迈向工业4.0时代的电镀生产信息化管理系统

盛秋林,　王　超,　刘仁志

(1.湖北工业大学 电器与电子学院，湖北 武汉　430068;　2.武汉风帆电化科技股份有限公司，湖北 武汉　430015)



迈向工业4.0时代的电镀生产信息化管理系统

盛秋林1,王超1,刘仁志2

(1.湖北工业大学 电器与电子学院，湖北 武汉430068;2.武汉风帆电化科技股份有限公司，湖北 武汉430015)

摘要：电镀生产涉及电镀工艺流程与工艺参数管控、质量控制、进出库、交付及技术服务等诸多流程的数据采集与应用。目前，这些流程的操作与管理是由基本独立的部门分别完成，数据难以共享，在管理中存在效率低和容易出错等问题。通过对工艺和装备的升级换代，将这些流程的管理和控件智能化功能化，利用网络进行集中控制与管理，将是电镀向工业4.0目标迈进的重要步骤。采用国际流行的RFID技术进行电子化采集和实时在线监管，完全可以实现电镀工艺全流程各环节的产品溯源和跟踪，并通过软件系统可以在互联网上查询及与用户供应商终端查询机方式，在实现电镀生产管理全面控制的同时，向用户提供产品溯源信息查询。

关键词:工业4.0; 电镀生产系统; 信息化

The Informatization Management System of Electroplating

Production Towards to the Industry 4.0 Era

SHENG QiuLin1, WANG Chao1, LIU Renzhi2

(1.Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China;2.Wuhan Fengfan Electrochemical Technology Co.,Ltd,Wuhan 430015,China)

Abstract:Data acquisition and aplication of many processes such as electroplating process and process parameters control,quality control,warehouse-in and warehouse-out,delivery and technical service and etc.，are involved in the electroplating production.At present,the operation and management of these different processes are completed by the basic independent departments respectively,the data are difficult to be shared,so some problems such as low efficiency and error prone often occur in the management.Through process and equipment updating to realize the intelligentization and functionalization of these processes management and control，and carrying out the centralized control and management by using Internet，will be the important step of striding towards the goal of industry 4.0.By using international popular RFID technology to carry out electronized collection and real-time online monitoring,the product's source tracing and tracking can be realized completely in whole process and every links of the electroplating process；by Internet query and user terminal gets to supplier through software system，comprehensive management and control of the electroplating production can be achieved，and product traceability and information query can be provided to user at the same time.

Keyword: industry 4.0; electroplating production system; informatization

引言

进入21世纪的世界正在向工业4.0时代发展。“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念,也是德国政府提出的一个高科技战略计划。它描绘了制造业的未来远景，提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础，以生产高度数字化、网络化和机器自组织为标志的第四次工业革命。

2015年5月8日，国务院印发了《中国制造2025》这一重要文件，从国家层面开启了中国制造由大转强的强国之路。这是我国对应工业4.0时代的态度和行动纲领。

在这种背景下，传统工业面临着要么跟上时代发展，要么被淘汰出局的局面[1]。这不仅是对中国制造业的重大挑战，更是对中国电镀业的更大挑战。因为相比其他产业，我国电镀工艺的装备更为落后，如何在这种被动状态下迎难而上，需要有勇于创新的精神。

电镀生产涉及电镀工艺流程与工艺参数管控、质量控制、进出库、交付及技术服务等诸多流程的数据采集与应用。目前，这些不同流程的操作与管理是由基本独立的不同部门分别完成的，数据难以共享，在管理中存在效率低和容易出错等问题。通过对工艺和装备的升级换代，将这些流程的管理和控件智能化功能化，利用网络进行集中控制与管理，将是电镀向工业4.0目标迈进的重要步骤。

实现这种转型换代并不存在技术上的障碍。例如采用国际流行的无线射频(RFID)技术进行电子化采集和实时在线监管，完全可以实现电镀工艺全流程各环节的产品溯源和跟踪，并通过软件系统可以在互联网上查询及与用户供应商终端查询机方式，在实现电镀生产管理全面控制的同时，向用户提供产品溯源信息查询。

本文简要介绍一种基于信息互联网的电镀管控系统，从而为我国电镀产业由大转强，向工业4.0发展提供一种可能的路径，供同业参考。

1系统模式

电镀生产全流程控制与管理是利用RFID无线射频做为主要的信息和参数读取、传送的载体，并且是凭借网络通讯、系统集成及数据库及云概念应用等技术，在工业体系内建立一套信息化系统，实现电镀生产从用户管理到原材料、装备供、生产工艺流程、工艺参数、质量控制、进出库、交付及技术服务等的全程管理。应用这一系统可以实现对每个环节进行全程监控，并且可以对全流程每一个环节进行追溯。类似系统在其他产业已经有成功的应用。例如在物流管理中的应用[2]。

同时，系统提供技术接口，电镀协会等行业组织部门可以借助这个平台实现对行业相关企业的有效地监控，实现并及时准确的进行数据统计。用户也能够利用这个平台，对自己交付生产的产品信息进行查询和追溯。从而形成电镀生产制造的4.0模式。这一系统的构建模式如图1所示。

如图1所示，本系统由电镀生产与管理系统控制中心、用户产品信息子系统、电镀生产子系统、工艺控制子系统以及用户终端自助查询系统组成。控制中心装备有大型数据库，并且可以与云网络互联。每个子系统与中心进行网络连接并实现数据共享。用户可以在追溯查询网站或自助查询终端上进行产品信息查询。

2构建思路

2.1模块化与标准化

现代控制系统已经实现模块化设计，因此，可以根据不同企业装备与工艺特点针对性提供不同类型、不同需要以标准控制模块进行组合，从而实现具有个性化的应用系统。

以RFID技术为基础的信息管理系统适合电镀生产现场水、电、气等管线复杂和空间拥挤、环境存在污染因素的特点。有利于实现远程控制。

为实现电镀生产数据，包括工艺控制数据的在线监测与调控，开发标准的镀槽、电源、阳极等装备是必要的，并且有相应的传感器开发和良好的各种物料的自动添加系统与装备配套。这些都是电镀装备技术开发的重要内容，也是电镀技术创新点密集的领域[3]。

2.2稳定性

控制系统根据电镀行业的特殊性，即产品基材多样、形状复杂、工作环境恶劣及工作人员计算机水平不高等特点，要求产品硬件的设计与制造都以稳定可靠、简单易用为原则。保证系统稳定而又有效地运行。特别是在抗腐蚀和抗干扰方面，需要有效的措施。

所有生产数据和工艺参数实现计算机自动采集和实时传输，减少人为干预，提高工作效率，杜绝管理漏洞，在提高产品质量的同时，提高经济效益。

2.3开放性

控制系统的设计充分考虑到企业内部横向扩展的需求，包括电镀生产精细化管理、电镀化工原料精细化管理及用户产品信息管理等。可与电镀企业或部门与集团和上级单位全面实现生产ERP管理系统打下基础；同时也为系统今后扩展成地区或全行业溯源平台预留技术接口，便于升级。为系统的扩展和其他子系统的接入提供空间。

3可追溯的管理体系

可追溯是现代化管理的重要特征，这对于服务性生产企业尤为重要。因此信息化管理系统一定要有可追溯的功能。

电镀生产信息化管理系统设计的各生产环节的追溯点如图2所示。

图2　电镀生产与交付可追溯系统示意图

3.1用户与来料管理

在电镀生产过程中，用户和加工企业之间的交易往来，用户要求与工艺确定等，都是通过刷身份识别来进行登记。系统为每个用户生成并发放RFID身份识别卡。在用户送来产品时，每个批次产品都生成一个编号，用读卡方式将该批次产品录入用户帐户。这样用户送待镀产品入仓库时刷卡将用户基本信息和本批次编号导入管理系统，建立用户产品追溯源。用户在完成提供待镀产品的基材信息、镀层要求和产品外形信息扫描的手续后，将获得这批产品的编号，作为查询的代码。

3.2过程控制信息

追溯信息的传递过程中，RFID读写器的任务是采集各个工序的各项参数，包括电镀工艺参数(电镀每批次产品的电流密度、镀液浓度、温度等)。所有这些参数和信息与计算机相连，把采集到的数据信息导入生产管理系统。

生产过程的控制不只是对生产者和工艺、生产管理者有意义，便于即时调整,同时对用户也有重要意义。用户将可以通过自己批次编号查到自己产品的在线状态，并读取相关质量控制参数。当有疑问或需要进行修改或调整时，可以及时在线与生产或工艺管理员沟通，通过授权的流程进行更改，从而减少不必要的返工和重镀损失。

生产完成后，生成箱/盒标签，标签要包含：电镀产品名称、数量、质量检验标识与批号、生产日期、包装日期、用户企业代码、发送地址及联系人等。

3.3仓库管理

仓库的管理系统传统上通常采用条码标签甚至是人工仓储管理单据等方式。这样一些管理方式存在有明显缺点，主要表现在以下三个方面：一是人工标签或条码易于复制、不能防污、不防潮，并且只能近距离读取；二是传统模式主要依靠人工录入，不仅工作繁琐，而且数据量大而容易出错，人工成本较高；三是基本上靠手工盘点，效率低下，导致盘点周期长，货物缺失不能及时发现。

采用无线射频技术，使仓库管理变得有条理、帐物相符、存放位置清楚，易查打，使工作效率大大提高。新系统可将电子标签封装在条形码内，由打标器自动贴在每个货物的包装指定位或托盘指定位，标签中记载有加工产品的详细资料、在仓库内的存放位置等信息。在货物进出仓库时可写入送达方的各项资料。同时，为了防止在中途流转出错，在各个流程位和各经销管道设置固定式或手持式阅读器，以可随时监测货物流通状态。

3.4交付管理

电镀产品交付时，在成品仓库生成一张交付卡，将产品名称、品号、用户企业代码和产品质量信息记录写入卡中，同时将交付卡所录入的信息存入数据库备查。用户可以网上查询自己企业提交的产品的在线状况，当收到产品入库通知后，也可以网上查询相关产品的交付信息，以便即时将产品送达用户。用户自己提货的，则在产品入库后发出提货通知。对于超期未交付的产品，系统会定时自动向用户发送短信和电子邮件催收，以加快物流速度，减少仓库空间占用和出现过期存放现象。

4结论

采用信息化控制与管理系统对电镀生产与交付进行管理是电镀产业由大转强的重要技术措施，是电镀生产进入工业4.0时代的标志之一。

无线射频信息管理系统因为技术成熟而适合在电镀复杂的工作现场应用。实现这种技术改造和转换的要点是需要对电镀生产的模式进行标准化整合，使装备、工具、原材料等的规格、形态、参数控制都进入标准化管理体系。从而为电镀业全面进入工业4.0时代做好准备。

参考文献

[1]吴智慧.工业4.0：传统制造业转型升级的新思维与新模式[J].家具，2015,36(1):1-3.

[2]毕监锦.初探无线射频识别技术在物流中的应用[J].中国机电工业，2010,36(6):120-121.

[3]刘仁志.现代电镀手册[M].北京：化学工业出版社，2010:727.

基金项目：武汉市应用基础研究计划项目(2013012401010845)资助

收稿日期：2015-10-12修回日期： 2015-10-27

中图分类号：TN919

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.02.004