高校、企業數字化車間管理及模塊化分區轉型的應用

江蘇信息職業技術學院 茆政明

基于高校數字化車間發展的現狀，對企業中的數字化車間進行分析和研究，在大數據、數字化、萬物互聯技術上，研究數字化車間實施的關鍵技術問題，針對智能化、工業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。在工業化、數字化、智能化、互聯性眾繁交互的社會，許多企業、工廠產業格局都已經發展的快速且有各自突出的優越性。在全國的企業工廠越來越多的運用數字化來解決企業的管理問題，數字化可以對設備基本狀態信息、產出產品的檢測數據結果進行匯總，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計，還可以監測工件的打包、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在人力資源方面大大節省資本。

1 數字化車間的本意

數字化車間的構想，是企業和高校現存在的車間從老式人員使用、管理方式更替到數字化管理模式，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，而數字化車間的構想與實施能更方便掌握企業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，這些大多數在使用中都無法全面記錄使用情況，或者漏記漏填，使得數據不夠完整，對需要找尋的實時數據不能詳盡找出。而隨著數字化車間的管理，軟件能夠采集信息、監測使用情況、停工情況以及部分安全性能的監測，從而運用數字化手段來推動車間的監管智能化。

1.1 使用數據的回收，實時訂單數據顯示

車間數字化建設一旦完成，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據傳輸，通過軟件處理得到所有數據的直觀的圖表信息，并能展示在屏幕端，能夠直觀感受到數字化車間的整體運行狀態。對于數字化車間里訂單的監管，能夠監測到的數據包括：使用者、設備臺套數、設備所在區、機器開啟狀態情況、設備目前狀態（轉速、刀具號、程序段，加工時長等）、加工狀態、基本工序名、程序數等，還可以通過攝像頭監測目前的加工場景，監測刀具、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情況，而靠人員管理或看守的管理模式是達不到這樣的優越性的。例如在高校的多數車間內，應用數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，減少了數據填寫，資源浪費。

1.2 實時監控，統籌辦公

數字化車間的使用，必然使信息更全面的被監測到，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。數字化車間在使用中，運用網絡進行數據采集，從服務器發出指令，每臺機床反饋信息，在PC 端能夠通過專業軟件服務器進行監控與采集，傳輸信息與指令，從而達到協調各區域。在整個服務器中，每臺設備均是一個節點單元，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籌管理。

1.2.1 人員管理

在數字化車間系統內，管理型人員需分配好各自權限，包括任務管理、下發，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。在實訓環節中，設備并不能按照企業標準進行完整性的生產和開發，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，這些簡單數據，在車間的使用記錄上，能簡單體現，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，數據得到較為全面記錄，安全等問題得到實時監控和記錄。

1.2.3 刀具管理

現階段，對于刀具使用管理的企業、高校并未見效。企業、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，能節約成本和效率的提升。

1.3 分區轉型管理

車間在數字化實施以后，更多的是在于區域化的管理，區分與舊的車間體系，從灰暗、黑色格調、油污嚴重，到光鮮亮麗、7S 管理的數字化車間，從大的方面講，數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，所占區域，即可分為一個區域，在這個區域里，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，分區域可以對產線實現的功能進行分類。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，實現的是加工模塊功能，若更換組合方式，產線功能能實現的包括：加工區、清洗區、檢測區、分裝區、物流區、倉儲區等。對于區域功能的管理，需要數字化手段來實施監管，同樣數據的檢測也極其重要。

1.3.1 區域劃分作用

區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域，進行點陣布局，節省工件在加工過程中的搬運時間，充分利用空間環境，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省時間。區域的劃分，在對應的訂單上，能從訂單出發，進行定制所在區域中的機器的種類和所需其他配套設施。企業不會先定制出產線，再到接收訂單，而是根據訂單情況，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，開發使用。

1.3.2 區域內產線的作用

產線針對項目的開發使用，集中了多臺設備，如：數控車床、數控銑床、磨床、線切割、電火花機以及機器人互聯、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。產線的制定，在節省人力、物力方面確實產生了很大的變化，同時也為企業節省人力資本。

2 在工業集中、互聯性強的時代，數字化車間需待開發探究

2.1 打牢基礎，針對信息，強化功能使用需求

當下，工業快速發展時代，國家在數字化覆蓋面上做了很多，從萬物互聯出發，數字化車間需要穩重求進，達到了一定的先進性、優越性，也使得整個車間自動化程度提高到某一高度。總覽多地數字化車間的建設，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，考慮到系統兼容性、成本節約、人員易學習上手，需制定相對統一標準，使其合理規劃功能和用途，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字化車間在使用過程中能夠孵化出一批專業化人才，同時也能提高非本專業人員專業水平和車間的高質量發展。

2.2 數字化車間使用，記錄數據、工序查看、優化次序

數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，充分體現技術與數字化相匹配融合。一方面，通過打樣測試，能夠完成對數據的監測、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，服務器需滿足數字化的操作，實時記錄、監測員工處理訂單、查看訂單、優化訂單，更好的節約時長；在監控區，能看到員工對訂單的現場處理，同時對材料的利用率也大大提高，繼而節約成本，減少工時。

2.3 信息集中，管控區域分析

對于一個數字化車間服務器來講，既要對每臺設備的信息數據的實時監控和監測，又要對訂單的詳情進行合理分析，再到訂單的下發，都需要系統來保障分析結果的可靠。在對每個區域化設備的使用過程中，訂單下達之后，針對數字化車間來說，專業人員對技術上的分析，能夠更好的處理訂單，這也讓技術與數字相融合，來保障基礎的課程實施、課題開發、橫向生產等。分區的設計，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，也通過了數據的采集和數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字化系統來分管任務，并進行有效的布置及監測。

2.4 數據采集，利用大數據分析

當前，大數據系統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據采集，管理者能多角度分析生產過程的合理、合規性，在發現問題時能及時針對出現問題機床進行加工參數修改或暫停生產進行工序診改，從而達到最優化的路徑。

2.5 產線化生產，提高成品率

在對工業化車間的改進，受到更多先進技術的融合，很多企業、院校都試著往數字化方向改造，也往突出點、核心點技術進行學習，改變了企業原本發展方向，造成院校專業布局調整。同時，使一些高、精、尖問題得以展現和有待解決。首先，建設成為數字化車間，應滿足設想的需求，從數據的流暢、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。所以從數字化車間的意義上來講，我國需要更完善的數字化車間，對零件的加工技術，機床刀具使用壽命監測技術，機械手、機械臂參與度、料庫等柔性單元設備的技術參與，才能更好的發展工業時代下的數字化車間的建設。

3 結語

數字化車間建設往智能化發展是必然的，促進車間的管理、生產效率提升，針對數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，能極大地發揮數字化的作用，并且能夠更好的展現數字化車間的優越性。