淺談發動機“智能工廠”構建

曾成輝，李海新

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

隨著國家智能制造2025戰略提出，工業4.0（Industrie 4.0）則成為各制造業研究的一個重點方向，它強調“智能工廠”和“智能生產”兩個主題，實質是實現信息化與自動化技術的高度集成，旨在增進制造業的競爭優勢。作為世界上“最大的工廠”，中國在制造領域發揮著巨大的作用。在中國經濟需要轉型升級的當下，中國的制造業正在從“中國制造”向“中國創造”邁進[1]。柳機作為發動機制造傳統企業應該逐步轉向信息化、數字化和智能化，從而將生產水平提升到一個新的高度，進而搭建工業4.0背景下的“智能工廠”。

1 智能工廠概述

智能工廠是一種先進的綜合制造模式，是智能制造的集中體現和實現載體。其目標是提升工廠運行效率、快速響應市場、優質、柔性、清潔、安全、敏捷的制造產品、服務用戶。

智能工廠的核心是客戶所需產品的數據、智能成套設備、優化的工藝流程。

智能工廠的技術特征主要表現在以下幾點：

1）具有產品性能與工藝的三維模擬與仿真優化能力，實現產品設計手段與設計過程的數字化智能化。

2）具有能參與網絡集成和網絡協同能力的智能生產線。

3）具有即插即用的軟件集成平臺，可對生產線或整個工廠的運行進行模擬仿真。

4）具有工藝數據庫和知識庫，能逐漸積累專家經驗和指示，實現工藝參數和作業任務的多目標優化。

5）制造信息全過程跟蹤以及產品質量可追溯。6）實現產品生命周期、制造執行、企業管理的系統制造和綜合管控。

2 信息系統應用

利用新一代信息技術，建立信息集成平臺，實現產業鏈的互聯互通，支撐制造資源的優化配置，供需雙方快速匹配和網絡化系統設計制造，進而消除各環節信息孤島，提高產品設計和制造效率。

為實現發動機“智能工廠”各產業鏈互聯互通，消除產品全過程的各環節信息孤島，則主要通過產品生命周期管理系統PLM、制造執行系統MES、企業資源管理系統ERP等信息系統的應用及系統信息互聯共享，實現產品生命周期、制造執行、企業管理的系統制造和綜合管控。見圖1.

圖1 工廠信息化集成

在智能工廠的制造環節，制造執行系統MES起著舉足輕重的作用，以某發動機“智能工廠”裝配線建設過程為例子來探討MES系統的應用。見圖2.

圖2 M E S在發動機裝配工廠的應用

該發動機裝配工廠建設MES系統目的達成全過程透明化設計主要從4點入手。

在過程控制方面：MES管理生產訂單的整個生產流程，通過對生產過程的所有突發事件實時監控，自動糾正生產過程中的錯誤或提供決策支持，以實現生產調度要求；在出現異常或與生產計劃偏離太大時，及時反饋相關人員使其采取相應的措施。

在任務派工方面：MES在生產計劃完成后，自動生成任務派工單，根據生產設備實際加工能力的變化，制定并優化生產的具體過程及各設備的詳細操作順序；為了提高生產柔性，生產任務根據生產執行具體情況及設備情況，結合資源配置進行現場動態分配。

在質量管理方面：MES跟蹤原材料進廠到成品入庫的整個生產流程，對產品原料、生產設備、操作人員、工序批次等數據實時采集，為產品的使用、改進設計及質量控制提供依據；根據檢測結果確定產品問題、提供相應的決策支持。

在數據采集方面：MES根據不同的數據、應用場景、人員能力、設備投入等方面采取不同的數據采集方式，實時獲取各工序、設備、物料、產品等數據，并統計、分析成其它系統、管理者所需的信息。

3 智能技術及智能制造裝備的應用

智能技術及智能制造裝備的應用是智能工廠的重要特征，該發動機裝配工廠為滿足數據采集時效及質量管控等方面有效運行，故在制造過程技術應用主要的智能技術及裝備主要包括：RFID技術、智能擰緊設備、工業機器人、AGV運輸車、數字化在線檢測設備等。

3.1 R F I D技術應用

發動機裝配線采用PLC自動流水線，引入RFID技術，將發動機機唯一ID及基礎生產信息寫入RFID載碼體，每個工位的RFID讀寫頭自動識別當前工位的發動機信息，工位裝配設備根據發動機型號等信息執行相應的作業，實現柔性化生產[2]。同時采用RFID，對裝配設備的重要參數進行記錄，對裝配過程合格品和不合格品進行管理控制，實現對生產信息的全程追蹤。RFID技術的應用，顯著提高了生產效率。

3.2 智能擰緊設備應用

發動機裝配線大規模引入智能擰緊機、電動擰緊槍。擰緊設備與線體PLC聯動，獲取FRID中的發動機信息，調用相應的擰緊程序，實現對擰緊扭矩、擰緊角度的精確控制，擰緊數據集中采集，實時存儲。智能擰緊設備具有高可靠性、高實時性、高耐用性、高精確性等優點，確保了產品裝配質量。

3.3 工業機器人應用

工業機器人的應用，可降低工人勞動強度，降低人工成本，減少浪費，提高生產效率、生產柔性、產品質量、安全性，進而提升產品及企業競爭力。多功能機器人的應用是智能工廠的重要保障及體現。該發動機裝配工廠制造過程，工業機器人的典型應用主要包括抓取、放置、組裝、涂膠、采集、產品檢測和測試等。

3.4 AG V小車應用

AGV（自動導引運輸車），是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。AGV導航采用的磁線預埋于地面下，地面無軌道，人員的階級性、通過性非常好。AGV的運行線路調整比較靈活，與固定的軌道、懸鏈、板鏈運送設備相比，具有靈活、低成本的有優勢。AGV應用于發動機裝配過程中的物料、成品運輸大大降低了工人的勞動強度。AVG控制與IT系統對接，可實現物流與生產的無縫連接，實現JIT目標，大大降低物流成本，提高生產效率。

3.5 數字化在線檢測設備應用

數字化在線檢測設備適合多品種柔性混線生產，可對發動機工件或整機進行精確測量，檢測結果在線存儲，具有檢測效率高、檢測精度高，無損檢測的特點。發動機裝配過程中，

氣門試漏、扭矩自動擰緊及檢測、回轉力矩和軸向間隙自動檢測、油封自動壓裝及測漏、整機氣密性檢測、在線冷試、電氣檢查測試等在線檢測設備的應用，可顯著提高生產效率和產品質量。

該發動機工廠的“智能工廠”裝配線上述技術的應用，顯著提升了生產效率，產品品質，同時為上層MES應用提供基礎數據支持，各技術應用統一實現數據互通，則需搭建共同“語言平臺”——數據采集接口及服務（OPC ServerClient），進而滿足及支撐MES數據庫，為MES應用層的實現提供支持，同時也為生命周期管理系統PLM、企業資源管理系統ERP等提供基礎數據，最終實現信息互通互聯，消除信息孤島，為企業快速發展提供決策支持。

4 結束語

工業4.0的基本特征要實現則要滿足以下三點：（1）通過價值網絡實現橫向集成；

（2）工程端到端數字集成橫跨整個價值鏈；

（3）垂直集成和網絡化的制造系統。

發動機制造傳統企業向“智能工廠”轉型升級也需依據這3點實施過程，將ERP與MES垂直集成形成信息互聯、消除計劃層與執行層的信息孤島，進而實現扁平化管理轉變，而MES系統構建一個發動機制造生產過程鑄造、機加工與總裝3大過程的機器以及人連接到系統網絡中去，機器與機器之間、人與機器之間實現對話的橫向集成物聯平臺，實現制造價值數據共享，最后，要滿足人員、設備、物料、方法、環境等互聯互通則需配備基礎技術應用，重點是RFID技術應用的基礎系統設計及實現高效率、多技術協同應用的工業機器人和移動機器人應用。作為傳統制造業學習和借鑒工業4.0的理念，建設智能工廠，推進兩化深度融合，具有十分重要的現實意義，是推動企業轉型升級的一劑良方。

[1]李景濤.射頻識別（RFID）技術及其應用[J].信息技術快報，2004，19（11）：9-10.

[2]制造強國戰略研究項目組.智能制造專題卷/制造強國戰略研究[M].北京：電子工業出版社，2015.