范昊 魏濤

摘 ?要：為提升動車組制造企業(yè)智能車間運行管理的水平，需要開展動車組智能生產(chǎn)車間運行管理體系研究，規(guī)范智能生產(chǎn)車間運行管理，本文將依據(jù)《中國制造2025》《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2018年版）》等規(guī)劃內(nèi)容，構(gòu)建動車組制造企業(yè)智能生產(chǎn)車間運行管理的體系要求，對面向智能生產(chǎn)車間運行管理的方法和模型設(shè)計進行探討。以動車組關(guān)鍵部件輪對的生產(chǎn)過程為基礎(chǔ)，從智能生產(chǎn)車間運行管理的角度，對智能生產(chǎn)車間的完整性、管理的有效性、信息集成性等方面進行闡述。

關(guān)鍵詞：智能生產(chǎn);智能管理;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.44;TG51 ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）14-0128-03

Management Ideas for Production and Operation of Key Parts in

Intelligent Workshop

——Taking EMU Manufacturing Enterprises as an Example

FAN Hao，WEI Tao

（CRRC Corporation Limited，Beijing ?100039，China）

Abstract：In order to improve the level of intelligent workshop operation management of EMU manufacturing enterprises，it is necessary to carry out research on EMU intelligent production workshop operation management system and standardize the operation management of intelligent production workshop. This paper will be based on “Made in China 2025” and “National Intelligent Manufacturing Standard System Construction Guidelines（2018 Edition）” and other planning content，to build the system requirements for the intelligent production workshop operation management of EMU manufacturing enterprises，to explore the method and model design for the intelligent production workshop operation management. Based on the production process of the key components of the EMU，from the perspective of intelligent production workshop operation management，the integrity，management effectiveness and information integration of the intelligent production workshop are described.

Keywords：intelligent production;intelligent management;data acquisition system

0 ?引 ?言

智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期實現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造，當(dāng)前智能制造的研究與應(yīng)用多集中在以機器人為代表的過程自動化等環(huán)節(jié)，并逐步深入到各子系統(tǒng)間的集成和制造數(shù)據(jù)的分析中，但是離全面集成應(yīng)用系統(tǒng)的智能工廠還存在相當(dāng)距離[1-5]。動車組生產(chǎn)領(lǐng)域在打造智能工廠方面具有一定的基礎(chǔ)，但是在工廠運行管理方面存在較多的問題，不同國家、研究機構(gòu)和企業(yè)的理解不盡相同，可以對動車組制造企業(yè)智能工廠運行管理的體系架構(gòu)進行思路探討，以此來指引動車組制造企業(yè)生產(chǎn)管理邁向快速、健康的智能工廠之路，提高制造水平和核心競爭能力，是具有現(xiàn)實意義的研究課題。

1 ?動車組制造企業(yè)智能工廠管理運行基礎(chǔ)

動車組制造企業(yè)智能工廠以智能生產(chǎn)、智能管理為核心，需要以以下參與要素作為基礎(chǔ)：工廠管理方面已建立企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP），供應(yīng)鏈管理模塊能實現(xiàn)采購、外協(xié)、物流的管理與優(yōu)化;生產(chǎn)制造方面已建立車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)計劃、排產(chǎn)、生產(chǎn)、檢驗的全過程閉環(huán)管理，并與ERP集成;已建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，充分采集制造進度、現(xiàn)場操作、質(zhì)量檢驗、設(shè)備狀態(tài)等生產(chǎn)現(xiàn)場信息，并與MES實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和分析;已建立車間級的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)、裝備、零部件以及人員之間實現(xiàn)信息互聯(lián)互通和有效集成;已建立工廠總體設(shè)計、工藝流程及布局的數(shù)字化模型，進行模擬仿真，實現(xiàn)規(guī)劃、生產(chǎn)、運營全流程數(shù)字化管理，相關(guān)數(shù)據(jù)進入企業(yè)核心數(shù)據(jù)庫。

智能工廠管理需要對運行管理所必需的產(chǎn)品信息、設(shè)備信息、庫存信息等進行采集處理和分析[3]。其中，產(chǎn)品信息應(yīng)對產(chǎn)品全生命周期過程實現(xiàn)跟蹤，包括生產(chǎn)過程中所需要的各種物料，監(jiān)測生產(chǎn)系統(tǒng)物流狀態(tài);設(shè)備信息應(yīng)支持采集設(shè)備動態(tài)信息以及工具狀態(tài)信息，在此基礎(chǔ)上綜合評定設(shè)備當(dāng)前狀況并進行決策;庫存信息應(yīng)實現(xiàn)庫存貨物及其狀態(tài)的可視化跟蹤、可視化查詢結(jié)果的輸出、自動生成庫存操作單據(jù)，為管理者提供多方位、直觀的統(tǒng)計信息。

運行管理方法則應(yīng)綜合應(yīng)用現(xiàn)代管理技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動化技術(shù)、制造技術(shù)以及系統(tǒng)工程的理論方法和先進管理方法，將生產(chǎn)過程中人、技術(shù)和管理三要素及其信息流和物流進行有機集成，優(yōu)化運行，實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量、低消耗地生產(chǎn)。同時對制造過程中的設(shè)計、工藝、工況、設(shè)備等信息進行融合處理，實現(xiàn)對各種資源的控制[4]。

2 ?動車組智能工廠關(guān)鍵零部件輪對生產(chǎn)運行管理

結(jié)合動車組關(guān)鍵零部件輪對智能生產(chǎn)的生成過程，針對生產(chǎn)線中車輪加工、車軸加工、輪對涂裝、齒輪箱組裝等關(guān)鍵工序的智能排產(chǎn)、智能物流、智能選配、智能檢測、數(shù)據(jù)采集、智能決策分析等業(yè)務(wù)過程提出運行管理思路。

對于動車組、地鐵、客車的輪對生產(chǎn)線，管理內(nèi)容主要分為車軸生產(chǎn)、車輪生產(chǎn)、齒輪箱組裝、輪對壓裝、輪對軸箱組裝五個部分。輪對智能生產(chǎn)管理建立在智能工廠基礎(chǔ)之上，以制造執(zhí)行為核心，以感應(yīng)技術(shù)、信息物理系統(tǒng)等新一代信息技術(shù)為支撐，對車輪、車軸、齒輪箱、輪對壓裝等生產(chǎn)過程進行管理。輪對智能生產(chǎn)主要體現(xiàn)在管理智能化、生產(chǎn)智能化兩方面，管理智能化包括輪對生產(chǎn)計劃管理;生產(chǎn)智能化包括輪對的工序作業(yè)計劃、加工過程管理、質(zhì)量檢測管理、輪軸等關(guān)鍵部件的質(zhì)量追溯和跟蹤管理、車間領(lǐng)送料管理、產(chǎn)品檔案管理、車軸和輪對的智能選配管理，利用業(yè)務(wù)控制平臺、目視化管理、信息推送等手段開展運行管理。為保障智能工廠順暢運行，建立和智能設(shè)備和管理系統(tǒng)相匹配的制度保障體系，明確管理對象、職責(zé)、質(zhì)量保障、安全保障等。

3 ?輪對智能生產(chǎn)管理體系的主要功能

輪對智能生產(chǎn)管理的總體目標(biāo)是針對車軸生產(chǎn)、車輪生產(chǎn)、齒輪箱組裝、輪對壓裝、輪對軸箱等各加工單位進行有限能力計劃編制與作業(yè)調(diào)整、生產(chǎn)資源準(zhǔn)備與作業(yè)指導(dǎo)、生產(chǎn)物料管理、生產(chǎn)過程可視化管理、設(shè)備運維管理及全過程質(zhì)量跟蹤與追溯。制造執(zhí)行主要功能如圖1所示。

（1）作業(yè)計劃。可根據(jù)訂單優(yōu)先級進行排產(chǎn)，涵蓋了計劃編制、計劃維護、計劃下達、計劃反饋、計劃變更等業(yè)務(wù)操作，最終分解可指導(dǎo)輪對車間安排生產(chǎn)的可執(zhí)行計劃。

（2）作業(yè)調(diào)度。包括作業(yè)派工、調(diào)整、完工匯報功能，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)和緩沖區(qū)內(nèi)物料情況，實時對車軸、車輪、輪對等物料進行智能調(diào)度，將工作任務(wù)指派到輪對生產(chǎn)線、工位和人員，現(xiàn)場人員根據(jù)任務(wù)分派進行開工、完工確認(rèn)等。

（3）生產(chǎn)執(zhí)行。通過嚴(yán)格的控制和閉環(huán)反饋機制嚴(yán)控車間現(xiàn)場作業(yè)，防止加工過程中出現(xiàn)錯誤，提高實物與信息流的一致性，系統(tǒng)應(yīng)支持對作業(yè)與領(lǐng)料相關(guān)邏輯進行控制。

（4）生產(chǎn)準(zhǔn)備。對生產(chǎn)所需刀具、工裝夾具、圖紙、文檔、工資卡片、數(shù)控程序等資源進行定義，并能夠清晰明確資源準(zhǔn)備的責(zé)任。

（5）作業(yè)指導(dǎo)。對輪對生產(chǎn)制造工藝進行可視化展示。

（6）物料管理。對輪對車間生產(chǎn)物料的精細(xì)化管理，按照車間生產(chǎn)計劃實現(xiàn)生產(chǎn)用料的領(lǐng)用、配送、交接、退庫，強化計劃對車間實際生產(chǎn)的控制能力。

（7）現(xiàn)場監(jiān)控。實現(xiàn)對輪對智能生產(chǎn)過程的管理要求，對流程作業(yè)、關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)進行監(jiān)控、提醒、預(yù)警。能夠完整展示輪對車間作業(yè)進度、班組（單元）、人員工時、廢品率等分類統(tǒng)計功能。

（8）設(shè)備管理。支持輪對車間生產(chǎn)制造設(shè)備、工裝的運行、維護狀態(tài)的管理。

（9）質(zhì)量管理。包括質(zhì)檢流程管理、質(zhì)檢數(shù)據(jù)管理功能。通過車軸、車輪壓裝數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，以質(zhì)量最優(yōu)為目標(biāo)，分析生產(chǎn)過程工藝參數(shù)，保證產(chǎn)品一致性與穩(wěn)定性。

（10）能效分析。可預(yù)置和定義KPI考核指標(biāo)進行計算與統(tǒng)計，如產(chǎn)品制造周期、計劃完成率、在制品周轉(zhuǎn)率，支持完整的車間、班組、人員工時、廢品等分類統(tǒng)計功能，以輔助車間考核及績效的管理。

（11）數(shù)據(jù)采集?？蓪崟r對加工、檢測、涂裝、組裝等智能裝備的數(shù)據(jù)采集與管理。

4 ?輪對智能生產(chǎn)運行管理過程

4.1 ?輪對運行管理范圍

輪對智能生產(chǎn)管理主要是車軸生產(chǎn)、車輪生產(chǎn)、齒輪箱組裝、輪對壓裝、輪對軸箱組裝過程，利用制造執(zhí)行系統(tǒng)以及其他信息技術(shù)，對輪對的生產(chǎn)運行進行信息監(jiān)控和處理。通過對生產(chǎn)線全過程數(shù)據(jù)的自動采集，對數(shù)據(jù)進行挖掘，自動統(tǒng)計并生成各種報表，提供決策依據(jù)和決策建議，以期達到降低生產(chǎn)成本、提高效率和保證質(zhì)量的目的，如圖2所示。

4.2 ?車軸生產(chǎn)過程運行管理

（1）工藝管理。按照計劃排產(chǎn)結(jié)果，物流配送系統(tǒng)將車軸毛坯配送到車軸自動加工檢測涂裝生產(chǎn)線，并在智能設(shè)備上加工生產(chǎn)，經(jīng)檢驗合格后，準(zhǔn)備進入輪對自動壓裝生產(chǎn)線。

（2）運行管理關(guān)鍵信息。加工生產(chǎn)過程中，將加工標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品信息（單件跟蹤號）、質(zhì)量信息（合格判定）、車軸檢測數(shù)據(jù)等傳入制造執(zhí)行系統(tǒng)。

（3）信息處理與利用。制造執(zhí)行系統(tǒng)記錄傳入的產(chǎn)品信息，并記錄單件跟蹤號、車軸外徑尺寸數(shù)據(jù)、智能設(shè)備的運行狀態(tài)信息、工序執(zhí)行狀態(tài)、合格判定結(jié)果等信息，作為智能分析、決策與控制的基礎(chǔ)。對異常信息根據(jù)已定義規(guī)則按角色推送給相關(guān)責(zé)任人或管理人員，相關(guān)人員根據(jù)管理規(guī)范要求處理異常信息。

4.3 ?車輪生產(chǎn)過程運行管理

在工藝過程中，車輪毛坯經(jīng)過加工、檢測、涂裝工序后，進行輪盤組裝或進入輪盤庫。在加工生產(chǎn)過程中，將加工標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品單件跟蹤號、合格判定、輪盤的外徑、內(nèi)徑尺寸等數(shù)據(jù)傳入制造執(zhí)行系統(tǒng)。制造執(zhí)行系統(tǒng)記錄傳入的產(chǎn)品信息，并記錄單件跟蹤號、輪盤的內(nèi)、外徑尺寸、智能設(shè)備的運行狀態(tài)信息、工序執(zhí)行狀態(tài)、合格判定結(jié)果等信息，作為智能分析、決策與控制的基礎(chǔ)。對異常信息根據(jù)已定義規(guī)則按角色推送給相關(guān)責(zé)任人或管理人員，由相關(guān)人員根據(jù)管理規(guī)范要求處理異常信息。

4.4 ?輪對壓裝過程運行管理

車輪、車軸經(jīng)過上料、測試處理后，放入預(yù)組裝工位，壓裝機小車取料壓裝后，由機械手將輪對轉(zhuǎn)移至后續(xù)工位。預(yù)加工前制造執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)記錄的車輪內(nèi)外徑數(shù)據(jù)、車軸的外徑數(shù)據(jù)，自動選配。當(dāng)出現(xiàn)無配對信息等異常情況，系統(tǒng)可對壓裝數(shù)據(jù)、車軸檢測數(shù)據(jù)、車輪檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出分析決策并更改車軸工藝參數(shù)，或優(yōu)化壓裝、車輪的調(diào)度信息。

4.5 ?齒輪箱和輪對軸組裝過程運行管理

齒輪箱的組裝過程采用智能化系統(tǒng)，按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方式，對軸承、大齒輪、小軸進行組裝，并利用傳感裝置，實現(xiàn)物料、生產(chǎn)等信息的采集，保證數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性。輪對軸箱的組裝過程應(yīng)利用智能化裝置實現(xiàn)軸承、軸箱的自動檢測與選配，并進行智能化傳輸入庫。

5 ?智能工廠運行管理的進一步思考

智能生產(chǎn)運行管理過程是在完善的規(guī)章制度和智能裝備的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品單件跟蹤號、加工標(biāo)準(zhǔn)、裝備的信息收集和傳遞、質(zhì)量信息、檢測數(shù)據(jù)、物流信息等以制造執(zhí)行系統(tǒng)為中心結(jié)合起來，借助管理監(jiān)控平臺、看板系統(tǒng)等信息化工具管理，實現(xiàn)定時、定向推送，提高車間管理可視化程度，便于管理人員檢查車間物流、設(shè)備、產(chǎn)品、工作狀態(tài)等，并對異常信息及時響應(yīng)，達到提高輪對生產(chǎn)效率、提升輪對產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本的效果。實施智能生產(chǎn)管理的同時，應(yīng)考慮實施的效果，因此后續(xù)有必要設(shè)計出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和驗證平臺，研究如何對智能生產(chǎn)管理進行試驗驗證。

6 ?結(jié) ?論

智能工廠是以打通企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理全部流程為著眼點，實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計到銷售，從設(shè)備控制到企業(yè)資源管理所有環(huán)節(jié)的信息快速交換、傳遞、存儲、處理和無縫智能化集成。智能工廠生產(chǎn)運行管理制度標(biāo)準(zhǔn)的制定將有效推進智能制造行業(yè)的發(fā)展。本文結(jié)合動車組制造企業(yè)智能車間輪對生產(chǎn)運行的研究，通過抽取動車組制輪對智能車間運行管理的要素，提出了動車組輪對智能車間在研發(fā)、生產(chǎn)、制造等方面的運行管理設(shè)計思路，明確制造執(zhí)行過程中的智能排產(chǎn)、物料管理、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場監(jiān)控、質(zhì)量控制、設(shè)備管理等管理控制要點，規(guī)定了輪對車間的設(shè)備、經(jīng)營、制造執(zhí)行等環(huán)節(jié)的運行管理要求，保證運行管理有效性，能夠達到降低智能車間運行管理的風(fēng)險、差錯與成本的目的。

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作者簡介：范昊（1992-），男，漢族，江西贛州人，設(shè)計師，工程師，碩士研究生，研究方向：智能制造、智能工廠等。