流水線的智能化改造

摘 要：在中國制造業轉型過程中，中國制造正面臨著以降本增效為目的整個制造業升級變革，其核心是以智能化生產為中心，以自動化，數字化為手段來推動整個制造產業的發展。文章首先闡述了智能制造的發展現狀，然后以斷路器流水線改造為例，分析了傳統流水線的現狀及其存在的問題。闡述了為了實現智能化生產為目的的改造過程，并詳述了實現智能化生產的幾個關鍵技術，如互聯反饋系統，大數據分析。最后對流水線改造前后進行了對比，指出了進行智能化改造的意義。

關鍵詞：智能制造；數字化；MES；大數據

引言

中國經過了30多年的發展，已經從工業的極度落后狀態轉變成了首屈一指的制造業大國，各種工業產值都位居世界前列，然而中國的工業大而不強，大部分產業都處于低附加值。為了使中國從制造業大國轉向制造業強國，中國提出了智能制造2025，其核心是以互聯網信息技術帶動整個工業的產業升級。文章以斷路器生產線改造為例，闡述從傳統流水線到智能化流水線的改造過程，以供其它流水線的智能化改造借鑒。

1 改造前的流水線情況

1.1 流水線生產情況

改造前流水線包括人工裝配、自動測試、自動裝配等工序。流水線前段采用人工裝配，后段采用自動模式。每個自動工序配置了一個PLC進行運動控制。產品首先進行噴碼，然后進入各工序或裝配或檢測，不合格產品在工序結束時被剔除。流水線可以生產不同型號的產品。當切換生產的產品型號時，需通過事先設置好產品型號，設置一系列的參數，然后才可以生產。觸控屏和PLC間通過串口相連，PLC無網絡通訊接口， PLC間各自獨立處理，互相不進行信息交換。PLC數據僅在本地觀看不能上傳及存儲。

1.2 生產存在的問題

斷路器流水線每條線每天會生產3萬件產品的產量。每個產品涉及到的零件包括鉚釘，彈簧，外殼，搭扣，電感器，觸片等多達20種不同零件。產品包括1P，2P，3P，4P等多種規格。又根據功能進一步分為空開和漏電兩種類型產品。流水線本身又包括人工裝配，自動裝配兩種方式。

斷路器流水線是一個典型以離散式生產為主、流程生產為輔、裝配生產為重點，屬于典型的元器件裝配型生產車間。公司原引入ERP系統來對生產進行管理。然而生產計劃管理受市場的影響越來越大，企業的生產和任務分配仍按傳統的方式運作，明顯感覺計劃跟不上變化，生產適應不了需要，經常導致車間生產任務失衡，不得不靠加班來改善生產能力。因此，逐步改善和提高企業管理水平和技術基礎成了企業發展的當務之急。

1.3 流水線改造的技術難點

對于一個大的集團企業，各個部門分布廣泛，終端系統，物流系統，ERP系統，庫存等各個系統之間不僅地理上相對分散，系統間的差異性也相當大。而在將多個系統的數據進行整合分析及聯動的過程中，如何保證各個系統的接口統一，數據的一致性準確性，是整個改造過程的難點之一。

改造前ERP與生產線控制系統之間不發生任何信息流動及關系。生產計劃由人工根據交貨期反推。排產未考慮物流，庫存，人員等各方面因素，導致生產計劃經常修改，并且不精確。如何能夠將各個系統間數據信息進行自動聯動調節，做到精確細致得安排生產是整個智能化改造成功的關鍵。

2 流水線的智能化改造的實現

2.1 整體結構設計

在每條流水線設計PDAS層，用于生產數據采集，生產指令下發。負責條碼等基礎數據的歷史數據存儲，畫面流程圖顯示。產量統計，故障數據統計，工藝參數統計。同時負責向MES提供數據請求服務。

構造MES層，負責配料管理，質量管理，設備管理，報表統計，高級自動排程等。

2.2 硬件改造

首先原有的PLC用自帶以太網模塊，并且大緩存高主頻的PLC型號代替，以處理復雜運算和大流量數據的通訊。其次需要對整個流水線進行信息化改造，通過合理的布線把各個工序PLC通過以太網方式連接到數據中心。為了加入產品追溯功能，在每個工序中加入掃碼裝置，把每個產品數據和相應的條碼聯系起來。同時在相應的工序加入電壓，電流，壓力等傳感器實時監測設備的運行狀態，為設備的預測性維護提供數據支持。

2.3 軟件改造

通過構造MES-PDAS層，使得ERP系統直接與生產系統對接。物流，庫存，人員等做到實時準確，通過對物流，庫存，人員，訂單等綜合信息的計算分析直接生成日計劃，從而實現智能化排產。使得ERP系統可以直接作用于流水線的生產活動，有效做到全過程的自動化，實現從訂單到生產線的智能化生產模式。

3 生產線改造的關鍵技術

3.1 數據互聯系統實現

有別于傳統的MES系統的集中式數據采集及通訊，本系統采用了分布式多Agent技術。每條產線獨立成一個系統，系統間采用最小數據通訊原則，各種原始數據經過統計后再上傳到MES系統，減少各系統間的耦合度，充分發揮多Agent技術的特點。

3.2 大生產網絡的閉環控制

傳統的MES系統對生產過程不進行干預，僅對生產過程數據進行收集分析，并給出排產結果，生產過程依然大部分由人工干預完成，所以在某種意義上來說并不算一個閉環的系統。而智能制造的意義在于整個制造過程的網絡化，在遠程的網絡端不僅僅能查看生產流圖，查看生產數據，而且能對生產進行自動干預，根據訂單，庫存，物流等信息調整生產進度，生成派工單，并根據生產數據的反饋得到的訂單進度情況，得到設備的運行情況實時調整生產計劃，調整配料計劃。從而形成一個大的反饋閉環系統。

3.3 海量數據分析

改造后生產線的各種原始數據會存入分布于各處的數據服務器，這些數據包括設備的數據及產品的數據。設備的數據包括設備的各種運行狀態，產品的數據是指和產品相關的測量值，它通過綁定條碼形成可以區分的數據形式。

通過長時間的運行統計，可統計出各工序通過產品的平均時間，通過統計就能清楚得知道整個生產線的生產瓶頸。通過統計工序的故障頻次及種類，我們就能知道哪個工序最容易故障。通過統計故障類型就能指出每個工序最容易出現的故障種類，這些統計數據對指導設備的改造和產品生產有非常大的作用。

4 結束語

智能制造是一個綜合性的系統工程，以信息通信技術（ICT）等為手段，可以達到提高生產效率和有效管理能力的目標。本例中生產線加入MES-PDAS系統后，系統除了具備自動排程和產品質量追溯功能，通過互聯技術還能將整個生產系統與ERP系統，物流系統，庫存系統，考勤系統等形成聯動，形成一個大的閉環聯動系統。改造后系統生產更加高效，管理更加便利，各種生產數據指標等更加準確，有效整合了各種資源。文章給出的傳統生產線智能化改造方案可供其他傳統生產線的智能化改造借鑒。

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