關(guān)燈工廠的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

黃俊俊

【摘要】? ? 近年來，隨著國際化浪潮席卷全球，我國作為世界工廠的勞動力成本優(yōu)勢逐漸減弱，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制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢。本文簡要論述關(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，世界各國陸續(xù)提出了諸多發(fā)展方向。美國提出國內(nèi)制造業(yè)振興計劃，德國提出工業(yè)4.0 計劃，歐盟其他國家和日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)也紛紛跟進(jìn)的當(dāng)下國際環(huán)境中，在越南等東南亞國家開始效仿中國走廉價勞動力推動制造業(yè)發(fā)展、與我國爭奪世界工廠地位的趨勢下，我國傳統(tǒng)制造業(yè)亟需尋找到一條適合自身產(chǎn)業(yè)特點的道路以邁向現(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)改造和升級未來制造車間，實現(xiàn)車間生產(chǎn)過程及其要素的智能化的集中管控，實現(xiàn)制造過程自動、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)建過程中，各個信息化系統(tǒng)之間需要實現(xiàn)柔性裝配智能作業(yè)閉環(huán)的業(yè)務(wù)過程。目前企業(yè)廣泛應(yīng)用的有企業(yè)資源計劃系統(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)過程中，它們之間任何一個系統(tǒng)的不勝任，都會引起企業(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人操作，突出表現(xiàn)在無紙化、精細(xì)化和網(wǎng)絡(luò)化。借助ERP、PLM、MES、自動化倉儲物流系統(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)的自動化制造技術(shù)，將生產(chǎn)過程特性進(jìn)行動作分解，并與智能化制造技術(shù)充分融合，實現(xiàn)了從接到客戶訂單開始，到采購需求、庫存管理、生產(chǎn)計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)制造過程，到產(chǎn)品交付的全過程的信息化管理，包括庫存管理、生產(chǎn)計劃下達(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，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)采集，記錄生產(chǎn)過程信息、物料防錯信息、設(shè)備信息、產(chǎn)品追溯信息和關(guān)鍵生產(chǎn)資源的實時狀況，實現(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，并在此過程中完成技術(shù)積累。如下圖2所示。

在基礎(chǔ)自動化到智能化發(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)場機(jī)床操作人員統(tǒng)一到同一個管理平臺，有效降低工程師、工人的勞動強度，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、服務(wù)器等。

部分制造企業(yè)還會通過自動編程軟件來提高數(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，采用多種文件管理結(jié)構(gòu)，并按照產(chǎn)品種類或加工過程進(jìn)行分類、分層。每一級目錄對不同部門人員設(shè)定不同的管理權(quán)限。文件的多級權(quán)限管理不僅可以方便不同部門高效溝通，同時保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

在物料管理方面，通過編碼標(biāo)準(zhǔn)化以及準(zhǔn)確識別。然后在此基礎(chǔ)上建立企業(yè)級的中央物料庫管理系統(tǒng)（立體物料庫+物料管理軟件）。以物料立體倉庫為中心，實現(xiàn)從物料的出入庫、采購、報廢等全程管理，并且與CAM、CAPP等對接，實現(xiàn)物料快速配置、流轉(zhuǎn)。建設(shè)立體倉庫可以通過WMS、AGV、RFID系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)倉儲配送與生產(chǎn)計劃、制造執(zhí)行以及企業(yè)資源管理等業(yè)務(wù)的集成，實現(xiàn)倉儲系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的實時聯(lián)動，實現(xiàn)物料的存儲、分揀、配送自動化。

同時在能耗管理方面，通過安裝智能電表對加工設(shè)備生產(chǎn)過程耗能自動采集記錄。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。同時可以輔助生產(chǎn)工時的統(tǒng)計。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，實現(xiàn)精益生產(chǎn)。

四、關(guān)燈工廠的應(yīng)用實施目標(biāo)

關(guān)燈工廠通過建立車間總體設(shè)計、工藝流程及布局的數(shù)字化模型并采用計算機(jī)輔助設(shè)計、通過CAD、PLM等系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)字化。以MES為核心，對生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)字化、透明化管控，實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程數(shù)字化。建設(shè)物流、生產(chǎn)、檢測自動化和實時采集的生產(chǎn)線，實現(xiàn)裝備數(shù)字化。以ERP為載體，推進(jìn)研、產(chǎn)、供、銷的企業(yè)價值鏈智能化，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營管理數(shù)字化、制造過程數(shù)字化、物流控制精準(zhǔn)化、質(zhì)量管理數(shù)字化。

4.1 經(jīng)營管理數(shù)字化

以ERP為載體，堅持以客戶為中心，以市場為主線，以效率倍增為目標(biāo)，推進(jìn)產(chǎn)、供、銷的企業(yè)價值鏈智能化，賦能企業(yè)經(jīng)營核心流程，充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、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，推動合作伙伴、供應(yīng)商、員工提高生產(chǎn)效率。

4.2 制造過程數(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)自動化生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器、自動控制系統(tǒng)、在線檢測設(shè)備等深層次應(yīng)用，集成了工藝分析、在線檢測和人工智能等技術(shù)。依托MES系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)字化、透明化管控，實時對制造過程進(jìn)行監(jiān)控，并實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)動態(tài)管理，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控、異常預(yù)警、設(shè)備生命周期管理、維修換件管理、自動排產(chǎn)、過程質(zhì)量管控、及時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)，對生產(chǎn)全過程成品及零件的質(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、全自動碼垛系統(tǒng)、立體倉庫等技術(shù)，對生產(chǎn)現(xiàn)場物流進(jìn)行智能化升級，提升物流輸送的效率，減少人員干預(yù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化。

物流設(shè)施、設(shè)備的自動化、智能化和數(shù)字化水平大幅度提高，推動物流追蹤與物資管理、智能調(diào)度與儲存運輸、無人搬運與智能碼垛等新技術(shù)應(yīng)用。建立全過程物料流轉(zhuǎn)管控和全過程產(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)燈工廠實施以數(shù)據(jù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動為主線的車間數(shù)字化提升改造，通過對設(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，同時應(yīng)結(jié)合企業(yè)實際條件，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，長遠(yuǎn)決策。尤其注意信息安全管理。

1、項目建設(shè)首先基于創(chuàng)新思維，對具有良好市場前景，先進(jìn)工藝及裝備的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)。關(guān)燈工廠核心是實現(xiàn)整個價值鏈的端到端互聯(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)計和規(guī)劃依據(jù)。

2、基于前瞻性思維，以制造過程數(shù)字化為核心打造軟硬集成、虛實結(jié)合的智能車間。結(jié)合工業(yè)化和信息化兩化融合，以物流自動化、加工自動化、檢測自動化為基礎(chǔ)，通過設(shè)計數(shù)字化，實現(xiàn)快速設(shè)計;并為運營數(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。一般來說，智能制造需要包括ERP 系統(tǒng)（企業(yè)資源計劃系統(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（倉庫管理系統(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)各項功能需求的可行性和重要性，在兩個維度上進(jìn)行高、中、低三檔的排序。此過程應(yīng)邀請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)落地的實施路徑，明確短期、中期、長期的發(fā)展目標(biāo)。

4、關(guān)燈工廠涉及系統(tǒng)眾多，各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口處理應(yīng)確保實用性，可靠性，易維護(hù)性。各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口處理的實用性，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)知識復(fù)雜，建設(shè)團(tuán)隊來源及知識體系不一，需要安排高層領(lǐng)導(dǎo)以及具有豐富經(jīng)驗的項目經(jīng)理進(jìn)行專業(yè)化管理。

六、關(guān)燈工廠的信息安全問題

對于非密層級的數(shù)據(jù)，允許借用公共運營商的云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，與該層級有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的人員和客戶均可被授權(quán)查看。對于保密等級較高數(shù)據(jù)，應(yīng)建立安全防護(hù)機(jī)制，另外，利用云技術(shù)對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行實時異地備份，對于限制上云的關(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、可靠。同時，應(yīng)注意嚴(yán)格規(guī)范系統(tǒng)開發(fā)與測試的流程，對系統(tǒng)開發(fā)過程進(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)，對系統(tǒng)升級、維護(hù)、變更等操作進(jìn)行有效的控制，加強計算機(jī)終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、機(jī)房等的日常管理，加強病毒防控、入侵檢測等防御性安全管理，并安排專業(yè)人員對整個數(shù)字化車間系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，嚴(yán)格控制系統(tǒng)的輸入輸出，同時加強對日常檢修、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)價值，讓數(shù)據(jù)說話，向數(shù)據(jù)要效益。未來關(guān)燈工廠的技術(shù)應(yīng)用實施在充分發(fā)揮5G技術(shù)、區(qū)塊鏈溯源等先進(jìn)技術(shù)優(yōu)勢的同時，還應(yīng)重視人才的培養(yǎng)過程，如算法工程師、視覺工程師、大數(shù)據(jù)工程師等高素質(zhì)人才。同時還應(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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