高校、企業(yè)數(shù)字化車間管理及模塊化分區(qū)轉型的應用

江蘇信息職業(yè)技術學院 茆政明

基于高校數(shù)字化車間發(fā)展的現(xiàn)狀，對企業(yè)中的數(shù)字化車間進行分析和研究，在大數(shù)據(jù)、數(shù)字化、萬物互聯(lián)技術上，研究數(shù)字化車間實施的關鍵技術問題，針對智能化、工業(yè)化以及多設備集中的產線問題，給予了重要的建議和應用性措施。在工業(yè)化、數(shù)字化、智能化、互聯(lián)性眾繁交互的社會，許多企業(yè)、工廠產業(yè)格局都已經發(fā)展的快速且有各自突出的優(yōu)越性。在全國的企業(yè)工廠越來越多的運用數(shù)字化來解決企業(yè)的管理問題，數(shù)字化可以對設備基本狀態(tài)信息、產出產品的檢測數(shù)據(jù)結果進行匯總，設備利用率、遠程控制程序的傳輸、產品制作以及訂單完成情況進行統(tǒng)計，還可以監(jiān)測工件的打包、入庫、訂單送貨等。如果車間內的生產流程都對以上步驟涉及，并應用數(shù)字化于生產當中，推進車間管理和運行，這樣就會非常高效的提高效率和對企業(yè)在人力資源方面大大節(jié)省資本。

1 數(shù)字化車間的本意

數(shù)字化車間的構想，是企業(yè)和高校現(xiàn)存在的車間從老式人員使用、管理方式更替到數(shù)字化管理模式，原本管理方式老舊，在很大程度上需要人員值班、登記、記錄、看守等。在崗位設置上，原始方式更多的是人員的在崗和人員多少的問題，而數(shù)字化車間的構想與實施能更方便掌握企業(yè)和高校的設備的使用情況，可以包含倉庫、車間、各室、平臺內的設備，這就是整個數(shù)字化建設的轉變關鍵，從管理人員的減少到無人在崗，都能對車間內情況有全面的了解和記錄。過去的高校的車間在對機床的使用分為多種情況：課堂教學、實驗實訓、比賽訓練、科研技術、課題研究等，這些大多數(shù)在使用中都無法全面記錄使用情況，或者漏記漏填，使得數(shù)據(jù)不夠完整，對需要找尋的實時數(shù)據(jù)不能詳盡找出。而隨著數(shù)字化車間的管理，軟件能夠采集信息、監(jiān)測使用情況、停工情況以及部分安全性能的監(jiān)測，從而運用數(shù)字化手段來推動車間的監(jiān)管智能化。

1.1 使用數(shù)據(jù)的回收，實時訂單數(shù)據(jù)顯示

車間數(shù)字化建設一旦完成，通過服務器對訂單的管理，設備信息的收集，在服務器和設備之間進行實時的數(shù)據(jù)傳輸，通過軟件處理得到所有數(shù)據(jù)的直觀的圖表信息，并能展示在屏幕端，能夠直觀感受到數(shù)字化車間的整體運行狀態(tài)。對于數(shù)字化車間里訂單的監(jiān)管，能夠監(jiān)測到的數(shù)據(jù)包括：使用者、設備臺套數(shù)、設備所在區(qū)、機器開啟狀態(tài)情況、設備目前狀態(tài)（轉速、刀具號、程序段，加工時長等）、加工狀態(tài)、基本工序名、程序數(shù)等，還可以通過攝像頭監(jiān)測目前的加工場景，監(jiān)測刀具、產品的實時加工情況。此類信息的收集與展示與老舊模式的對比，能更好的顯示實時性的信息，同時收到機床報警信息，操作者能及時處理突發(fā)情況，而靠人員管理或看守的管理模式是達不到這樣的優(yōu)越性的。例如在高校的多數(shù)車間內，應用數(shù)字化車間進行管理實訓秩序，往往比人員管理更快捷、精準。再者，增加了無紙化辦公的效率，減少了數(shù)據(jù)填寫，資源浪費。

1.2 實時監(jiān)控，統(tǒng)籌辦公

數(shù)字化車間的使用，必然使信息更全面的被監(jiān)測到，而強于人員的管理，所包含的信息量也遠遠大于人員檢查、記錄。數(shù)字化車間在使用中，運用網絡進行數(shù)據(jù)采集，從服務器發(fā)出指令，每臺機床反饋信息，在PC 端能夠通過專業(yè)軟件服務器進行監(jiān)控與采集，傳輸信息與指令，從而達到協(xié)調各區(qū)域。在整個服務器中，每臺設備均是一個節(jié)點單元，它既能與服務器進行點與點之間的傳輸，同樣也能進行自我的控制和單機操作，這樣整個車間的運作實施，對于人員多、設備少的，往往更有效的進行統(tǒng)籌管理。

1.2.1 人員管理

在數(shù)字化車間系統(tǒng)內，管理型人員需分配好各自權限，包括任務管理、下發(fā)，材料管理、刀具管理、工期時間管理等，在不同權限下，有效布置，能在有計劃的生產過程中，精準的制定生產計劃所需；生產型人員，對計劃任務進行排產分配，制定工序，完成產線試生產等。通過管理，人員在一定程度上，得到了充分利用，也在使用過程中，職責更加明確。使得整個管理過程，更加有針對性，在以后的管理過程中，能夠更加完善管理制度。

1.2.2 設備使用管理

與企業(yè)不同，高校的設備更多是使用在實訓課堂，少部分在橫向課題上有計劃的使用。在實訓環(huán)節(jié)中，設備并不能按照企業(yè)標準進行完整性的生產和開發(fā)，對比學生僅在學習過程中，單一的使用設備，進行練習、試加工，這些簡單數(shù)據(jù)，在車間的使用記錄上，能簡單體現(xiàn)，并記錄在冊；而少部分的計劃使用，明確了加工任務、時長，把設備的使用制定計劃，從而使得設備在使用過程中，數(shù)據(jù)得到較為全面記錄，安全等問題得到實時監(jiān)控和記錄。

1.2.3 刀具管理

現(xiàn)階段，對于刀具使用管理的企業(yè)、高校并未見效。企業(yè)、高校在每年采購加工刀具方面，投入大量資金，針對每一把刀具、刀片使用情況，并不能記錄全面信息，使得刀具的管理，以及成本的管控更加難以記錄。數(shù)字化車間需要對在其中的視覺下刀具、刀片管理進行效率的提升。從刀具使用的生命周期分析，包含刀具的基礎信息、采購信息、加工過程中信息、庫存信息、計劃使用信息、品牌信息等，評判刀具最終綜合使用信息，能節(jié)約成本和效率的提升。

1.3 分區(qū)轉型管理

車間在數(shù)字化實施以后，更多的是在于區(qū)域化的管理，區(qū)分與舊的車間體系，從灰暗、黑色格調、油污嚴重，到光鮮亮麗、7S 管理的數(shù)字化車間，從大的方面講，數(shù)字化車間需要的是產線化的車間，它能作為一個模型進行復制，一旦需要多條線路，只要某一條試運行正常，其他條線路只需要進行復制，或者在其上附加某些工位或臺位即可。在一條產線的運行，所占區(qū)域，即可分為一個區(qū)域，在這個區(qū)域里，更多的是與其相關的工序所需要的設備，都是圍繞某一工件至其加工完畢進行的組裝機械自動化設備，分區(qū)域可以對產線實現(xiàn)的功能進行分類。而不是就一種機床進行扎堆、集中放置使用。以加工單元為例，多數(shù)的車床、銑床、磨床等去材加工機械通過自動線進行組合，實現(xiàn)的是加工模塊功能，若更換組合方式，產線功能能實現(xiàn)的包括：加工區(qū)、清洗區(qū)、檢測區(qū)、分裝區(qū)、物流區(qū)、倉儲區(qū)等。對于區(qū)域功能的管理，需要數(shù)字化手段來實施監(jiān)管，同樣數(shù)據(jù)的檢測也極其重要。

1.3.1 區(qū)域劃分作用

區(qū)域是管理設備的點域集中化，針對不同機床所在某個集中區(qū)域，進行點陣布局，節(jié)省工件在加工過程中的搬運時間，充分利用空間環(huán)境，在最短時間內，進行下一個工序的生產與質量管控，從而達到在生產過程中節(jié)省時間。區(qū)域的劃分，在對應的訂單上，能從訂單出發(fā)，進行定制所在區(qū)域中的機器的種類和所需其他配套設施。企業(yè)不會先定制出產線，再到接收訂單，而是根據(jù)訂單情況，以訂單中所需要的加工工藝方法選擇相關工藝設備進行分析，針對訂單中的產品所涉及的加工機器和產量大小，進行產線內設備的增加或者減少。在高校中，對于設備的集中使用，趨于大眾化，以智能制造產線為例，里面包含的設備有高速銑、電火花機、物料庫、機械臂、三坐標機，通過貫穿式聯(lián)合使用，在針對精密模具電極的加工過程中，首先，在物料庫中存儲零件毛坯，高速銑進行電極加工；三坐標機對加工完成的工件進行測量；合格后，再進行電火花機的加工。以類似模式的組合機床線路，在較多的企業(yè)中已經存在，但在高校的實訓車間和精密實驗室中，仍占比不足，有待增加，開發(fā)使用。

1.3.2 區(qū)域內產線的作用

產線針對項目的開發(fā)使用，集中了多臺設備，如：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、磨床、線切割、電火花機以及機器人互聯(lián)、互通使用。在一般性產品的生產中，把生產的工藝路線與設備的種類相匹配；在產線化的生產中，又與訂單的種類相關聯(lián)。產線的制定，在節(jié)省人力、物力方面確實產生了很大的變化，同時也為企業(yè)節(jié)省人力資本。

2 在工業(yè)集中、互聯(lián)性強的時代，數(shù)字化車間需待開發(fā)探究

2.1 打牢基礎，針對信息，強化功能使用需求

當下，工業(yè)快速發(fā)展時代，國家在數(shù)字化覆蓋面上做了很多，從萬物互聯(lián)出發(fā)，數(shù)字化車間需要穩(wěn)重求進，達到了一定的先進性、優(yōu)越性，也使得整個車間自動化程度提高到某一高度?？傆[多地數(shù)字化車間的建設，各有千秋，多種多樣，在所有的車間大致功能相差不多，但DIY 化嚴重，考慮到系統(tǒng)兼容性、成本節(jié)約、人員易學習上手，需制定相對統(tǒng)一標準，使其合理規(guī)劃功能和用途，把控設備的使用，從上料、搬運、加工、測量、再加工，放電加工、測量、回庫等步驟制定加工工藝，有一相對固定的尺寸誤差標準、加工需求標準，到判斷加工精密級別等，再到使其達到易學、易控、易維護。同時，強調用人標準，由于設備多自動化、多產線化、多智能化特點，通過教學平臺的使用，以及產學研的合作促使數(shù)字化車間在使用過程中能夠孵化出一批專業(yè)化人才，同時也能提高非本專業(yè)人員專業(yè)水平和車間的高質量發(fā)展。

2.2 數(shù)字化車間使用，記錄數(shù)據(jù)、工序查看、優(yōu)化次序

數(shù)字化車間在使用過程中，對其功能進行逐個試運行，同時在服務器端進行查閱、檢索、導出、導入，充分體現(xiàn)技術與數(shù)字化相匹配融合。一方面，通過打樣測試，能夠完成對數(shù)據(jù)的監(jiān)測、管理，包括生產訂單、操作人員、使用材料等；另一方面，針對訂單的生成，服務器需滿足數(shù)字化的操作，實時記錄、監(jiān)測員工處理訂單、查看訂單、優(yōu)化訂單，更好的節(jié)約時長；在監(jiān)控區(qū)，能看到員工對訂單的現(xiàn)場處理，同時對材料的利用率也大大提高，繼而節(jié)約成本，減少工時。

2.3 信息集中，管控區(qū)域分析

對于一個數(shù)字化車間服務器來講，既要對每臺設備的信息數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和監(jiān)測，又要對訂單的詳情進行合理分析，再到訂單的下發(fā)，都需要系統(tǒng)來保障分析結果的可靠。在對每個區(qū)域化設備的使用過程中，訂單下達之后，針對數(shù)字化車間來說，專業(yè)人員對技術上的分析，能夠更好的處理訂單，這也讓技術與數(shù)字相融合，來保障基礎的課程實施、課題開發(fā)、橫向生產等。分區(qū)的設計，更好的合理分布任務，樣件的任務制定、調試生產以及自動化產線的訂單生成，都能完整的在試運行下進行工作，也通過了數(shù)據(jù)的采集和數(shù)字訂單的完整性收集。在技術方面，人員的長期經驗對生產所要達到的成品，有著極其重要的作用，但一個完善的數(shù)字化車間的運作，不僅僅靠的是技術人員的成熟技術，也不可或缺的需要先進的數(shù)字化系統(tǒng)來分管任務，并進行有效的布置及監(jiān)測。

2.4 數(shù)據(jù)采集，利用大數(shù)據(jù)分析

當前，大數(shù)據(jù)系統(tǒng)能對生產線的生產過程進行信息采集，在服務器端可以結合生產管理體系軟件，對生產過程進行管理、管控，確保安全、正常生產。同時，每條產線也進行實時數(shù)據(jù)采集，管理者能多角度分析生產過程的合理、合規(guī)性，在發(fā)現(xiàn)問題時能及時針對出現(xiàn)問題機床進行加工參數(shù)修改或暫停生產進行工序診改，從而達到最優(yōu)化的路徑。

2.5 產線化生產，提高成品率

在對工業(yè)化車間的改進，受到更多先進技術的融合，很多企業(yè)、院校都試著往數(shù)字化方向改造，也往突出點、核心點技術進行學習，改變了企業(yè)原本發(fā)展方向，造成院校專業(yè)布局調整。同時，使一些高、精、尖問題得以展現(xiàn)和有待解決。首先，建設成為數(shù)字化車間，應滿足設想的需求，從數(shù)據(jù)的流暢、集中、高效性來運作，在機床設備上進行傳輸，從而提高產線的加工效率。一方面，數(shù)字化車間在高、精、尖領域的運用，可以減少人員的參與，對一些技術可以從減少人員方面進行保護知識產權的泄露；另一方面，在車間的使用上，企業(yè)多以復雜、繁瑣、量大等特點的產品進行生產，急需多加工設備、多產線、多檢測人員的參與，來完成產品的制造，提高產品的合格率。所以從數(shù)字化車間的意義上來講，我國需要更完善的數(shù)字化車間，對零件的加工技術，機床刀具使用壽命監(jiān)測技術，機械手、機械臂參與度、料庫等柔性單元設備的技術參與，才能更好的發(fā)展工業(yè)時代下的數(shù)字化車間的建設。

3 結語

數(shù)字化車間建設往智能化發(fā)展是必然的，促進車間的管理、生產效率提升，針對數(shù)字化車間制造過程中的智能化管理、生產，有待更深的研究。在車間中，將人員管理、設備管理、AGV 小車智能應用、智能叉車等技術結合使用，能極大地發(fā)揮數(shù)字化的作用，并且能夠更好的展現(xiàn)數(shù)字化車間的優(yōu)越性。