秦川集團(tuán)的數(shù)字化工廠建設(shè)實(shí)踐

文/李強(qiáng) 秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司

制造業(yè)正在發(fā)生制造技術(shù)體系、制造模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價(jià)值鏈的巨大變革，顛覆性技術(shù)層出不窮，先進(jìn)技術(shù)（互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全等）與傳統(tǒng)制造業(yè)的交叉融合是新的發(fā)展方向。秦川集團(tuán)積極順應(yīng)智能制造趨勢，按照公司“5221”戰(zhàn)略布局，以陜西省智能機(jī)床創(chuàng)新中心為依托，積極探索智能制造技術(shù)與工業(yè)母機(jī)的深度結(jié)合，努力實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”“正向設(shè)計(jì)平臺(tái)”“數(shù)據(jù)包”等概念落地，從智能機(jī)床、智能制造系統(tǒng)集成、云服務(wù)系統(tǒng)三個(gè)方面推進(jìn)智能制造向縱深邁進(jìn)。

智能機(jī)床

（1）磨齒機(jī)的智能化

磨齒機(jī)是秦川集團(tuán)代表性機(jī)床產(chǎn)品之一，主要應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、航天航空和礦山機(jī)械等領(lǐng)域，最高磨削精度可達(dá)二級。聲發(fā)射技術(shù)在磨齒機(jī)磨削加工中的應(yīng)用，是磨齒機(jī)由數(shù)控化邁向智能化的重要一步，包含了自動(dòng)對刀系統(tǒng)、齒輪與砂輪相位智能判斷、加工余量均衡控制和表面磨削質(zhì)量控制、砂輪適時(shí)智能修整系統(tǒng)等。

1）自動(dòng)對刀功能：通過AE聲納信號、測頭檢測信號、接近開關(guān)信號實(shí)現(xiàn)砂輪磨削的自動(dòng)對刀。

2）智能修整及磨削功能：通過砂輪截形計(jì)算，自動(dòng)生成修整及磨削程序，實(shí)現(xiàn)萬能修整、砂輪單邊修整、扭曲補(bǔ)償、齒形修形和齒向修形。

3）在機(jī)測量功能：通過測頭的檢測信號實(shí)現(xiàn)齒形、齒向、齒距的連續(xù)測量，實(shí)現(xiàn)誤差的補(bǔ)償。

（2）加工中心的智能化

秦川集團(tuán)寶雞機(jī)床的加工中心BM8i主要用于汽車、航空航天、機(jī)械制造和儀器儀表等行業(yè)的閥類、凸輪、模具、板盤類和箱體類零件加工。通過和華中數(shù)控的深度合作，加工中心通過加裝溫度、振動(dòng)、視覺等傳感器，實(shí)現(xiàn)了智能化的曲面加工、動(dòng)態(tài)輪廓誤差補(bǔ)償、熱誤差補(bǔ)償、斷刀檢測等智能化功能，提升了出廠精度（比國標(biāo)提升60%～70%），提高了機(jī)床的精度穩(wěn)定性、可靠性。

比如對于動(dòng)態(tài)輪廓誤差補(bǔ)償功能，在半球銑削加工過程中，補(bǔ)償前最大輪廓誤差是14.5μm，補(bǔ)償后最大輪廓誤差是7.1μm。

（3）外圓磨床的智能化

秦川集團(tuán)格蘭德外圓磨床MK1620，通過和華中數(shù)控的深度合作，開發(fā)了磨削的工藝參數(shù)庫軟件，實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)智能優(yōu)化，以及機(jī)床的智能防碰撞功能。

比如磨削的工藝參數(shù)庫軟件，實(shí)現(xiàn)了不同磨削工況的加工參數(shù)工藝集成，提供多種工藝模式，加工時(shí)直接調(diào)用圖形化參數(shù)進(jìn)行配置，無需人工編程，避免人為出錯(cuò)，方便現(xiàn)場工人的使用。

（4）機(jī)床的互聯(lián)互通

秦川集團(tuán)互聯(lián)互通拓?fù)鋱D如圖1所示。面向客戶互聯(lián)互通的需求，秦川集團(tuán)針對機(jī)床進(jìn)行定制化數(shù)據(jù)接口及外置數(shù)據(jù)采集終端的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了常見數(shù)控系統(tǒng)及傳感器的數(shù)據(jù)采集功能。主要采集的數(shù)據(jù)包括主軸轉(zhuǎn)速、主軸倍率、主軸功率、進(jìn)給速度、進(jìn)給倍率、機(jī)床操作狀態(tài)、程序運(yùn)行狀態(tài)、加工時(shí)間、當(dāng)前使用的刀具號、報(bào)警狀態(tài)和報(bào)警信息、電流、電壓、溫度以及振動(dòng)等數(shù)據(jù)，為客戶車間的數(shù)據(jù)分析、持續(xù)優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1 秦川集團(tuán)機(jī)床互聯(lián)互通拓?fù)鋱D

智能制造系統(tǒng)集成

（1）開發(fā)自動(dòng)化/數(shù)字化加工單元及生產(chǎn)線

秦川集團(tuán)具備車床、加工中心、滾齒機(jī)、外圓磨床、磨齒機(jī)、測量設(shè)備等核心的工藝裝備，具備數(shù)控系統(tǒng)、絲杠導(dǎo)軌、刀具、減速器、產(chǎn)線監(jiān)控及管理軟件等核心部件，能夠?yàn)榭蛻籼峁┑湫土慵庸すに囇b備的整體解決方案。近年來，承接并交付客戶近百余條自動(dòng)化/數(shù)字化加工單元及生產(chǎn)線。

比如為某公司開發(fā)的齒輪加工數(shù)字化生產(chǎn)線，配有桁架機(jī)械手、地軌機(jī)器人實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化加工，配有零件在線測量系統(tǒng)、產(chǎn)線管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品過程的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)分析。輪轂加工數(shù)字化生產(chǎn)線實(shí)景圖如圖2所示，齒輪加工數(shù)字化生產(chǎn)線實(shí)景圖如圖3所示。

圖2 輪轂加工數(shù)字化生產(chǎn)線實(shí)景圖

圖3 齒輪加工數(shù)字化生產(chǎn)線實(shí)景圖

（2）打造數(shù)字化車間

秦川集團(tuán)機(jī)器人減速器車間按照數(shù)字化車間進(jìn)行頂層規(guī)劃，綜合考慮長期經(jīng)濟(jì)性和短期的適用性，分步實(shí)施了數(shù)字化建設(shè)內(nèi)容，提升了各項(xiàng)能力指標(biāo)。車間的管理系統(tǒng)、運(yùn)營系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了采購、倉儲(chǔ)、銷售、外協(xié)、生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)流程的透明化，提高了業(yè)務(wù)運(yùn)行效率，降低了經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。車間借助集團(tuán)的ERP平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了端到端的流程梳理和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，最終實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的精細(xì)化。

寶雞機(jī)床的數(shù)字化車間一期項(xiàng)目完成了程序管理、設(shè)備管理、刀具管理、生產(chǎn)管理四個(gè)模塊。1）程序管理實(shí)現(xiàn)車間程序上傳與下載、機(jī)床端程序調(diào)用及流程審批，減少待機(jī)時(shí)間；2）設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)機(jī)床實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)分析，助力車間生產(chǎn)任務(wù)排程；3）刀具管理實(shí)現(xiàn)刀具位置、數(shù)量、借用人的統(tǒng)一規(guī)范化管理；4）生產(chǎn)管理打通車間工單下發(fā)、簽收、完工、送檢的流程，實(shí)現(xiàn)車間人員組織架構(gòu)、設(shè)備臺(tái)賬信息、BOM數(shù)據(jù)管理、工時(shí)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)進(jìn)程等信息的系統(tǒng)化管理。二期項(xiàng)目以質(zhì)量管理、質(zhì)量追溯、計(jì)劃管理為重點(diǎn)，準(zhǔn)確記錄生產(chǎn)過程中每道工序的完成情況與詳細(xì)質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對任務(wù)工單的全程質(zhì)量追溯。實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)過程透明化，準(zhǔn)確反饋生產(chǎn)進(jìn)度與質(zhì)量問題，及時(shí)跟進(jìn)計(jì)劃任務(wù)完成情況。

云服務(wù)系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床云服務(wù)平臺(tái)是秦川集團(tuán)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云數(shù)控等關(guān)鍵技術(shù)，建成的智能數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化管理服務(wù)平臺(tái)。包括秦川云平臺(tái)，以及基于云平臺(tái)的機(jī)床故障診斷與預(yù)警子系統(tǒng)、機(jī)床運(yùn)維服務(wù)子系統(tǒng)。

秦川云服務(wù)平臺(tái)，集成了大數(shù)據(jù)并行處理與分析挖掘計(jì)算框架，實(shí)現(xiàn)了通用計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化分析，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、傳輸與統(tǒng)計(jì)分析，為客戶提供有效的設(shè)備監(jiān)控及預(yù)警、設(shè)備管理、設(shè)備跟蹤服務(wù)。

秦川云具備敏捷靈活的系統(tǒng)實(shí)施方案，為用戶提供生產(chǎn)過程的全生命周期管理方案，支持工業(yè)設(shè)備快速入云，提供多種數(shù)據(jù)托管方式，基于身份認(rèn)證和權(quán)限管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全訪問。通過手機(jī)APP，管理者可以隨時(shí)隨地掌握車間生產(chǎn)信息，助力企業(yè)構(gòu)建服務(wù)驅(qū)動(dòng)型的新工業(yè)生態(tài)體系。秦川云技術(shù)架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 秦川云技術(shù)架構(gòu)圖

（1）機(jī)床故障診斷與預(yù)警子系統(tǒng)

機(jī)床故障診斷與預(yù)警子系統(tǒng)一方面可以針對采集的機(jī)床信息內(nèi)容進(jìn)行深層次的分析與處理，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、設(shè)備趨勢分析評估和設(shè)備效率分析等功能，并具有與其他系統(tǒng)信息交互的能力；另一方面，提供給使用人員配置工具，實(shí)現(xiàn)用戶對機(jī)床基本信息、故障維修信息、質(zhì)量信息等維護(hù)、管理與配置，滿足整個(gè)系統(tǒng)通用化配置和具有功能擴(kuò)展性的要求。最后，為保證數(shù)據(jù)庫的可維護(hù)性，將故障模型、診斷規(guī)則、數(shù)據(jù)分析算法、設(shè)備趨勢模型和評估模型等知識庫內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一管理，系統(tǒng)的工作原理如圖5所示。

圖5 機(jī)床故障診斷與預(yù)警子系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

（2）機(jī)床運(yùn)維服務(wù)子系統(tǒng)

運(yùn)維服務(wù)子系統(tǒng)通過對故障診斷的統(tǒng)計(jì)和分析，提供預(yù)測性的運(yùn)維服務(wù)。系統(tǒng)可通過手機(jī)APP報(bào)修，快速掌握報(bào)修響應(yīng)狀態(tài)，查看報(bào)修記錄，填寫維修服務(wù)評價(jià)。高效遠(yuǎn)程運(yùn)維體系流程圖如圖6所示。

“十四五”展望