淺談智能制造在工廠的應(yīng)用

楊萌

（西電寶雞電氣有限公司，陜西 寶雞 721306）

2008年的金融危機讓全世界都認識到了依托金融、服務(wù)行業(yè)的這種狹窄的產(chǎn)業(yè)格局具有高風(fēng)險性。其連帶效應(yīng)突顯各國的抗壓能力都比較脆弱。為了避免此種情況再次造成巨大的損失，各國特別是美國、日本、德國、英國、法國、韓國等發(fā)達國家紛紛將振興本國制造業(yè)，促進實體經(jīng)濟繁榮發(fā)展，提高就業(yè)率做為發(fā)展目標(biāo)。美國陸續(xù)出臺《重振美國制造業(yè)框架》《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》《先進制造伙伴》等政策，美國通用公司牽頭《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)》。德國也提出了“工業(yè)4.0”。中國在2015年出臺《中國制造2025》。目的都是依托迅速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，降低企業(yè)獨立發(fā)展的成本，提升行業(yè)核心競爭力，推動傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級。

《中國制造2025》提出，實現(xiàn)中國制造向中國創(chuàng)造的轉(zhuǎn)變，中國速度向中國質(zhì)量的轉(zhuǎn)變，中國產(chǎn)品向中國品牌的轉(zhuǎn)變，完成中國制造由大變強的戰(zhàn)略任務(wù)。

電力裝備是《中國制造2025》十大重點發(fā)展領(lǐng)域之一。而智能制造是《中國制造2025》五項重點工程之一。本文中工廠坐落于我國西部某三線城市，隸屬某央企，主要從事中低壓輸配電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計及產(chǎn)品制造。該行業(yè)屬于典型的訂單式離散型制造行業(yè)，技術(shù)水平較低，設(shè)備利用率低，以手工作業(yè)為主，人員勞動密集，管理手段落后。企業(yè)希望在國內(nèi)重視制造業(yè)發(fā)展的大環(huán)境下，依托母公司技術(shù)研究院和貿(mào)易機構(gòu)，建立智能工廠，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)的智能化為核心，借助互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，縮短產(chǎn)品研制周期，提高生產(chǎn)效率，提升質(zhì)量，節(jié)能減排，最終提高企業(yè)的市場競爭力。

1 體系構(gòu)建

該企業(yè)定位于“產(chǎn)品技術(shù)一流，裝配制造一流”。力爭目標(biāo)是成為中國最大、技術(shù)水平最高，集研發(fā)、制造、中低壓成套配電解決方案為一體的集成供應(yīng)商，成為國內(nèi)先進的一流企業(yè)。借鑒國內(nèi)外各先進模式與經(jīng)驗后，該企業(yè)從產(chǎn)品智能化、裝備智能化、工廠智能化、大數(shù)據(jù)應(yīng)用的幾點思路入手，進行了方案設(shè)計。主要包含了數(shù)字研發(fā)系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、智慧能源系統(tǒng)、三維數(shù)字工廠與質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

2 數(shù)字研發(fā)系統(tǒng)

該企業(yè)根據(jù)實際情況制定內(nèi)外兩套數(shù)字研發(fā)系統(tǒng)。對外與總部研究院協(xié)同研發(fā)，借助總部PDM平臺，通過遠程協(xié)助可異地使用總部相關(guān)的數(shù)據(jù)模型、物料信息等數(shù)據(jù)。對內(nèi)將CAD/CAPP/PDM無縫銜接，可完成全套智能制造系統(tǒng)所需的相關(guān)技術(shù)信息。ERP系統(tǒng)可通過該系統(tǒng)的集成接口，獲取工程相關(guān)的EBOM、工藝路線、物料需求、庫存與成本等相關(guān)信息，同時亦可將相關(guān)信息傳遞給MES系統(tǒng)進行生產(chǎn)作業(yè)的安排。數(shù)字研發(fā)系統(tǒng)既可以借助總部平臺提升企業(yè)自身的研發(fā)水平，又打通了技術(shù)研發(fā)與管理業(yè)務(wù)，車間制造執(zhí)行之間的數(shù)字化通道。

3 設(shè)備運行監(jiān)測系統(tǒng)

該系統(tǒng)將遵從不同接口協(xié)議（如485，Mod bus、Profinet等）的設(shè)備運行信息進行統(tǒng)一規(guī)范和采集，構(gòu)建了工廠內(nèi)各制造單元40余臺關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集的車間物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，獲取設(shè)備及系統(tǒng)的開機、運行及故障等運行狀態(tài)信息。實現(xiàn)了將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給MES及虛擬仿真等系統(tǒng)，打通了數(shù)字化車間從設(shè)備層到執(zhí)行層的數(shù)據(jù)集成和信息共享通道。另外也能通過管理平臺清晰、直觀地展示設(shè)備利用率、完好率、故障統(tǒng)計等信息。提升了現(xiàn)場設(shè)備管理的可視化監(jiān)測和精益管理水平，減少設(shè)備意外停機，提高設(shè)備綜合利用率。

該系統(tǒng)可以根據(jù)不同的維度，例如區(qū)域、時間、設(shè)備類型等，自動生成不同的月度、季度、年度報表，并可以導(dǎo)出生成excell表格。管理人員可通過設(shè)備運行報表分析設(shè)備的運行情況，及時調(diào)整生產(chǎn)任務(wù)的分配，不斷釋放生產(chǎn)車間產(chǎn)能。為生產(chǎn)計劃的編排提供了有效的數(shù)據(jù)支撐，又有利于設(shè)備長期良好的運行。

4 制造執(zhí)行系統(tǒng)

該企業(yè)的MES系統(tǒng)根據(jù)中低壓開關(guān)柜的行業(yè)特點及生產(chǎn)實際作業(yè)流程，借助目前國內(nèi)外其他行業(yè)先進的制造執(zhí)行系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)驗研發(fā)而成。主要由大日程計劃、生產(chǎn)車間計劃、生產(chǎn)執(zhí)行報工組成。大日程計劃員負責(zé)維護大日程計劃并進行粗產(chǎn)能評估。大日程計劃員利用系統(tǒng)中正推、逆推的功能，輔助計算各關(guān)鍵節(jié)點的時間。結(jié)合XPlanner客戶端軟件，導(dǎo)入大日程訂單，通過一鍵排程功能，計算出訂單的產(chǎn)出時間，再回寫給MES系統(tǒng)，生成產(chǎn)能評估數(shù)據(jù)。APS回寫數(shù)據(jù)后，計劃員可根據(jù)訂單產(chǎn)出時間重新進行逆推，調(diào)整各節(jié)點時間。車間生產(chǎn)組計劃員負責(zé)維護生產(chǎn)工單的產(chǎn)線屬性及產(chǎn)線推移計劃、周計劃管理、鈑金批管理、物料齊套性檢查和工作任務(wù)下達等工作。生產(chǎn)作業(yè)人員可在現(xiàn)場MES終端機上進行生產(chǎn)任務(wù)查詢、技術(shù)信息查詢、提交檢驗信息、完工作業(yè)匯報等工作。相關(guān)工作均可在PC端追蹤到。不同管理權(quán)限下查詢到的信息不同。在車間現(xiàn)場也配備了不同的看板。大日程計劃看板能清晰直觀地顯示每月所有生產(chǎn)任務(wù)的相關(guān)信息，包括合同號、品種、數(shù)量及產(chǎn)值等，以及從技術(shù)資料到物料采購及生產(chǎn)作業(yè)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的計劃時間要求與實際完工時間。綠色代表正常完成，紅色代表超期完成，黃色代表超期仍未完成。該看板是公司銷售、計劃、生產(chǎn)、物流、設(shè)計全業(yè)務(wù)鏈協(xié)同一體化計劃體系的展示。還有綜合績效看板、生產(chǎn)進度看板等，均能展示車間的實際生產(chǎn)情況。

5 數(shù)字工廠

圍繞中低壓開關(guān)行業(yè)典型的產(chǎn)線間生產(chǎn)負荷不均、產(chǎn)線各工序節(jié)拍不平衡、生產(chǎn)計劃調(diào)整頻繁、物流配送調(diào)度復(fù)雜等業(yè)務(wù)特點，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產(chǎn)線設(shè)計與虛擬仿真平臺。該平臺包括虛擬生產(chǎn)仿真和虛擬生產(chǎn)監(jiān)控兩個模塊。虛擬生產(chǎn)仿真系統(tǒng)模塊，構(gòu)建了和企業(yè)車間生產(chǎn)完全一致的數(shù)字化雙胞胎模型，通過與CAPP、MES等系統(tǒng)集成，在虛擬環(huán)境中對生產(chǎn)過程、生產(chǎn)計劃、物流配送等進行提前仿真分析，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸、物流阻塞、緩存區(qū)容量等生產(chǎn)不順暢的問題，進而實現(xiàn)對生產(chǎn)方案、物料配送方案的調(diào)整優(yōu)化，并為精益生產(chǎn)決策提供依據(jù)。虛擬監(jiān)控系統(tǒng)，通過與設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)、MES、智慧能源系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)集成，基于Web工具對車間生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)、物流設(shè)備狀態(tài)、物流動態(tài)等進行三維可視化監(jiān)控，輔助車間生產(chǎn)與調(diào)度，提升公司精益生產(chǎn)與管理的水平。

6 智慧能源系統(tǒng)

智慧能源系統(tǒng)是對企業(yè)的電力、供水、天然氣、暖通等能源動力系統(tǒng)進行綜合監(jiān)控，采用分層系統(tǒng)架構(gòu)。底層為智能采集終端（電表、氣表、水表等），中間數(shù)據(jù)信息集成，頂層有相關(guān)數(shù)字系統(tǒng)及軟件對數(shù)據(jù)進行分析，使企業(yè)的能源消耗透明化、精細化，提高能源的運行質(zhì)量和效率并提升企業(yè)管理水平。運行智慧能源管理系統(tǒng)解決了企業(yè)原來“人工抄表“的方式，也避免了不能及時發(fā)現(xiàn)和有效處理跑冒滴漏的現(xiàn)象。解決了管理部門效率低下、人力成本增加的狀況。管理人員可根據(jù)報表分析企業(yè)不合理的能源浪費，指定科學(xué)管理方式并進行執(zhí)行監(jiān)控，諸如定時開關(guān)電力、燃氣設(shè)施等。

7 質(zhì)量大數(shù)據(jù)

根據(jù)主數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供源源不斷的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支撐，制定了結(jié)合廠內(nèi)現(xiàn)有的質(zhì)量分析和業(yè)務(wù)模式，與大數(shù)據(jù)算法模型分析相結(jié)合，構(gòu)建質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)可及時為生產(chǎn)過程中產(chǎn)品設(shè)計改進、裝配過程單臺產(chǎn)品質(zhì)量問題因素預(yù)測、問題解決措施智能匹配、質(zhì)量管理指標(biāo)分析計算、關(guān)鍵工序質(zhì)量知識固化提供基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用服務(wù)。產(chǎn)線工人可在遇到質(zhì)量問題時獲得明確和量化的調(diào)試措施，并可為前置環(huán)節(jié)改進的提升提供數(shù)據(jù)參考，從而大大提升成品的一次交驗合格率，減少問題的重復(fù)發(fā)生程度，提升問題的處理效率，提高產(chǎn)線工人的生產(chǎn)效率。這些數(shù)據(jù)逐步形成質(zhì)量知識庫，并且數(shù)據(jù)在知識庫中可不斷積累和持續(xù)優(yōu)化，為提升產(chǎn)線工人質(zhì)量處理水平和業(yè)務(wù)能力提供有效支撐。

8 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)制造向智能制造轉(zhuǎn)型是大勢所趨。快速獲取信息，進行大數(shù)據(jù)分析是企業(yè)在市場競爭中勝出的有效手段。大數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)方式變化，帶來管理模式的創(chuàng)新，促使技術(shù)水平更新，拉動產(chǎn)品供給革新，智能制造勢不可擋。但各類制造企業(yè)的行業(yè)特點不同，智能制造的理論技術(shù)尚未完全成熟，人機結(jié)合作業(yè)程度不同，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化水平參差不齊，完全自動化生產(chǎn)仍是理想狀態(tài)。而高自動化也會帶來產(chǎn)品種類單一、各類軟件及設(shè)備依賴性高、制造柔性差等問題。如何將智能制造與本行業(yè)相結(jié)合，如何更好地在實際工廠生產(chǎn)中利用智能手段提高生產(chǎn)效率都是一項長期研究的課題。