浅谈智能制造在工厂的应用

周祺会 曹岩 吴昀焘

杭州新松机器人自动化有限公司 浙江杭州 310000

摘要：制造业是我国的支柱产业，传统制造业设备自动化程度低，人员劳动密集，产品缺乏创新性，市场核心竞争力差。2008年全球金融危机后，欧美日韩等发达国家纷纷将振兴本国制造业作为发展方向。德国提出“工业4.0”将传统制造与互联网信息技术相结合，率先提出“智能制造”。我国在2015年出台《中国制造2025》,可见传统制造业转型升级势在必得。

关键词：传统制造；智能制造；升级转型

《中国制造2025》提出，实现中国制造向中国创造的转变，中国速度向中国质量的转变，中国产品向中国品牌的转变，完成中国制造由大变强的战略任务。电力装备是《中国制造2025》十大重点发展领域之一。而智能制造是《中国制造2025》五项重点工程之一。本文中以A企业为例,该工厂坐落于我国西部某三线城市，主要从事中低压输配电产品的开发设计及产品制造。该行业属于典型的订单式离散型制造行业，技术水平较低，设备利用率低，以手工作业为主，人员劳动密集，管理手段落后。企业希望在国内重视制造业发展的大环境下，依托母公司技术研究院和贸易机构，建立智能工厂，以关键制造环节的智能化为核心，借助互联网信息技术，缩短产品研制周期，提高生产效率，提升质量，节能减排，最终提高企业的市场竞争力。

1体系构建

A企业定位于“产品技术一流，装配制造一流”。力争目标是成为中国最大、技术水平最高，集研发、制造、中低压成套配电解决方案为一体的集成供应商，成为国内先进的一流企业。借鉴国内外各先进模式与经验后，A企业从产品智能化、装备智能化、工厂智能化、大数据应用的几点思路入手，进行了方案设计。主要包含了数字研发系统、智能制造系统、智慧能源系统、三维数字工厂与质量大数据分析系统。

2数字研发系统

根据实际情况制定内外两套数字研发系统。对外与总部研究院协同研发，借助总部PDM平台，通过远程协助可异地使用总部相关的数据模型、物料信息等数据。对内将CAD/CAPP/PDM无缝衔接，可完成全套智能制造系统所需的相关技术信息。ERP系统可通过该系统的集成接口，获取工程相关的EBOM、工艺路线、物料需求、库存与成本等相关信息，同时亦可将相关信息传递给MES系统进行生产作业的安排。数字研发系统既可以借助总部平台提升企业自身的研发水平，又打通了技术研发与管理业务，车间制造执行之间的数字化通道。

3设备运行监测系统

该系统将遵从不同接口协议（如485，Modbus、Profinet等）的设备运行信息进行统一规范和采集，构建了工厂内各制造单元40余台关键设备及系统进行数据采集的车间物联网络，获取设备及系统的开机、运行及故障等运行状态信息。实现了将采集到的数据发送给MES及虚拟仿真等系统，打通了数字化车间从设备层到执行层的数据集成和信息共享通道。另外也能通过管理平台清晰、直观地展示设备利用率、完好率、故障统计等信息。提升了现场设备管理的可视化监测和精益管理水平，减少设备意外停机，提高设备综合利用率。

该系统可以根据不同的维度，例如区域、时间、设备类型等，自动生成不同的月度、季度、年度报表，并可以导出生成excell表格。管理人员可通过设备运行报表分析设备的运行情况，及时调整生产任务的分配，不断释放生产车间产能。为生产计划的编排提供了有效的数据支撑，又有利于设备长期良好的运行。

4制造执行系统

MES系统根据中低压开关柜的行业特点及生产实际作业流程，借助目前国内外其他行业先进的制造执行系统研发经验研发而成。主要由大日程计划、生产车间计划、生产执行报工组成。大日程计划员负责维护大日程计划并进行粗产能评估。大日程计划员利用系统中正推、逆推的功能，辅助计算各关键节点的时间。结合XPlanner客户端软件，导入大日程订单，通过一键排程功能，计算出订单的产出时间，再回写给MES系统，生成产能评估数据。APS回写数据后，计划员可根据订单产出时间重新进行逆推，调整各节点时间。车间生产组计划员负责维护生产工单的产线属性及产线推移计划、周计划管理、钣金批管理、物料齐套性检查和工作任务下达等工作。生产作业人员可在现场MES终端机上进行生产任务查询、技术信息查询、提交检验信息、完工作业汇报等工作。相关工作均可在PC端追踪到。不同管理权限下查询到的信息不同。在车间现场也配备了不同的看板。大日程计划看板能清晰直观地显示每月所有生产任务的相关信息，包括合同号、品种、数量及产值等，以及从技术资料到物料采购及生产作业等关键环节的计划时间要求与实际完工时间。

5数字工厂

围绕中低压开关行业典型的产线间生产负荷不均、产线各工序节拍不平衡、生产计划调整频繁、物流配送调度复杂等业务特点，公司在推行基于精益管理的智能制造新模式中建立了精益产线设计与虚拟仿真平台。该平台包括虚拟生产仿真和虚拟生产监控两个模块。虚拟生产仿真系统模块，构建了和企业车间生产完全一致的数字化双胞胎模型，通过与CAPP、MES等系统集成，在虚拟环境中对生产过程、生产计划、物流配送等进行提前仿真分析，及时发现生产瓶颈、物流阻塞、缓存区容量等生产不顺畅的问题，进而实现对生产方案、物料配送方案的调整优化，并为精益生产决策提供依据。

6 智慧能源系统

智慧能源系统是对企业的电力、供水、天然气、暖通等能源动力系统进行综合监控，采用分层系统架构。底层为智能采集终端（电表、气表、水表等），中间数据信息集成，顶层有相关数字系统及软件对数据进行分析，使企业的能源消耗透明化、精细化，提高能源的运行质量和效率并提升企业管理水平。运行智慧能源管理系统解决了企业原来“人工抄表“的方式，也避免了不能及时发现和有效处理跑冒滴漏的现象。解决了管理部门效率低下、人力成本增加的状况。管理人员可根据报表分析企业不合理的能源浪费，指定科学管理方式并进行执行监控，诸如定时开关电力、燃气设施等。

7 质量大数据

根据主数据系统提供源源不断的业务数据支撑，制定了结合厂内现有的质量分析和业务模式，与大数据算法模型分析相结合，构建质量大数据分析系统。该系统可及时为生产过程中产品设计改进、装配过程单台产品质量问题因素预测、问题解决措施智能匹配、质量管理指标分析计算、关键工序质量知识固化提供基于大数据技术的应用服务。产线工人可在遇到质量问题时获得明确和量化的调试措施，并可为前置环节改进的提升提供数据参考，从而大大提升成品的一次交验合格率，减少问题的重复发生程度，提升问题的处理效率，提高产线工人的生产效率。这些数据逐步形成质量知识库，并且数据在知识库中可不断积累和持续优化，为提升产线工人质量处理水平和业务能力提供有效支撑。

8 结语

随着互联网信息技术的飞速发展，传统制造向智能制造转型是大势所趋。快速获取信息，进行大数据分析是企业在市场竞争中胜出的有效手段。大数据驱动生产方式变化，带来管理模式的创新，促使技术水平更新，拉动产品供给革新，智能制造势不可挡。但各类制造企业的行业特点不同，智能制造的理论技术尚未完全成熟，人机结合作业程度不同，产品标准化水平参差不齐，完全自动化生产仍是理想状态。而高自动化也会带来产品种类单一、各类软件及设备依赖性高、制造柔性差等问题。如何将智能制造与本行业相结合，如何更好地在实际工厂生产中利用智能手段提高生产效率都是一项长期研究的课题。

参考文献：

[1]郭宇,王海刚.我国智能制造技术在工厂应用与思考[J].中外企业家,2020(01):76-77.

[2]杨萌.浅谈智能制造在工厂的应用[J].中国设备工程,2018(14):228-229.