銅板帶智能制造系統

袁立新

（紫金礦業集團股份有限公司，信息化研發中心，福建 龍巖 364200）

近年來國內銅板帶行業的競爭日趨激烈，產品型號復雜多變、客戶要求的交貨期日益縮短，對產品質量要求日益提高，而生產廠家的利潤空間卻大幅度下降，這種狀況倒逼銅板帶企業需要根據少量多變的訂單快速制定科學的生產計劃、在提高產品質量的同時還必須降低成本。自動化技術與信息化技術的結合，使銅板帶生產企業走向了智能制造這條必由之路[1-3]。

1 系統介紹

1.1 系統基礎

銅板帶工藝主要是將銅材經過不同的軋制工藝后生產出符合客戶要求的板帶材。每次軋制前都需經過退火工序，粗軋的潤滑劑是水，而中軋和精軋的潤滑劑是軋制油，因此中軋和精軋后都需清洗掉板帶表面的油污后，再進入退火工序。

板帶生產工藝流程圖如下： 業務管理流程如下：

圖1 板帶生產工藝流程與業務管理流程

1.2 系統功能

客戶通過互聯網下單，生產合同后，數據進入智能制造系統，銅板帶產品（黃銅板帶、青銅板帶、白銅板帶）的成分雖然是以銅為主，但是因為添加的金屬成分和比例不同，以及產品熔煉過程的溫度曲線不同，硬度、延展性、導電性和抗氧化等物理和化學性能差距很大，同一種材質，也會因厚度及公差等參數不同而導致生產工藝的不同，不同的銅板帶產品，在生產初期又用很多相似性，生產排產時應該綜合考慮這些因素實行合同歸并功能，一些客戶的退貨也應該考慮專用充當，生產管理人員還要預測客戶的產品需求，提前批量生產，在快速滿足客戶需求、盡可能地提高生產率的同時又降低生產成本。

生產過程中的各個工序、各個班組的實時能耗統計和檢測，保障生產的順利進行，避免生產設備空轉和“白轉”（產品不合格導致回爐），建立生產專家庫文檔，定期進行能耗智能化分析，也是該系統的重要功能之一。

系統的大量的生產實時數據存儲（可以存10年），為尋找銅板帶的科學穩定高效生產方法，奠定了技術基礎。

1.3 系統組成

圖2 銅板帶智能制造系統流程圖

從圖中可看出，底層的PLC（包括智能電表）系統，通過OPC通訊協議和其他的數據采集協議，實時地（數據更新頻率為2秒）將全廠的生產和能耗數據上傳存儲在實時數據庫中（歷史數據存儲時間為10年），實時數據庫的使用，為上層的能耗與智能生產管控系統和將來的大數據分析的建設打下了基礎。

2 系統結構

本系統由實時數據庫系統服務器、能耗與生產智能管控系統服務器和操作終端構成。其中實時數據庫服務器上存放大量的裝備和生產工藝的真實的實時數據和歷史數據，能耗與生產智能管控系統服務器則負責核心的智能計算等工作（工業大腦），并且響應用戶操作，操作終端用于生產現場操作人員或者管理人員操作，三者在局域網內通過TCP/ IP 協議進行通信。

3 銅板帶智能制造系統功能

（1）銅板帶互聯網銷售系統。全國乃至世界的銅板帶客戶，通過互聯網登陸銅板帶銷售系統；查閱庫存信息，并下訂單；產品價格由系統隨時自動生成，同一種產品每天的價格都有可能不同，同一種產品同一時刻，不同的客戶價格也可能不同；訂單通過系統內部自動審核流程或者人工審核流程（客戶有特別需求）后，最終形成合同；銷售合同簽訂之后，數據進入銅板帶能耗與智能生產管理系統，進行排產生產：生產部門根據訂單做出排產，銅板帶行業生產產品的數量是批量的，因此訂單之外的入庫產品信息也會隨時進入銅板帶銷售系統，供全世界的供應商挑選。

（2）自動化數據自動采集系統（實時數據庫系統）。計量儀表模塊為實時數據庫的實時數據采集功能模塊，數據2秒鐘更新一次。各個車間也有實時數據采集功能。

（3）銅板帶能耗與智能生產管控系統。該系統在生產管理信息系統（實時數據庫）基礎之上建設，功能包括工藝管理、計劃排產、品質管理、能耗指標庫、能耗整體分析表、能源平衡計算等功能：

4 智能制造系統關鍵技術

實時數據庫是自動化系統和信息化系統結合的關鍵技術，DCS或PLC系統本身也有類似實時數據庫功能，但是規模小（歷史數據一般只有一個月的容量），而且數據只為本身自動化系統服務，外部的信息系統很難實時調用，而實時數據庫的大規模的，歷史數據可以保持10年以上，而且有很高的數據查詢和通訊能力（秒級），這就為近來快速發展的信息會議的大數據技術、云技術技術、人工智能技術（工業大腦）在工業生產上的運用奠定了物質基礎。

系統將生產設備生產線和工序車間等，通過軟件連接起來，實現企業的第一步轉型升級。并為銅加工的黑燈工廠打下堅實基礎。系統的包括能效實績、能效對標、節能指導、節能最佳實踐庫的能效分析模塊，為生產的節能降耗提供了保障。

系統根據產品工藝參數庫和生產工藝專家庫數據，根據各個廠家的各種訂單的具體工藝數據和產品數量，通過人工智能算法，自動實現合同質量處理、合同歸并建池、生產計劃自動生產及下發等功能。

5 系統開發平臺

（1）硬件組成。實時數據庫服務器、智能制造系統服務器、磁盤陣列、硬件防火墻、生產及管理人員客戶端。

（2）軟件平臺。紫金礦業信息中心自主開發的互聯網銅板帶銷售系統、浙江中控實時數據庫PIMS7.0、昆明天宸智業能源科技有限公司的能耗及生產智能管控系統； J2EE、微軟SQLServer2008 。

6 總結

系統采用了互聯網信息技術，客戶在世界各地都可以通過網站查閱銅產品信息和價格，產品價格由系統根據銅的實時價格和客戶的訂貨情況、回款情況以及生產和庫存情況智能地自動產生，同一種產品，不同的客戶價格不同，客戶通過互聯網下單后，訂單信息自動傳輸到能耗及生產智能管控系統，客戶的訂單有各種工藝參數和產品數量，系統會根據產品工藝參數庫和生產專家庫，智能地將產品的訂單在生產工藝初期（材料領用、熔煉、雙面銑、退火、初軋、中軋）合并生產，在生產工藝后期根據訂單細節精細化生產，并且實時地進行各個生產工序的能耗分析，實現節能降耗的目標。