關(guān)燈工廠的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

黃俊俊

【摘要】? ? 近年來(lái)，隨著國(guó)際化浪潮席卷全球，我國(guó)作為世界工廠的勞動(dòng)力成本優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，隨著新一代信息通信技術(shù)的快速發(fā)展及與先進(jìn)制造技術(shù)不斷深度融合，全球興起了以智能制造為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)變革，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化日益成為未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。本文簡(jiǎn)要論述關(guān)燈工廠在數(shù)字化方面的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】? ? 智能制造? ? 關(guān)燈工廠? ? 數(shù)字化? ? 技術(shù)? ? 發(fā)展? ? 應(yīng)用

一、概述

隨著新興技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，在工業(yè)領(lǐng)域，世界各國(guó)陸續(xù)提出了諸多發(fā)展方向。美國(guó)提出國(guó)內(nèi)制造業(yè)振興計(jì)劃，德國(guó)提出工業(yè)4.0 計(jì)劃，歐盟其他國(guó)家和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)也紛紛跟進(jìn)的當(dāng)下國(guó)際環(huán)境中，在越南等東南亞國(guó)家開始效仿中國(guó)走廉價(jià)勞動(dòng)力推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展、與我國(guó)爭(zhēng)奪世界工廠地位的趨勢(shì)下，我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)亟需尋找到一條適合自身產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)的道路以邁向現(xiàn)代化、工業(yè)化、智能化的現(xiàn)代工業(yè)模式。關(guān)燈工廠充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和管理技術(shù)改造和升級(jí)未來(lái)制造車間，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)過(guò)程及其要素的智能化的集中管控，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程自動(dòng)、高效、低耗和高質(zhì)量發(fā)展。

二、關(guān)燈工廠的業(yè)務(wù)構(gòu)建

關(guān)燈工廠的實(shí)現(xiàn)離不開信息化系統(tǒng)，企業(yè)在關(guān)燈工廠的構(gòu)建過(guò)程中，各個(gè)信息化系統(tǒng)之間需要實(shí)現(xiàn)柔性裝配智能作業(yè)閉環(huán)的業(yè)務(wù)過(guò)程。目前企業(yè)廣泛應(yīng)用的有企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)之間功能相互獨(dú)立，但在信息層面又相互協(xié)同。在關(guān)燈工廠構(gòu)建業(yè)務(wù)過(guò)程中，它們之間任何一個(gè)系統(tǒng)的不勝任，都會(huì)引起企業(yè)數(shù)字化架構(gòu)的整體性能大打折扣。因此，每個(gè)系統(tǒng)在其業(yè)務(wù)領(lǐng)域都必須是盡善盡美的，都能夠很好地滿足企業(yè)生產(chǎn)制造、數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)管理領(lǐng)域的各種信息事務(wù)處理工作，但同時(shí)它們之間數(shù)據(jù)通訊接口的完整性和健壯性又在很大程度上影響了三者之間的整體協(xié)同架構(gòu)。

關(guān)燈工廠最大的特征是智能化無(wú)人操作，突出表現(xiàn)在無(wú)紙化、精細(xì)化和網(wǎng)絡(luò)化。借助ERP、PLM、MES、自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)（WMS）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、AI 大腦系統(tǒng)、看板系統(tǒng)以及先進(jìn)的自動(dòng)化制造技術(shù)，將生產(chǎn)過(guò)程特性進(jìn)行動(dòng)作分解，并與智能化制造技術(shù)充分融合，實(shí)現(xiàn)了從接到客戶訂單開始，到采購(gòu)需求、庫(kù)存管理、生產(chǎn)計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)制造過(guò)程，到產(chǎn)品交付的全過(guò)程的信息化管理，包括庫(kù)存管理、生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、產(chǎn)品生產(chǎn)、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、品質(zhì)管理、物流配送、包裝、交付等業(yè)務(wù)流程的信息化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)采集，記錄生產(chǎn)過(guò)程信息、物料防錯(cuò)信息、設(shè)備信息、產(chǎn)品追溯信息和關(guān)鍵生產(chǎn)資源的實(shí)時(shí)狀況，實(shí)現(xiàn)可追溯生產(chǎn)和透明化生產(chǎn)。

三、關(guān)燈工廠的技術(shù)發(fā)展路線

關(guān)燈工廠的技術(shù)基礎(chǔ)是信息化與智能化技術(shù)。然而在早期階段，大多數(shù)制造企業(yè)會(huì)沿著從基礎(chǔ)管理、標(biāo)準(zhǔn)化管理、集成化管理到智能化管理的技術(shù)發(fā)展路徑一步步演變，并在此過(guò)程中完成技術(shù)積累。如下圖2所示。

在基礎(chǔ)自動(dòng)化到智能化發(fā)展階段，更多的工作是設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)編程、物料管理、能效管理等。設(shè)備聯(lián)網(wǎng)目的在于建設(shè)一個(gè)集中統(tǒng)一管理、多線程通訊的加工網(wǎng)絡(luò)，將工藝人員、編程人員和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床操作人員統(tǒng)一到同一個(gè)管理平臺(tái)，有效降低工程師、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率;應(yīng)用層包含有公共數(shù)據(jù)網(wǎng)以及安裝應(yīng)用軟件的PC、數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器等。

部分制造企業(yè)還會(huì)通過(guò)自動(dòng)編程軟件來(lái)提高數(shù)控程序編制效率。并且具有仿真和文檔管理功能。建立包含加工完整信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，采用多種文件管理結(jié)構(gòu)，并按照產(chǎn)品種類或加工過(guò)程進(jìn)行分類、分層。每一級(jí)目錄對(duì)不同部門人員設(shè)定不同的管理權(quán)限。文件的多級(jí)權(quán)限管理不僅可以方便不同部門高效溝通，同時(shí)保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

在物料管理方面，通過(guò)編碼標(biāo)準(zhǔn)化以及準(zhǔn)確識(shí)別。然后在此基礎(chǔ)上建立企業(yè)級(jí)的中央物料庫(kù)管理系統(tǒng)（立體物料庫(kù)+物料管理軟件）。以物料立體倉(cāng)庫(kù)為中心，實(shí)現(xiàn)從物料的出入庫(kù)、采購(gòu)、報(bào)廢等全程管理，并且與CAM、CAPP等對(duì)接，實(shí)現(xiàn)物料快速配置、流轉(zhuǎn)。建設(shè)立體倉(cāng)庫(kù)可以通過(guò)WMS、AGV、RFID系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)配送與生產(chǎn)計(jì)劃、制造執(zhí)行以及企業(yè)資源管理等業(yè)務(wù)的集成，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物料的存儲(chǔ)、分揀、配送自動(dòng)化。

同時(shí)在能耗管理方面，通過(guò)安裝智能電表對(duì)加工設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程耗能自動(dòng)采集記錄。并生成產(chǎn)品加工能耗記錄表。為優(yōu)化加工工藝提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)可以輔助生產(chǎn)工時(shí)的統(tǒng)計(jì)。向特定人員開放接口，并由研發(fā)人員根據(jù)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)。

四、關(guān)燈工廠的應(yīng)用實(shí)施目標(biāo)

關(guān)燈工廠通過(guò)建立車間總體設(shè)計(jì)、工藝流程及布局的數(shù)字化模型并采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、通過(guò)CAD、PLM等系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)字化。以MES為核心，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化、透明化管控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過(guò)程數(shù)字化。建設(shè)物流、生產(chǎn)、檢測(cè)自動(dòng)化和實(shí)時(shí)采集的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)裝備數(shù)字化。以ERP為載體，推進(jìn)研、產(chǎn)、供、銷的企業(yè)價(jià)值鏈智能化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理數(shù)字化、制造過(guò)程數(shù)字化、物流控制精準(zhǔn)化、質(zhì)量管理數(shù)字化。

4.1 經(jīng)營(yíng)管理數(shù)字化

以ERP為載體，堅(jiān)持以客戶為中心，以市場(chǎng)為主線，以效率倍增為目標(biāo)，推進(jìn)產(chǎn)、供、銷的企業(yè)價(jià)值鏈智能化，賦能企業(yè)經(jīng)營(yíng)核心流程，充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)及必要的智能化手段，推動(dòng)合作伙伴、供應(yīng)商、員工提高生產(chǎn)效率。

4.2 制造過(guò)程數(shù)字化

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IoT 建設(shè)，有效提取設(shè)備工藝、狀態(tài)信息、產(chǎn)量信息，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互聯(lián);圍繞關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的需求，推進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器、自動(dòng)控制系統(tǒng)、在線檢測(cè)設(shè)備等深層次應(yīng)用，集成了工藝分析、在線檢測(cè)和人工智能等技術(shù)。依托MES系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化、透明化管控，實(shí)時(shí)對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、異常預(yù)警、設(shè)備生命周期管理、維修換件管理、自動(dòng)排產(chǎn)、過(guò)程質(zhì)量管控、及時(shí)物耗跟蹤等管控功能的可視化。

4.3 質(zhì)量管理的數(shù)字化

建設(shè)覆蓋產(chǎn)品全生命周期和全業(yè)務(wù)鏈的質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程成品及零件的質(zhì)量進(jìn)行采集、跟蹤、預(yù)警、防呆、分析、統(tǒng)計(jì)和追溯，并結(jié)合質(zhì)量管理體系進(jìn)行制造管理，為所生產(chǎn)的產(chǎn)品都建立完整的質(zhì)量檔案，確保生產(chǎn)合規(guī)。同時(shí)為售后質(zhì)量追溯提供精確數(shù)據(jù)。

4.4 物流控制精準(zhǔn)化

借助AGV、全自動(dòng)碼垛系統(tǒng)、立體倉(cāng)庫(kù)等技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)物流進(jìn)行智能化升級(jí)，提升物流輸送的效率，減少人員干預(yù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、智能化。

物流設(shè)施、設(shè)備的自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化水平大幅度提高，推動(dòng)物流追蹤與物資管理、智能調(diào)度與儲(chǔ)存運(yùn)輸、無(wú)人搬運(yùn)與智能碼垛等新技術(shù)應(yīng)用。建立全過(guò)程物料流轉(zhuǎn)管控和全過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量追溯體系。

五、關(guān)燈工廠的技術(shù)應(yīng)用原則

在關(guān)燈工廠實(shí)施以數(shù)據(jù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為主線的車間數(shù)字化提升改造，通過(guò)對(duì)設(shè)備、管理、流程、產(chǎn)品等各方面的數(shù)據(jù)再利用，可以打造出有別于普通流水線的全新制造模式，同時(shí)應(yīng)結(jié)合企業(yè)實(shí)際條件，科學(xué)規(guī)劃，避免盲目決策，建議遵循整體性、可擴(kuò)展性和安全性原則，全面考慮，長(zhǎng)遠(yuǎn)決策。尤其注意信息安全管理。

1、項(xiàng)目建設(shè)首先基于創(chuàng)新思維，對(duì)具有良好市場(chǎng)前景，先進(jìn)工藝及裝備的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)。關(guān)燈工廠核心是實(shí)現(xiàn)整個(gè)價(jià)值鏈的端到端互聯(lián)，因此企業(yè)必須借助各種力量構(gòu)筑生態(tài)圈或成為生態(tài)圈的一員，充分調(diào)動(dòng)自身、外部咨詢機(jī)構(gòu)、設(shè)備供應(yīng)商、技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)、政府機(jī)構(gòu)等各方的資源，并結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行充分的數(shù)字化診斷，為后續(xù)工作的開展提供設(shè)計(jì)和規(guī)劃依據(jù)。

2、基于前瞻性思維，以制造過(guò)程數(shù)字化為核心打造軟硬集成、虛實(shí)結(jié)合的智能車間。結(jié)合工業(yè)化和信息化兩化融合，以物流自動(dòng)化、加工自動(dòng)化、檢測(cè)自動(dòng)化為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì);并為運(yùn)營(yíng)數(shù)字化ERP 系統(tǒng)提供編碼、BOM，保證各部門作業(yè)流程的流暢貫通。

3、關(guān)燈工廠一定要結(jié)合產(chǎn)品特性，以精益和落地為原則，采用實(shí)用、可靠模式。首先，分析數(shù)字化系統(tǒng)的集成框架，以保證數(shù)字化系統(tǒng)的完整有效。一般來(lái)說(shuō)，智能制造需要包括ERP 系統(tǒng)（企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)），MES 系統(tǒng)（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、PLM 系統(tǒng)（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）和WMS（倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)）在內(nèi)的相互連接的一整套數(shù)字化管理體系。其次，分析數(shù)字化系統(tǒng)各項(xiàng)功能需求的可行性和重要性，在兩個(gè)維度上進(jìn)行高、中、低三檔的排序。此過(guò)程應(yīng)邀請(qǐng)盡可能多的利益相關(guān)者參加，尤其是硬件和軟件供應(yīng)商。最后，根據(jù)可行性和重要性排序，制定數(shù)字化系統(tǒng)落地的實(shí)施路徑，明確短期、中期、長(zhǎng)期的發(fā)展目標(biāo)。

4、關(guān)燈工廠涉及系統(tǒng)眾多，各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口處理應(yīng)確保實(shí)用性，可靠性，易維護(hù)性。各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口處理的實(shí)用性，可靠性，易維護(hù)性可以讓企業(yè)在業(yè)務(wù)增加，規(guī)模擴(kuò)大，以及企業(yè)管理持續(xù)改進(jìn)上能有較好的柔性。關(guān)燈工廠的打造有別于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)模式，可以讓制造型企業(yè)從根本上改頭換面。項(xiàng)目建設(shè)涉及多種設(shè)備，多種應(yīng)用軟件，涉及人員范圍眾多，專業(yè)知識(shí)復(fù)雜，建設(shè)團(tuán)隊(duì)來(lái)源及知識(shí)體系不一，需要安排高層領(lǐng)導(dǎo)以及具有豐富經(jīng)驗(yàn)的項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行專業(yè)化管理。

六、關(guān)燈工廠的信息安全問(wèn)題

對(duì)于非密層級(jí)的數(shù)據(jù)，允許借用公共運(yùn)營(yíng)商的云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，與該層級(jí)有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的人員和客戶均可被授權(quán)查看。對(duì)于保密等級(jí)較高數(shù)據(jù)，應(yīng)建立安全防護(hù)機(jī)制，另外，利用云技術(shù)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)異地備份，對(duì)于限制上云的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，采用物理傳遞方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的異地備份，確保數(shù)據(jù)備份安全、及時(shí)、可靠。同時(shí)，應(yīng)注意嚴(yán)格規(guī)范系統(tǒng)開發(fā)與測(cè)試的流程，對(duì)系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程進(jìn)行合理的監(jiān)督，確保企業(yè)和車間信息和資料的安全性，根據(jù)最小權(quán)限原則規(guī)范系統(tǒng)管理員及其他用戶的授權(quán)，對(duì)系統(tǒng)升級(jí)、維護(hù)、變更等操作進(jìn)行有效的控制，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、機(jī)房等的日常管理，加強(qiáng)病毒防控、入侵檢測(cè)等防御性安全管理，并安排專業(yè)人員對(duì)整個(gè)數(shù)字化車間系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，嚴(yán)格控制系統(tǒng)的輸入輸出，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)日常檢修、維護(hù)保養(yǎng)、數(shù)據(jù)備份等日常工作的管理和維護(hù)。

七、總結(jié)

隨著企業(yè)需求的變化更新，關(guān)燈工廠內(nèi)部各系統(tǒng)間的互聯(lián)互通也有待進(jìn)一步提升，后期將深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，讓數(shù)據(jù)說(shuō)話，向數(shù)據(jù)要效益。未來(lái)關(guān)燈工廠的技術(shù)應(yīng)用實(shí)施在充分發(fā)揮5G技術(shù)、區(qū)塊鏈溯源等先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，還應(yīng)重視人才的培養(yǎng)過(guò)程，如算法工程師、視覺(jué)工程師、大數(shù)據(jù)工程師等高素質(zhì)人才。同時(shí)還應(yīng)關(guān)注并積極探索工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)制造創(chuàng)新應(yīng)用新模式。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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