浅谈某工厂的智能化技改工程

郭俊

【摘 要】“中国制造2025”核心是“智能制造”，延伸到具体的工厂就是智能工厂，是推动中国从制造大国转向制造强国的根本路径。本文根据某工厂的智能化技术改造工程，从“智能设计”、“智能经营”、“智能生产”、“智能物流与仓储”、“系统集成”、“系统安全”六个方面，介绍了智能制造工厂的建设内容，以期为不同细分領域细分行业的智能工厂建设提供参考。

【关键词】智能化；智能制造；智能设计

1 智能工厂建设

1.1 智能工厂总体架构

该工厂智能化技改的实质是利用物联网技术和信息技术，融合先进的生产工艺、自动化技术、智能手段和智能系统集成等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、和谐的智能化工厂。项目从智能设计、智能经营、智能生产、智能物流与仓储、系统集成、系统安全六大方面进行智能制造工厂建设，智能化工厂总体架构。

1.1.1 智能设计

（1）产品的设计：基于三维数模，进行数据校验、有限元分析、工程制图以及模具设计和加工。结合前轴产品的特点以及三维软件功能，使前轴的技术研发能力达到了国内领先水平；

（2）产品的工艺设计：在已有标准模板化工艺的基础上，进行结构化工艺设计，保证所有的工艺文件能够依照设计流程和定制的工艺模板，快速自动生成标准的工艺文件。建立产品开发统一标准模板，实现产品开发与实施体系的建立，保证三维参数化设计快速高效。

1.1.2 智能经营

（1）企业资源计划（ERP）主要分三部分：生产过程管控、供应链物流管理和财务管理；

（2）供应链管理（SCM）：通过PLM系统提供的一套可配置的供应商管理解决方案，一个高效协同的环境来挂接和串连供应链，以支持更好的成本管理和更有效的产品开发和制造。

1.1.3 智能制造执行系统

（1）生产建模：模型主要定义生产过程所需要的制造BOM，在这个BOM结构里面定义了产品是如何加工出来的，以及在加工过程中所有的约束条件。

（2）生产排程与调度管理：该工厂是典型的离散型生产，工艺过程复杂，锻造车间和机加车间的工艺特点、生产组织模式差异较大，在本次智能化技改工程中对锻造车间采用准时化节拍方式排程，对机加车间采用基于约束的有限能力排程。

（3）物料管理：对原材料、在制品、产成品的过程管理，包括物料的配送、流转、追踪过程。

（4）现场作业管理：根据工厂实际的需求以及每个工位的工艺特点，为每个工位现场操作工设置了不同的操作内容，主要包含的内容有如下几个方面：刷卡登录、日常检查、设备保养、在线作业指导书、异常报警。

（5）质量控制与追溯：质量管理系统帮助质量人员控制并完成物料的检验，发现质量问题、分析故障原因、及时反馈问题，并采用必要的手段处理质量问题，从而有效地控制产品质量，提高质量管理水平。

（6）设备管理：针对工程的需求，本设备管理将提供设备档案、设备维修、运行管理、备品备件管理、设备监控、维修人员管理、统计分析五方面的功能，

（7）能耗管理：与现有电力管理系统集成，完整采集生产运行中的能耗指标数据，利用能效管理平台开展耗损数据多维相关分析诊断，及时发现异常，建立生产线工艺设备能源优化系统，根据制造工艺实现设备精准开机，减少设备空运转时间，从而有效提高企业能源利用率。

（8）预警报警管理：MES系统根据现场的生产异常情况，触发相应的异常事件，这些异常事件会传递给相关部门，等待处理反馈。根据现场作业的分工，建立预警、报警的规则，当MES系统监测到设备异常、加工异常、质量异常等信息后，通过自动报警或人工录入方式发出报警，报警信息通过手机短信、邮件、车间声光报警器、车间现场看板推送至责任人，如设备故障推送给设备维修人员，工艺问题推送至工艺技术人员。

（9）看板管理：采用信息推送机制，企业管理人员将车间管理现场需要的进度，领料，异常等信息定制成为看板，进度和领料等信息可以直接来源于车间业务，及时的让车间管理人员、生产管理人员、车间现场工人同步的了解生产状况。

（10）人员管理：根据工厂的需求，MES系统包含对人员的基本信息的管理，包括人员的编号、姓名、所属部门、资质、工种等信息的维护，管理员可以进行人员信息的增删改查。

（11）数据采集：在锻造车间使用SCADA系统采集数据；在机加车间使用DNC（分布式数控）实现数控车床的联网，进行NC程序通讯和加工信息的采集；NC程序通讯：DNC首先从MES系统中获取任务内容，根据任务内容到CAM中选择需要的数控程序，NC程序通过DNC下达到数控机床，进而按照程序进行加工。

（12）生产绩效：是MES系统实现对整个生产工艺流程的全面制造执行管理与控制的功能模块之一，可以帮助制造企业生产车间提高工厂操作的一致性、敏捷性与正确性，对于精益化生产的实现有重大的意义。

1.1.4 智能物流仓储技术

新建智能物流系统主要由智能立体仓储系统、物流输送系统、智能机器人（搬运、码垛等）系统、智能搬运系统、智能控制系统、智能信息管理系统等部分组成。

系统硬件结构：物流计算机调度和信息管理系统硬件结构采用B/S和C/S相结合的模式。控制系统采用工业无线以太网交互信息。堆垛机、搬运车、输送系统控制设备通过无线以太网进行通信。

1.1.5 系统软件结构：系统软件结构采用模块化集成模式

1.1.6 系统集成技术

自动化控制管理系统使用现场总线技术通过环形工业以太网将感知层物理属性转化后的信息集成到互联网上；设计管理系统、经营管理与物流管理系统、车间制造执行系统通过对感知层反馈信息的分析与计算，形成决策信息后，通过自动化控制管理系统发布控制指令，从而实现对底层物理设备“感-联-知-控”的闭环管理。

1.2 智能技改的效果

该工厂的智能化技改工程实现了解决了以下几点重要问题：

（1）解决了智能锻造生产线快速换模问题

汽车前轴精密锻造生产线多台锻造设备上装有多套大型模具（其中有回转式辊锻模、锻坯弯形模、整体预锻、终锻模等），以往生产线转产时，仅辊锻模具换装安装就需5～6小时。

通过项目建设，应用MES系统、智能物流小车配送、自动控制定位系统和可视化管理，实现转产时快速换模，换装时间可控制在1小时以内，换装效率提高80%。

（2）解决了产品质量关键特性不稳定的问题

在汽车前轴辊锻制坯过程中，由于模具为多模块拼接组装在轧辊上，在轧制过程中，在拼接处会产生折叠缺陷，严重影响前轴锻件产品疲劳寿命，消除锻件接缝处的折叠，导致制造成本居高不下。

采用分体式智能辊锻机后，由多模块拼接改用整圈模膛，从根本上消除了锻件接缝，提高了产品质量，降低了前轴生产制造成本。同时，设备具有自感知、自适应功能，力能参数可调可控，满足了柔性化生产。

（3）解决了轻量化前轴量产问题

在原有锻造生产线基础上组织轻量化前轴生产，由于设备性能及布局原因，产品批量生产效率低，生产成本高。

通过智能制造工厂建设，用智能精密热成型设备取代传统的压力成型设备，同时在数字化模拟优化后完成工艺流程布局，可顺利实现轻量化汽车前轴的高效率低成本大批量生产。

2 结束语

近年来制造业面临着诸多的挑战和压力，竞争力不断加剧，智能制造的出现，将为各制造企业解决现有问题、实现创新驱动转型提供了一条全新的发展思路和技术途径。智能工厂建设作为智能制造发展的载体，是当前制造业的发展愿景，也是正在积极努力的重点方向。但对于如何建设与企业战略规划一致且符合企业自身实际应用需求的智能工厂是亟需在实践中思索和探讨的。

【参考文献】

[1]沈坚.浅谈企业智能工厂建设[J].数字化用户，2017，21.

[2]陈明，梁乃明，等.智能制造之路[J].数字化工厂，2016，10.endprint