淺談某工廠的智能化技改工程

郭俊

【摘 要】“中國制造2025”核心是“智能制造”，延伸到具體的工廠就是智能工廠，是推動中國從制造大國轉向制造強國的根本路徑。本文根據某工廠的智能化技術改造工程，從“智能設計”、“智能經營”、“智能生產”、“智能物流與倉儲”、“系統集成”、“系統安全”六個方面，介紹了智能制造工廠的建設內容，以期為不同細分領域細分行業的智能工廠建設提供參考。

【關鍵詞】智能化；智能制造；智能設計

1 智能工廠建設

1.1 智能工廠總體架構

該工廠智能化技改的實質是利用物聯網技術和信息技術，融合先進的生產工藝、自動化技術、智能手段和智能系統集成等新興技術于一體，構建高效、節能、綠色、環保、和諧的智能化工廠。項目從智能設計、智能經營、智能生產、智能物流與倉儲、系統集成、系統安全六大方面進行智能制造工廠建設，智能化工廠總體架構。

1.1.1 智能設計

（1）產品的設計：基于三維數模，進行數據校驗、有限元分析、工程制圖以及模具設計和加工。結合前軸產品的特點以及三維軟件功能，使前軸的技術研發能力達到了國內領先水平；

（2）產品的工藝設計：在已有標準模板化工藝的基礎上，進行結構化工藝設計，保證所有的工藝文件能夠依照設計流程和定制的工藝模板，快速自動生成標準的工藝文件。建立產品開發統一標準模板，實現產品開發與實施體系的建立，保證三維參數化設計快速高效。

1.1.2 智能經營

（1）企業資源計劃（ERP）主要分三部分：生產過程管控、供應鏈物流管理和財務管理；

（2）供應鏈管理（SCM）：通過PLM系統提供的一套可配置的供應商管理解決方案，一個高效協同的環境來掛接和串連供應鏈，以支持更好的成本管理和更有效的產品開發和制造。

1.1.3 智能制造執行系統

（1）生產建模：模型主要定義生產過程所需要的制造BOM，在這個BOM結構里面定義了產品是如何加工出來的，以及在加工過程中所有的約束條件。

（2）生產排程與調度管理：該工廠是典型的離散型生產，工藝過程復雜，鍛造車間和機加車間的工藝特點、生產組織模式差異較大，在本次智能化技改工程中對鍛造車間采用準時化節拍方式排程，對機加車間采用基于約束的有限能力排程。

（3）物料管理：對原材料、在制品、產成品的過程管理，包括物料的配送、流轉、追蹤過程。

（4）現場作業管理：根據工廠實際的需求以及每個工位的工藝特點，為每個工位現場操作工設置了不同的操作內容，主要包含的內容有如下幾個方面：刷卡登錄、日常檢查、設備保養、在線作業指導書、異常報警。

（5）質量控制與追溯：質量管理系統幫助質量人員控制并完成物料的檢驗，發現質量問題、分析故障原因、及時反饋問題，并采用必要的手段處理質量問題，從而有效地控制產品質量，提高質量管理水平。

（6）設備管理：針對工程的需求，本設備管理將提供設備檔案、設備維修、運行管理、備品備件管理、設備監控、維修人員管理、統計分析五方面的功能，

（7）能耗管理：與現有電力管理系統集成，完整采集生產運行中的能耗指標數據，利用能效管理平臺開展耗損數據多維相關分析診斷，及時發現異常，建立生產線工藝設備能源優化系統，根據制造工藝實現設備精準開機，減少設備空運轉時間，從而有效提高企業能源利用率。

（8）預警報警管理：MES系統根據現場的生產異常情況，觸發相應的異常事件，這些異常事件會傳遞給相關部門，等待處理反饋。根據現場作業的分工，建立預警、報警的規則，當MES系統監測到設備異常、加工異常、質量異常等信息后，通過自動報警或人工錄入方式發出報警，報警信息通過手機短信、郵件、車間聲光報警器、車間現場看板推送至責任人，如設備故障推送給設備維修人員，工藝問題推送至工藝技術人員。

（9）看板管理：采用信息推送機制，企業管理人員將車間管理現場需要的進度，領料，異常等信息定制成為看板，進度和領料等信息可以直接來源于車間業務，及時的讓車間管理人員、生產管理人員、車間現場工人同步的了解生產狀況。

（10）人員管理：根據工廠的需求，MES系統包含對人員的基本信息的管理，包括人員的編號、姓名、所屬部門、資質、工種等信息的維護，管理員可以進行人員信息的增刪改查。

（11）數據采集：在鍛造車間使用SCADA系統采集數據；在機加車間使用DNC（分布式數控）實現數控車床的聯網，進行NC程序通訊和加工信息的采集；NC程序通訊：DNC首先從MES系統中獲取任務內容，根據任務內容到CAM中選擇需要的數控程序，NC程序通過DNC下達到數控機床，進而按照程序進行加工。

（12）生產績效：是MES系統實現對整個生產工藝流程的全面制造執行管理與控制的功能模塊之一，可以幫助制造企業生產車間提高工廠操作的一致性、敏捷性與正確性，對于精益化生產的實現有重大的意義。

1.1.4 智能物流倉儲技術

新建智能物流系統主要由智能立體倉儲系統、物流輸送系統、智能機器人（搬運、碼垛等）系統、智能搬運系統、智能控制系統、智能信息管理系統等部分組成。

系統硬件結構：物流計算機調度和信息管理系統硬件結構采用B/S和C/S相結合的模式。控制系統采用工業無線以太網交互信息。堆垛機、搬運車、輸送系統控制設備通過無線以太網進行通信。

1.1.5 系統軟件結構：系統軟件結構采用模塊化集成模式

1.1.6 系統集成技術

自動化控制管理系統使用現場總線技術通過環形工業以太網將感知層物理屬性轉化后的信息集成到互聯網上；設計管理系統、經營管理與物流管理系統、車間制造執行系統通過對感知層反饋信息的分析與計算，形成決策信息后，通過自動化控制管理系統發布控制指令，從而實現對底層物理設備“感-聯-知-控”的閉環管理。

1.2 智能技改的效果

該工廠的智能化技改工程實現了解決了以下幾點重要問題：

（1）解決了智能鍛造生產線快速換模問題

汽車前軸精密鍛造生產線多臺鍛造設備上裝有多套大型模具（其中有回轉式輥鍛模、鍛坯彎形模、整體預鍛、終鍛模等），以往生產線轉產時，僅輥鍛模具換裝安裝就需5～6小時。

通過項目建設，應用MES系統、智能物流小車配送、自動控制定位系統和可視化管理，實現轉產時快速換模，換裝時間可控制在1小時以內，換裝效率提高80%。

（2）解決了產品質量關鍵特性不穩定的問題

在汽車前軸輥鍛制坯過程中，由于模具為多模塊拼接組裝在軋輥上，在軋制過程中，在拼接處會產生折疊缺陷，嚴重影響前軸鍛件產品疲勞壽命，消除鍛件接縫處的折疊，導致制造成本居高不下。

采用分體式智能輥鍛機后，由多模塊拼接改用整圈模膛，從根本上消除了鍛件接縫，提高了產品質量，降低了前軸生產制造成本。同時，設備具有自感知、自適應功能，力能參數可調可控，滿足了柔性化生產。

（3）解決了輕量化前軸量產問題

在原有鍛造生產線基礎上組織輕量化前軸生產，由于設備性能及布局原因，產品批量生產效率低，生產成本高。

通過智能制造工廠建設，用智能精密熱成型設備取代傳統的壓力成型設備，同時在數字化模擬優化后完成工藝流程布局，可順利實現輕量化汽車前軸的高效率低成本大批量生產。

2 結束語

近年來制造業面臨著諸多的挑戰和壓力，競爭力不斷加劇，智能制造的出現，將為各制造企業解決現有問題、實現創新驅動轉型提供了一條全新的發展思路和技術途徑。智能工廠建設作為智能制造發展的載體，是當前制造業的發展愿景，也是正在積極努力的重點方向。但對于如何建設與企業戰略規劃一致且符合企業自身實際應用需求的智能工廠是亟需在實踐中思索和探討的。

【參考文獻】

[1]沈堅.淺談企業智能工廠建設[J].數字化用戶，2017，21.

[2]陳明，梁乃明，等.智能制造之路[J].數字化工廠，2016，10.endprint