智能化車間建設(shè)自動化裝備的規(guī)劃淺析

王金虎， 姜 釗， 呂 偉， 王 帥， 趙來安

（中電科能源有限公司， 天津 300384）

1 智能化車間概述

智能化車間的成功建設(shè)不僅單指生產(chǎn)與制造層面，也沒有十分明確的目標(biāo)點，而是全部運營模塊各個層面逐漸升級之后，互相融合匹配后的成果[1-3]，是一個迭代交替上升的過程?？偟膩碇v，智能化車間的表征，即智能制造典型特征，可以歸納為以下4 個環(huán)節(jié)：

1）動態(tài)感知：全面實時感知監(jiān)測物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間對象，所處的行為狀態(tài)和數(shù)據(jù)。包括產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)線、企業(yè)、供應(yīng)鏈。

2）實時分析：對獲取的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行及時、快速的分析、處理、賦予意義。基于場景，構(gòu)建模型，使得數(shù)據(jù)不斷“透明”，滿足業(yè)務(wù)需求。

3）精準(zhǔn)執(zhí)行：將決策賦予到執(zhí)行系統(tǒng)，控制或調(diào)整執(zhí)行系統(tǒng)的操作。執(zhí)行系統(tǒng)可以是產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)線、企業(yè)和供應(yīng)鏈。

4）自主決策：按照決策規(guī)則，根據(jù)分析結(jié)果，自主做出合適的判斷決策。決策機制（規(guī)則）來源于積累的規(guī)律、經(jīng)驗和知識[4]。

作為智能制造全流程應(yīng)用較早與效果較好的行業(yè)，國外衛(wèi)星總裝生產(chǎn)運營環(huán)節(jié)已實現(xiàn)了關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化應(yīng)用，國外某衛(wèi)星總裝車間布局如圖1 所示。由圖1 可以發(fā)現(xiàn)：

圖1 國外某衛(wèi)星總裝車間布局

1）自動化生產(chǎn)現(xiàn)場不僅有自動化生產(chǎn)裝備，還有大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、增強現(xiàn)實等數(shù)字化應(yīng)用終端；

2）自動化生產(chǎn)現(xiàn)場的物料及半成品調(diào)配均有AGV 進(jìn)行配送，在出入庫環(huán)節(jié)，也有協(xié)作機器人參與搬運，并應(yīng)具有物料信息追溯手段；

3）具有多項生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的檢測環(huán)節(jié)，并在生產(chǎn)端上層具有管控平臺，實時對生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行跟蹤、分析和決策。綜上所述，作為智能車間的生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)，自動化裝備的優(yōu)良與智能化車間的建設(shè)息息相關(guān)，如圖2 所示。

圖2 裝備層與智能車間關(guān)系

2 自動化裝備規(guī)劃環(huán)節(jié)注意事項

1）車間布局方面：單機裝備外形應(yīng)規(guī)整、整體設(shè)計時應(yīng)合理利用裝備內(nèi)部空間，結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊合理，裝備內(nèi)部布局規(guī)范、美觀、符合人機工程學(xué)；裝備的上下料位置與裝備內(nèi)的工藝環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)方式與方向，要考慮車間整體布局（因為車間的整體布局暗含了產(chǎn)品全流程的工藝環(huán)節(jié)順序，單機裝備的布局要服從整體布局）；裝備的整體尺寸要結(jié)合車間真實狀態(tài)，同時考慮車間高度、網(wǎng)絡(luò)預(yù)留、布線空間、承重安裝等外在因素；

2）裝備調(diào)試方面：裝備的安裝、維修維護(hù)、裝備（整線）遷移、裝備（整線）復(fù)制；

3）生產(chǎn)線單機裝備其他層面可能設(shè)計的因素：裝備的開關(guān)門（美觀、便捷、空間）、重要元器件選型（如視覺系統(tǒng)、對位系統(tǒng)、機械手、關(guān)鍵零部件）（適配度、經(jīng)濟性、可靠性）、操作面板位置（空間合理性、可操作性）、電氣水路走線型號（空間合理性、維修便捷性）、重量（地面承重、安全性）、上下料設(shè)計（產(chǎn)品品種兼容性、流轉(zhuǎn)形式）、電路、氣路、真空、網(wǎng)絡(luò)等接口參數(shù)（包含裝備內(nèi)外的走線，接口位置和朝向）要求[5-7]；

4）裝備美觀方面：由于參觀與6S 等現(xiàn)實需要讓整條生產(chǎn)線，尤其是每個生產(chǎn)單元保證生產(chǎn)裝備、模具、工裝、儀表等與所有生產(chǎn)管理有關(guān)的物品的整齊、同色、同質(zhì)感、同尺寸、規(guī)格。其中顏色的選定要結(jié)合具體的工況（廠房、產(chǎn)品、布線等）相結(jié)合，整體要美觀大方。非標(biāo)裝備全流程設(shè)計過程，如圖3 所示。

圖3 自動化裝備全流程研制過程

3 自動化裝備研制過程注意事項

自動化裝備作為智能化車間的基本構(gòu)成單元，其研制環(huán)節(jié)的過程把控意義重大，不僅涉及到工藝優(yōu)化與變更的前期準(zhǔn)備工作，還包含裝備研制過程中的風(fēng)險規(guī)避，主要包含：

1）要完成關(guān)鍵核心零部件對產(chǎn)品或半成品進(jìn)行預(yù)實驗、預(yù)仿真，以減小裝備研制風(fēng)險；在裝備開發(fā)過程中，裝備負(fù)責(zé)人要與裝備開發(fā)商積極溝通，在設(shè)計的整個過程中，都要參與對錯誤進(jìn)行規(guī)避，對失誤進(jìn)行彌補；

2）優(yōu)秀的非標(biāo)設(shè)計團(tuán)隊十分重要。另外，要積極通過尋找類似行業(yè)、展覽會、網(wǎng)絡(luò)等不同平臺來汲取先進(jìn)生產(chǎn)模式、工裝模具、先進(jìn)工具等為我所用[8-11]；

3）裝備驗證試驗與驗收過程中，對裝備的功能性指標(biāo)要有規(guī)范性的準(zhǔn)則進(jìn)行約束。準(zhǔn)則可分為兩類，一為技術(shù)性準(zhǔn)則，即機械裝備的設(shè)計、制造、使用等環(huán)節(jié)中的各項性能指標(biāo)一定要達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。其不僅包括靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)，也包括動態(tài)技術(shù)指標(biāo)。比如，裝備的功率、強度、使用年限、效率等靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)；還有熱穩(wěn)定性、抗磨損性、抗摩擦等動態(tài)技術(shù)指標(biāo)。因此，在進(jìn)行設(shè)計工作的時候，一定要保證裝備零件的技術(shù)指標(biāo)，不要對裝備的使用產(chǎn)生影響[12]。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段制造企業(yè)正面臨著多品種變批量，高質(zhì)量低成本，柔性制造快速響應(yīng)，節(jié)能節(jié)拍與環(huán)境友好等制造需求，在這樣的背景及內(nèi)外部環(huán)境下，企業(yè)可以通過以智能制造與數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為抓手，推動企業(yè)在產(chǎn)品制造、技術(shù)與服務(wù)等各個方面的創(chuàng)新與升級。對外強化產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、充分發(fā)揮本行業(yè)內(nèi)的核心企業(yè)帶動作用，打造產(chǎn)業(yè)整體優(yōu)勢，積極開拓新的市場空間；對內(nèi)聚焦核心競爭力，提高內(nèi)部協(xié)同效率，同時應(yīng)注重自動化裝備的研制與關(guān)鍵環(huán)節(jié)風(fēng)險點規(guī)避，逐步邁向智能化的設(shè)計生產(chǎn)與服務(wù)，達(dá)到創(chuàng)新推動、降本增效的目的。