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(jù)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(tǒng)集成”、“系統(tǒng)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(yè)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(lián)網(wǎng)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(tǒng)集成等新興技術于一體，構建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)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(tǒng)集成、系統(tǒng)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(shù)模，進行數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)統(tǒng)一標準模板，實現(xiàn)產品開發(fā)與實施體系的建立，保證三維參數(shù)化設計快速高效。

1.1.2 智能經營

（1）企業(yè)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(tǒng)提供的一套可配置的供應商管理解決方案，一個高效協(xié)同的環(huán)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(fā)和制造。

1.1.3 智能制造執(zhí)行系統(tǒng)

（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(jié)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(xiàn)場作業(yè)管理：根據(jù)工廠實際的需求以及每個工位的工藝特點，為每個工位現(xiàn)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(yǎng)、在線作業(yè)指導書、異常報警。

（5）質量控制與追溯：質量管理系統(tǒng)幫助質量人員控制并完成物料的檢驗，發(fā)現(xiàn)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(jiān)控、維修人員管理、統(tǒng)計分析五方面的功能，

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

（8）預警報警管理：MES系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場的生產異常情況，觸發(fā)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(jù)現(xiàn)場作業(yè)的分工，建立預警、報警的規(guī)則，當MES系統(tǒng)監(jiān)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(fā)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(xiàn)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(yè)管理人員將車間管理現(xiàn)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(yè)務，及時的讓車間管理人員、生產管理人員、車間現(xiàn)場工人同步的了解生產狀況。

（10）人員管理：根據(jù)工廠的需求，MES系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集：在鍛造車間使用SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；在機加車間使用DNC（分布式數(shù)控）實現(xiàn)數(shù)控車床的聯(lián)網(wǎng)，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(tǒng)中獲取任務內容，根據(jù)任務內容到CAM中選擇需要的數(shù)控程序，NC程序通過DNC下達到數(shù)控機床，進而按照程序進行加工。

（12）生產績效：是MES系統(tǒng)實現(xiàn)對整個生產工藝流程的全面制造執(zhí)行管理與控制的功能模塊之一，可以幫助制造企業(yè)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(xiàn)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(tǒng)主要由智能立體倉儲系統(tǒng)、物流輸送系統(tǒng)、智能機器人（搬運、碼垛等）系統(tǒng)、智能搬運系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、智能信息管理系統(tǒng)等部分組成。

系統(tǒng)硬件結構：物流計算機調度和信息管理系統(tǒng)硬件結構采用B/S和C/S相結合的模式?？刂葡到y(tǒng)采用工業(yè)無線以太網(wǎng)交互信息。堆垛機、搬運車、輸送系統(tǒng)控制設備通過無線以太網(wǎng)進行通信。

1.1.5 系統(tǒng)軟件結構：系統(tǒng)軟件結構采用模塊化集成模式

1.1.6 系統(tǒng)集成技術

自動化控制管理系統(tǒng)使用現(xiàn)場總線技術通過環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)將感知層物理屬性轉化后的信息集成到互聯(lián)網(wǎng)上；設計管理系統(tǒng)、經營管理與物流管理系統(tǒng)、車間制造執(zhí)行系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)布控制指令，從而實現(xiàn)對底層物理設備“感-聯(lián)-知-控”的閉環(huán)管理。

1.2 智能技改的效果

該工廠的智能化技改工程實現(xiàn)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(tǒng)、智能物流小車配送、自動控制定位系統(tǒng)和可視化管理，實現(xiàn)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(wěn)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(shù)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(tǒng)的壓力成型設備，同時在數(shù)字化模擬優(yōu)化后完成工藝流程布局，可順利實現(xiàn)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(yè)面臨著諸多的挑戰(zhàn)和壓力，競爭力不斷加劇，智能制造的出現(xiàn)，將為各制造企業(yè)解決現(xiàn)有問題、實現(xiàn)創(chuàng)新驅動轉型提供了一條全新的發(fā)展思路和技術途徑。智能工廠建設作為智能制造發(fā)展的載體，是當前制造業(yè)的發(fā)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(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃一致且符合企業(yè)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(yè)智能工廠建設[J].數(shù)字化用戶，2017，21.

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