智能車間關鍵零部件生產運行管理思路

范昊 魏濤

摘 ?要：為提升動車組制造企業智能車間運行管理的水平，需要開展動車組智能生產車間運行管理體系研究，規范智能生產車間運行管理，本文將依據《中國制造2025》《國家智能制造標準體系建設指南（2018年版）》等規劃內容，構建動車組制造企業智能生產車間運行管理的體系要求，對面向智能生產車間運行管理的方法和模型設計進行探討。以動車組關鍵部件輪對的生產過程為基礎，從智能生產車間運行管理的角度，對智能生產車間的完整性、管理的有效性、信息集成性等方面進行闡述。

關鍵詞：智能生產;智能管理;數據采集系統

中圖分類號：TP391.44;TG51 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）14-0128-03

Management Ideas for Production and Operation of Key Parts in

Intelligent Workshop

——Taking EMU Manufacturing Enterprises as an Example

FAN Hao，WEI Tao

（CRRC Corporation Limited，Beijing ?100039，China）

Abstract：In order to improve the level of intelligent workshop operation management of EMU manufacturing enterprises，it is necessary to carry out research on EMU intelligent production workshop operation management system and standardize the operation management of intelligent production workshop. This paper will be based on “Made in China 2025” and “National Intelligent Manufacturing Standard System Construction Guidelines（2018 Edition）” and other planning content，to build the system requirements for the intelligent production workshop operation management of EMU manufacturing enterprises，to explore the method and model design for the intelligent production workshop operation management. Based on the production process of the key components of the EMU，from the perspective of intelligent production workshop operation management，the integrity，management effectiveness and information integration of the intelligent production workshop are described.

Keywords：intelligent production;intelligent management;data acquisition system

0 ?引 ?言

智能制造是面向產品全生命周期實現泛在感知條件下的信息化制造，當前智能制造的研究與應用多集中在以機器人為代表的過程自動化等環節，并逐步深入到各子系統間的集成和制造數據的分析中，但是離全面集成應用系統的智能工廠還存在相當距離[1-5]。動車組生產領域在打造智能工廠方面具有一定的基礎，但是在工廠運行管理方面存在較多的問題，不同國家、研究機構和企業的理解不盡相同，可以對動車組制造企業智能工廠運行管理的體系架構進行思路探討，以此來指引動車組制造企業生產管理邁向快速、健康的智能工廠之路，提高制造水平和核心競爭能力，是具有現實意義的研究課題。

1 ?動車組制造企業智能工廠管理運行基礎

動車組制造企業智能工廠以智能生產、智能管理為核心，需要以以下參與要素作為基礎：工廠管理方面已建立企業資源計劃管理系統（ERP），供應鏈管理模塊能實現采購、外協、物流的管理與優化;生產制造方面已建立車間制造執行系統（MES），實現計劃、排產、生產、檢驗的全過程閉環管理，并與ERP集成;已建立生產過程數據采集和分析系統，充分采集制造進度、現場操作、質量檢驗、設備狀態等生產現場信息，并與MES實現數據集成和分析;已建立車間級的工業通信網絡，系統、裝備、零部件以及人員之間實現信息互聯互通和有效集成;已建立工廠總體設計、工藝流程及布局的數字化模型，進行模擬仿真，實現規劃、生產、運營全流程數字化管理，相關數據進入企業核心數據庫。

智能工廠管理需要對運行管理所必需的產品信息、設備信息、庫存信息等進行采集處理和分析[3]。其中，產品信息應對產品全生命周期過程實現跟蹤，包括生產過程中所需要的各種物料，監測生產系統物流狀態;設備信息應支持采集設備動態信息以及工具狀態信息，在此基礎上綜合評定設備當前狀況并進行決策;庫存信息應實現庫存貨物及其狀態的可視化跟蹤、可視化查詢結果的輸出、自動生成庫存操作單據，為管理者提供多方位、直觀的統計信息。

運行管理方法則應綜合應用現代管理技術、計算機技術、信息技術與網絡通信技術、自動化技術、制造技術以及系統工程的理論方法和先進管理方法，將生產過程中人、技術和管理三要素及其信息流和物流進行有機集成，優化運行，實現產品高質量、低消耗地生產。同時對制造過程中的設計、工藝、工況、設備等信息進行融合處理，實現對各種資源的控制[4]。

2 ?動車組智能工廠關鍵零部件輪對生產運行管理

結合動車組關鍵零部件輪對智能生產的生成過程，針對生產線中車輪加工、車軸加工、輪對涂裝、齒輪箱組裝等關鍵工序的智能排產、智能物流、智能選配、智能檢測、數據采集、智能決策分析等業務過程提出運行管理思路。

對于動車組、地鐵、客車的輪對生產線，管理內容主要分為車軸生產、車輪生產、齒輪箱組裝、輪對壓裝、輪對軸箱組裝五個部分。輪對智能生產管理建立在智能工廠基礎之上，以制造執行為核心，以感應技術、信息物理系統等新一代信息技術為支撐，對車輪、車軸、齒輪箱、輪對壓裝等生產過程進行管理。輪對智能生產主要體現在管理智能化、生產智能化兩方面，管理智能化包括輪對生產計劃管理;生產智能化包括輪對的工序作業計劃、加工過程管理、質量檢測管理、輪軸等關鍵部件的質量追溯和跟蹤管理、車間領送料管理、產品檔案管理、車軸和輪對的智能選配管理，利用業務控制平臺、目視化管理、信息推送等手段開展運行管理。為保障智能工廠順暢運行，建立和智能設備和管理系統相匹配的制度保障體系，明確管理對象、職責、質量保障、安全保障等。

3 ?輪對智能生產管理體系的主要功能

輪對智能生產管理的總體目標是針對車軸生產、車輪生產、齒輪箱組裝、輪對壓裝、輪對軸箱等各加工單位進行有限能力計劃編制與作業調整、生產資源準備與作業指導、生產物料管理、生產過程可視化管理、設備運維管理及全過程質量跟蹤與追溯。制造執行主要功能如圖1所示。

（1）作業計劃。可根據訂單優先級進行排產，涵蓋了計劃編制、計劃維護、計劃下達、計劃反饋、計劃變更等業務操作，最終分解可指導輪對車間安排生產的可執行計劃。

（2）作業調度。包括作業派工、調整、完工匯報功能，根據設備狀態和緩沖區內物料情況，實時對車軸、車輪、輪對等物料進行智能調度，將工作任務指派到輪對生產線、工位和人員，現場人員根據任務分派進行開工、完工確認等。

（3）生產執行。通過嚴格的控制和閉環反饋機制嚴控車間現場作業，防止加工過程中出現錯誤，提高實物與信息流的一致性，系統應支持對作業與領料相關邏輯進行控制。

（4）生產準備。對生產所需刀具、工裝夾具、圖紙、文檔、工資卡片、數控程序等資源進行定義，并能夠清晰明確資源準備的責任。

（5）作業指導。對輪對生產制造工藝進行可視化展示。

（6）物料管理。對輪對車間生產物料的精細化管理，按照車間生產計劃實現生產用料的領用、配送、交接、退庫，強化計劃對車間實際生產的控制能力。

（7）現場監控。實現對輪對智能生產過程的管理要求，對流程作業、關聯業務進行監控、提醒、預警。能夠完整展示輪對車間作業進度、班組（單元）、人員工時、廢品率等分類統計功能。

（8）設備管理。支持輪對車間生產制造設備、工裝的運行、維護狀態的管理。

（9）質量管理。包括質檢流程管理、質檢數據管理功能。通過車軸、車輪壓裝數據和加工數據的統計分析，以質量最優為目標，分析生產過程工藝參數，保證產品一致性與穩定性。

（10）能效分析。可預置和定義KPI考核指標進行計算與統計，如產品制造周期、計劃完成率、在制品周轉率，支持完整的車間、班組、人員工時、廢品等分類統計功能，以輔助車間考核及績效的管理。

（11）數據采集。可實時對加工、檢測、涂裝、組裝等智能裝備的數據采集與管理。

4 ?輪對智能生產運行管理過程

4.1 ?輪對運行管理范圍

輪對智能生產管理主要是車軸生產、車輪生產、齒輪箱組裝、輪對壓裝、輪對軸箱組裝過程，利用制造執行系統以及其他信息技術，對輪對的生產運行進行信息監控和處理。通過對生產線全過程數據的自動采集，對數據進行挖掘，自動統計并生成各種報表，提供決策依據和決策建議，以期達到降低生產成本、提高效率和保證質量的目的，如圖2所示。

4.2 ?車軸生產過程運行管理

（1）工藝管理。按照計劃排產結果，物流配送系統將車軸毛坯配送到車軸自動加工檢測涂裝生產線，并在智能設備上加工生產，經檢驗合格后，準備進入輪對自動壓裝生產線。

（2）運行管理關鍵信息。加工生產過程中，將加工標準、產品信息（單件跟蹤號）、質量信息（合格判定）、車軸檢測數據等傳入制造執行系統。

（3）信息處理與利用。制造執行系統記錄傳入的產品信息，并記錄單件跟蹤號、車軸外徑尺寸數據、智能設備的運行狀態信息、工序執行狀態、合格判定結果等信息，作為智能分析、決策與控制的基礎。對異常信息根據已定義規則按角色推送給相關責任人或管理人員，相關人員根據管理規范要求處理異常信息。

4.3 ?車輪生產過程運行管理

在工藝過程中，車輪毛坯經過加工、檢測、涂裝工序后，進行輪盤組裝或進入輪盤庫。在加工生產過程中，將加工標準、產品單件跟蹤號、合格判定、輪盤的外徑、內徑尺寸等數據傳入制造執行系統。制造執行系統記錄傳入的產品信息，并記錄單件跟蹤號、輪盤的內、外徑尺寸、智能設備的運行狀態信息、工序執行狀態、合格判定結果等信息，作為智能分析、決策與控制的基礎。對異常信息根據已定義規則按角色推送給相關責任人或管理人員，由相關人員根據管理規范要求處理異常信息。

4.4 ?輪對壓裝過程運行管理

車輪、車軸經過上料、測試處理后，放入預組裝工位，壓裝機小車取料壓裝后，由機械手將輪對轉移至后續工位。預加工前制造執行系統根據系統內記錄的車輪內外徑數據、車軸的外徑數據，自動選配。當出現無配對信息等異常情況，系統可對壓裝數據、車軸檢測數據、車輪檢測數據進行統計分析，得出分析決策并更改車軸工藝參數，或優化壓裝、車輪的調度信息。

4.5 ?齒輪箱和輪對軸組裝過程運行管理

齒輪箱的組裝過程采用智能化系統，按標準化作業方式，對軸承、大齒輪、小軸進行組裝，并利用傳感裝置，實現物料、生產等信息的采集，保證數據的及時性和準確性。輪對軸箱的組裝過程應利用智能化裝置實現軸承、軸箱的自動檢測與選配，并進行智能化傳輸入庫。

5 ?智能工廠運行管理的進一步思考

智能生產運行管理過程是在完善的規章制度和智能裝備的基礎上，將產品單件跟蹤號、加工標準、裝備的信息收集和傳遞、質量信息、檢測數據、物流信息等以制造執行系統為中心結合起來，借助管理監控平臺、看板系統等信息化工具管理，實現定時、定向推送，提高車間管理可視化程度，便于管理人員檢查車間物流、設備、產品、工作狀態等，并對異常信息及時響應，達到提高輪對生產效率、提升輪對產品的質量、降低成本的效果。實施智能生產管理的同時，應考慮實施的效果，因此后續有必要設計出相應的標準和驗證平臺，研究如何對智能生產管理進行試驗驗證。

6 ?結 ?論

智能工廠是以打通企業生產經營管理全部流程為著眼點，實現從產品設計到銷售，從設備控制到企業資源管理所有環節的信息快速交換、傳遞、存儲、處理和無縫智能化集成。智能工廠生產運行管理制度標準的制定將有效推進智能制造行業的發展。本文結合動車組制造企業智能車間輪對生產運行的研究，通過抽取動車組制輪對智能車間運行管理的要素，提出了動車組輪對智能車間在研發、生產、制造等方面的運行管理設計思路，明確制造執行過程中的智能排產、物料管理、數據采集、現場監控、質量控制、設備管理等管理控制要點，規定了輪對車間的設備、經營、制造執行等環節的運行管理要求，保證運行管理有效性，能夠達到降低智能車間運行管理的風險、差錯與成本的目的。

參考文獻：

[1] 張祖國.基于全制造服務周期的智能工廠系統結構模型 [J].艦船科學技術，2016，38（9）：121-128.

[2] 李利民，侯軒，畢晉燕.高端裝備制造業智能工廠建設思路和構想 [J].科技創新與生產力，2016（4）：16-19.

[3] 王麟琨，王春喜.智能工廠/數字化車間參考模型概述與分析 [J].中國儀器儀表，2017（10）：63-72.

[4] 鄭華.智能工廠建設從理念到實踐的探索 [J].中國管理信息化，2017，20（22）：66-67.

[5] 甘嘉裕.服裝制造業工廠智能管理系統設計與實現 [D].杭州：浙江大學，2018.

作者簡介：范昊（1992-），男，漢族，江西贛州人，設計師，工程師，碩士研究生，研究方向：智能制造、智能工廠等。