi)各級政府機關步入了新一輪投資熱潮內(nèi)，超高壓、特種以及光纖等諸多產(chǎn)品領域持續(xù)拓展產(chǎn)能。有統(tǒng)計資料顯示，當前國產(chǎn)電線電纜設備平均利用率約30.0%，和發(fā)達國家70.0%以上平均利用率相變存在較明顯的差距[2]?！笆濉逼陂g，很多產(chǎn)業(yè)運營階段肩負著提升設備產(chǎn)能與強化市場競爭力的雙重壓力，一些生產(chǎn)中低端產(chǎn)品企業(yè)發(fā)展階段滋生出產(chǎn)能過剩的問題。

1.3 技術創(chuàng)新能力不夠

國內(nèi)電線電纜產(chǎn)業(yè)投入研發(fā)經(jīng)費平均值在銷售額中所占比例不到1.0%，電線電纜企業(yè)90%以上產(chǎn)能匯聚于低端產(chǎn)品上[3]。整體分析，產(chǎn)業(yè)技能、自主創(chuàng)新能力發(fā)展落后于生產(chǎn)規(guī)模拓展進程，受技術工藝水平、有關材料、配套設施等諸多條件的約束，產(chǎn)業(yè)價值鏈高端產(chǎn)品的研發(fā)力度不足，捕獲實質(zhì)性突破發(fā)展存在較高難度。在基礎科研、運用研究及核心技術重要流程等方面，和國外發(fā)達國家之間還存在較大距離。業(yè)內(nèi)對高新產(chǎn)品的開發(fā)、創(chuàng)新力度明顯不足，這是造成電線電纜產(chǎn)品高度同質(zhì)化的內(nèi)在原因之一，因此很多制造企業(yè)為在市場上占據(jù)一定優(yōu)勢，通常會采用壓低產(chǎn)品售價的方法。

2 電線電纜智能制造內(nèi)容及關鍵技術

2.1 以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎的全程式智能管理

首先，規(guī)劃與控制混流生產(chǎn)作業(yè)。結(jié)合電線電纜企業(yè)產(chǎn)品特征，其對加工技術提出更高要求。因此在后續(xù)生產(chǎn)解讀提倡企業(yè)盡量引進一些更為高端化的自動化生產(chǎn)線，以提升產(chǎn)品加工精度。為應對部分生產(chǎn)流程精度不足、原材料浪費多的現(xiàn)狀，可以從如下3 個方面加以改進。1）完善計劃排產(chǎn)。2）擬編設備選用方案。3）動態(tài)化調(diào)控生產(chǎn)進程。

其次，基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，依照相關生產(chǎn)標準，構(gòu)建一套執(zhí)行度較高的工藝標準，以迎合智能制造的現(xiàn)實需求。利用OPC 服務與 JDBC 鏈接混合使用形式保證工藝參數(shù)下達與收集的一致性、時效性，序列如圖1 所示[3]。

再者，針對物料進行集成管理。推行拉動式配料辦法，具體是依照現(xiàn)實生產(chǎn)計劃，分時、分批少量供給物料。針對物流路線，靈活對其作出定義，力爭達成供應鏈的全面覆蓋；靈活規(guī)劃送料方案，各類材料送料頻次有一定差異；和自動物流裝置實現(xiàn)無縫隙集成，保證物料配送的精準度。開發(fā)內(nèi)容以物料需求計劃、物流追蹤與信息處理、集成管控與自動化配送。

最后，產(chǎn)品生產(chǎn)全程式質(zhì)量管控。電纜產(chǎn)品對生產(chǎn)品質(zhì)提出的要求較高，利用實時監(jiān)視可視化能建設產(chǎn)品和制作過程的關聯(lián)性，進而全面監(jiān)測與追溯用戶返廠維修、成品生產(chǎn)批次、加工過程、原料供應全生命周期信息。定時校準各車間的質(zhì)檢裝備，結(jié)合業(yè)內(nèi)質(zhì)檢標準，有針對性地采集各車間質(zhì)檢信息，解讀上下游車間/供應商質(zhì)檢的相關性，進而更為科學地指導電纜生產(chǎn)過程，協(xié)助工作人員提升生產(chǎn)技術水平、及時調(diào)控對產(chǎn)品品質(zhì)形成不良影響的參數(shù)，早期洞察并終止不合規(guī)的加工。

圖1 工藝參數(shù)下達與采集的序列圖示

2.2 基于3D虛擬工廠環(huán)境，智能調(diào)控生產(chǎn)過程

在3D 虛擬仿真加工環(huán)境下，產(chǎn)品生產(chǎn)過程和數(shù)據(jù)采集模塊無縫銜接，于3D 工廠內(nèi)直觀地呈現(xiàn)出生產(chǎn)現(xiàn)場的設備加工參數(shù)、人員配置以及計劃落實情況等數(shù)據(jù)。管理與操作者通過監(jiān)控屏幕、PC 機及智能終端，就能全面掌控工廠生產(chǎn)運作狀況，實現(xiàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)全程式追蹤和反饋。開發(fā)內(nèi)容包括生產(chǎn)方案實施、工藝參數(shù)監(jiān)控、設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)、人員配置、質(zhì)量以及突發(fā)事件監(jiān)控等。

2.3 基于異構(gòu)設備/系統(tǒng)，采集設備聯(lián)網(wǎng)相關信息

針對各種異構(gòu)設備設施，均能做到聯(lián)網(wǎng)，以此為基礎，經(jīng)可編程控制器、數(shù)據(jù)采集卡等各類設備內(nèi)動態(tài)化收集數(shù)據(jù)，傳遞出調(diào)控指令，并檢測系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常。

2.3.1 以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎的設備設施互聯(lián)

分析到多種設備支撐、大范圍動態(tài)采集數(shù)據(jù)的成本及后期維護工作的簡易性，擬定選用第三方Wonderware（ww）平臺。該平臺可完成第三方數(shù)據(jù)信息的采集任務，兼具工業(yè)OPC 通信形式，支持千余種品牌控制器的運作過程，使數(shù)據(jù)能快捷的抵達設備層面，降低了各種異構(gòu)設備聯(lián)網(wǎng)的難度系數(shù)。

2.3.2 采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)

采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)包括采集設備裝置運行狀態(tài)、物料、生產(chǎn)過程質(zhì)量、職員配置信息數(shù)據(jù)等。

2.3.3 動態(tài)化處理與解讀數(shù)據(jù)

只有在數(shù)據(jù)信息發(fā)生變動時，方可以將其整合至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，借此方式去降低數(shù)據(jù)庫的庫存量。針對實時采集的數(shù)據(jù)，如果確定其有特殊的使用要求，則建議立即處理。

2.3.4 和上層應用建設信關系

大部分情況下，現(xiàn)場生產(chǎn)設備裝置源于數(shù)個廠家，他們遵循的協(xié)議接口存在差異性，實現(xiàn)上層應用和各類設備精確對接通信，是電纜產(chǎn)品智能制造階段迫切需處理的問題，主要包括下達工藝參數(shù)、現(xiàn)場報警處置、現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)全面分析與應用等。

2.4 電線電纜生產(chǎn)過程的大數(shù)據(jù)分析

主要是以物料譜系為基礎，追溯產(chǎn)品生產(chǎn)的全生命周期。例如， 成品追溯物料：成品號→成品加工流程編號→制造日期→某生產(chǎn)車間接收物料的日期→物料包裝條碼→供應商批次條碼。

3 結(jié)語

建成電線電纜行業(yè)數(shù)字化工廠，以自主創(chuàng)新為支撐，實現(xiàn)對電纜產(chǎn)品制造全過程的智能化管理、實時監(jiān)控及采集數(shù)據(jù)信息，強化了產(chǎn)品設計與制造過程的協(xié)同性，使生產(chǎn)管理過程透明度更高，促進生產(chǎn)設備的集中化管控過程。有效應對了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下車間信息黑洞的現(xiàn)實問題，提升有限資源的利用率，強化產(chǎn)品生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性與企業(yè)競爭能力，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。