高校、企業(yè)數(shù)字化車間管理及模塊化分區(qū)轉(zhuǎn)型的應(yīng)用

江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 茆政明

基于高校數(shù)字化車間發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)企業(yè)中的數(shù)字化車間進(jìn)行分析和研究，在大數(shù)據(jù)、數(shù)字化、萬(wàn)物互聯(lián)技術(shù)上，研究數(shù)字化車間實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，針對(duì)智能化、工業(yè)化以及多設(shè)備集中的產(chǎn)線問(wèn)題，給予了重要的建議和應(yīng)用性措施。在工業(yè)化、數(shù)字化、智能化、互聯(lián)性眾繁交互的社會(huì)，許多企業(yè)、工廠產(chǎn)業(yè)格局都已經(jīng)發(fā)展的快速且有各自突出的優(yōu)越性。在全國(guó)的企業(yè)工廠越來(lái)越多的運(yùn)用數(shù)字化來(lái)解決企業(yè)的管理問(wèn)題，數(shù)字化可以對(duì)設(shè)備基本狀態(tài)信息、產(chǎn)出產(chǎn)品的檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行匯總，設(shè)備利用率、遠(yuǎn)程控制程序的傳輸、產(chǎn)品制作以及訂單完成情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，還可以監(jiān)測(cè)工件的打包、入庫(kù)、訂單送貨等。如果車間內(nèi)的生產(chǎn)流程都對(duì)以上步驟涉及，并應(yīng)用數(shù)字化于生產(chǎn)當(dāng)中，推進(jìn)車間管理和運(yùn)行，這樣就會(huì)非常高效的提高效率和對(duì)企業(yè)在人力資源方面大大節(jié)省資本。

1 數(shù)字化車間的本意

數(shù)字化車間的構(gòu)想，是企業(yè)和高校現(xiàn)存在的車間從老式人員使用、管理方式更替到數(shù)字化管理模式，原本管理方式老舊，在很大程度上需要人員值班、登記、記錄、看守等。在崗位設(shè)置上，原始方式更多的是人員的在崗和人員多少的問(wèn)題，而數(shù)字化車間的構(gòu)想與實(shí)施能更方便掌握企業(yè)和高校的設(shè)備的使用情況，可以包含倉(cāng)庫(kù)、車間、各室、平臺(tái)內(nèi)的設(shè)備，這就是整個(gè)數(shù)字化建設(shè)的轉(zhuǎn)變關(guān)鍵，從管理人員的減少到無(wú)人在崗，都能對(duì)車間內(nèi)情況有全面的了解和記錄。過(guò)去的高校的車間在對(duì)機(jī)床的使用分為多種情況：課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、比賽訓(xùn)練、科研技術(shù)、課題研究等，這些大多數(shù)在使用中都無(wú)法全面記錄使用情況，或者漏記漏填，使得數(shù)據(jù)不夠完整，對(duì)需要找尋的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能詳盡找出。而隨著數(shù)字化車間的管理，軟件能夠采集信息、監(jiān)測(cè)使用情況、停工情況以及部分安全性能的監(jiān)測(cè)，從而運(yùn)用數(shù)字化手段來(lái)推動(dòng)車間的監(jiān)管智能化。

1.1 使用數(shù)據(jù)的回收，實(shí)時(shí)訂單數(shù)據(jù)顯示

車間數(shù)字化建設(shè)一旦完成，通過(guò)服務(wù)器對(duì)訂單的管理，設(shè)備信息的收集，在服務(wù)器和設(shè)備之間進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)軟件處理得到所有數(shù)據(jù)的直觀的圖表信息，并能展示在屏幕端，能夠直觀感受到數(shù)字化車間的整體運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于數(shù)字化車間里訂單的監(jiān)管，能夠監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)包括：使用者、設(shè)備臺(tái)套數(shù)、設(shè)備所在區(qū)、機(jī)器開啟狀態(tài)情況、設(shè)備目前狀態(tài)（轉(zhuǎn)速、刀具號(hào)、程序段，加工時(shí)長(zhǎng)等）、加工狀態(tài)、基本工序名、程序數(shù)等，還可以通過(guò)攝像頭監(jiān)測(cè)目前的加工場(chǎng)景，監(jiān)測(cè)刀具、產(chǎn)品的實(shí)時(shí)加工情況。此類信息的收集與展示與老舊模式的對(duì)比，能更好的顯示實(shí)時(shí)性的信息，同時(shí)收到機(jī)床報(bào)警信息，操作者能及時(shí)處理突發(fā)情況，而靠人員管理或看守的管理模式是達(dá)不到這樣的優(yōu)越性的。例如在高校的多數(shù)車間內(nèi)，應(yīng)用數(shù)字化車間進(jìn)行管理實(shí)訓(xùn)秩序，往往比人員管理更快捷、精準(zhǔn)。再者，增加了無(wú)紙化辦公的效率，減少了數(shù)據(jù)填寫，資源浪費(fèi)。

1.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控，統(tǒng)籌辦公

數(shù)字化車間的使用，必然使信息更全面的被監(jiān)測(cè)到，而強(qiáng)于人員的管理，所包含的信息量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人員檢查、記錄。數(shù)字化車間在使用中，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從服務(wù)器發(fā)出指令，每臺(tái)機(jī)床反饋信息，在PC 端能夠通過(guò)專業(yè)軟件服務(wù)器進(jìn)行監(jiān)控與采集，傳輸信息與指令，從而達(dá)到協(xié)調(diào)各區(qū)域。在整個(gè)服務(wù)器中，每臺(tái)設(shè)備均是一個(gè)節(jié)點(diǎn)單元，它既能與服務(wù)器進(jìn)行點(diǎn)與點(diǎn)之間的傳輸，同樣也能進(jìn)行自我的控制和單機(jī)操作，這樣整個(gè)車間的運(yùn)作實(shí)施，對(duì)于人員多、設(shè)備少的，往往更有效的進(jìn)行統(tǒng)籌管理。

1.2.1 人員管理

在數(shù)字化車間系統(tǒng)內(nèi)，管理型人員需分配好各自權(quán)限，包括任務(wù)管理、下發(fā)，材料管理、刀具管理、工期時(shí)間管理等，在不同權(quán)限下，有效布置，能在有計(jì)劃的生產(chǎn)過(guò)程中，精準(zhǔn)的制定生產(chǎn)計(jì)劃所需；生產(chǎn)型人員，對(duì)計(jì)劃任務(wù)進(jìn)行排產(chǎn)分配，制定工序，完成產(chǎn)線試生產(chǎn)等。通過(guò)管理，人員在一定程度上，得到了充分利用，也在使用過(guò)程中，職責(zé)更加明確。使得整個(gè)管理過(guò)程，更加有針對(duì)性，在以后的管理過(guò)程中，能夠更加完善管理制度。

1.2.2 設(shè)備使用管理

與企業(yè)不同，高校的設(shè)備更多是使用在實(shí)訓(xùn)課堂，少部分在橫向課題上有計(jì)劃的使用。在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中，設(shè)備并不能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完整性的生產(chǎn)和開發(fā)，對(duì)比學(xué)生僅在學(xué)習(xí)過(guò)程中，單一的使用設(shè)備，進(jìn)行練習(xí)、試加工，這些簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，在車間的使用記錄上，能簡(jiǎn)單體現(xiàn)，并記錄在冊(cè)；而少部分的計(jì)劃使用，明確了加工任務(wù)、時(shí)長(zhǎng)，把設(shè)備的使用制定計(jì)劃，從而使得設(shè)備在使用過(guò)程中，數(shù)據(jù)得到較為全面記錄，安全等問(wèn)題得到實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄。

1.2.3 刀具管理

現(xiàn)階段，對(duì)于刀具使用管理的企業(yè)、高校并未見效。企業(yè)、高校在每年采購(gòu)加工刀具方面，投入大量資金，針對(duì)每一把刀具、刀片使用情況，并不能記錄全面信息，使得刀具的管理，以及成本的管控更加難以記錄。數(shù)字化車間需要對(duì)在其中的視覺下刀具、刀片管理進(jìn)行效率的提升。從刀具使用的生命周期分析，包含刀具的基礎(chǔ)信息、采購(gòu)信息、加工過(guò)程中信息、庫(kù)存信息、計(jì)劃使用信息、品牌信息等，評(píng)判刀具最終綜合使用信息，能節(jié)約成本和效率的提升。

1.3 分區(qū)轉(zhuǎn)型管理

車間在數(shù)字化實(shí)施以后，更多的是在于區(qū)域化的管理，區(qū)分與舊的車間體系，從灰暗、黑色格調(diào)、油污嚴(yán)重，到光鮮亮麗、7S 管理的數(shù)字化車間，從大的方面講，數(shù)字化車間需要的是產(chǎn)線化的車間，它能作為一個(gè)模型進(jìn)行復(fù)制，一旦需要多條線路，只要某一條試運(yùn)行正常，其他條線路只需要進(jìn)行復(fù)制，或者在其上附加某些工位或臺(tái)位即可。在一條產(chǎn)線的運(yùn)行，所占區(qū)域，即可分為一個(gè)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域里，更多的是與其相關(guān)的工序所需要的設(shè)備，都是圍繞某一工件至其加工完畢進(jìn)行的組裝機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備，分區(qū)域可以對(duì)產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分類。而不是就一種機(jī)床進(jìn)行扎堆、集中放置使用。以加工單元為例，多數(shù)的車床、銑床、磨床等去材加工機(jī)械通過(guò)自動(dòng)線進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)的是加工模塊功能，若更換組合方式，產(chǎn)線功能能實(shí)現(xiàn)的包括：加工區(qū)、清洗區(qū)、檢測(cè)區(qū)、分裝區(qū)、物流區(qū)、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)等。對(duì)于區(qū)域功能的管理，需要數(shù)字化手段來(lái)實(shí)施監(jiān)管，同樣數(shù)據(jù)的檢測(cè)也極其重要。

1.3.1 區(qū)域劃分作用

區(qū)域是管理設(shè)備的點(diǎn)域集中化，針對(duì)不同機(jī)床所在某個(gè)集中區(qū)域，進(jìn)行點(diǎn)陣布局，節(jié)省工件在加工過(guò)程中的搬運(yùn)時(shí)間，充分利用空間環(huán)境，在最短時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行下一個(gè)工序的生產(chǎn)與質(zhì)量管控，從而達(dá)到在生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)省時(shí)間。區(qū)域的劃分，在對(duì)應(yīng)的訂單上，能從訂單出發(fā)，進(jìn)行定制所在區(qū)域中的機(jī)器的種類和所需其他配套設(shè)施。企業(yè)不會(huì)先定制出產(chǎn)線，再到接收訂單，而是根據(jù)訂單情況，以訂單中所需要的加工工藝方法選擇相關(guān)工藝設(shè)備進(jìn)行分析，針對(duì)訂單中的產(chǎn)品所涉及的加工機(jī)器和產(chǎn)量大小，進(jìn)行產(chǎn)線內(nèi)設(shè)備的增加或者減少。在高校中，對(duì)于設(shè)備的集中使用，趨于大眾化，以智能制造產(chǎn)線為例，里面包含的設(shè)備有高速銑、電火花機(jī)、物料庫(kù)、機(jī)械臂、三坐標(biāo)機(jī)，通過(guò)貫穿式聯(lián)合使用，在針對(duì)精密模具電極的加工過(guò)程中，首先，在物料庫(kù)中存儲(chǔ)零件毛坯，高速銑進(jìn)行電極加工；三坐標(biāo)機(jī)對(duì)加工完成的工件進(jìn)行測(cè)量；合格后，再進(jìn)行電火花機(jī)的加工。以類似模式的組合機(jī)床線路，在較多的企業(yè)中已經(jīng)存在，但在高校的實(shí)訓(xùn)車間和精密實(shí)驗(yàn)室中，仍占比不足，有待增加，開發(fā)使用。

1.3.2 區(qū)域內(nèi)產(chǎn)線的作用

產(chǎn)線針對(duì)項(xiàng)目的開發(fā)使用，集中了多臺(tái)設(shè)備，如：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、磨床、線切割、電火花機(jī)以及機(jī)器人互聯(lián)、互通使用。在一般性產(chǎn)品的生產(chǎn)中，把生產(chǎn)的工藝路線與設(shè)備的種類相匹配；在產(chǎn)線化的生產(chǎn)中，又與訂單的種類相關(guān)聯(lián)。產(chǎn)線的制定，在節(jié)省人力、物力方面確實(shí)產(chǎn)生了很大的變化，同時(shí)也為企業(yè)節(jié)省人力資本。

2 在工業(yè)集中、互聯(lián)性強(qiáng)的時(shí)代，數(shù)字化車間需待開發(fā)探究

2.1 打牢基礎(chǔ)，針對(duì)信息，強(qiáng)化功能使用需求

當(dāng)下，工業(yè)快速發(fā)展時(shí)代，國(guó)家在數(shù)字化覆蓋面上做了很多，從萬(wàn)物互聯(lián)出發(fā)，數(shù)字化車間需要穩(wěn)重求進(jìn)，達(dá)到了一定的先進(jìn)性、優(yōu)越性，也使得整個(gè)車間自動(dòng)化程度提高到某一高度。總覽多地?cái)?shù)字化車間的建設(shè)，各有千秋，多種多樣，在所有的車間大致功能相差不多，但DIY 化嚴(yán)重，考慮到系統(tǒng)兼容性、成本節(jié)約、人員易學(xué)習(xí)上手，需制定相對(duì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使其合理規(guī)劃功能和用途，把控設(shè)備的使用，從上料、搬運(yùn)、加工、測(cè)量、再加工，放電加工、測(cè)量、回庫(kù)等步驟制定加工工藝，有一相對(duì)固定的尺寸誤差標(biāo)準(zhǔn)、加工需求標(biāo)準(zhǔn)，到判斷加工精密級(jí)別等，再到使其達(dá)到易學(xué)、易控、易維護(hù)。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)用人標(biāo)準(zhǔn)，由于設(shè)備多自動(dòng)化、多產(chǎn)線化、多智能化特點(diǎn)，通過(guò)教學(xué)平臺(tái)的使用，以及產(chǎn)學(xué)研的合作促使數(shù)字化車間在使用過(guò)程中能夠孵化出一批專業(yè)化人才，同時(shí)也能提高非本專業(yè)人員專業(yè)水平和車間的高質(zhì)量發(fā)展。

2.2 數(shù)字化車間使用，記錄數(shù)據(jù)、工序查看、優(yōu)化次序

數(shù)字化車間在使用過(guò)程中，對(duì)其功能進(jìn)行逐個(gè)試運(yùn)行，同時(shí)在服務(wù)器端進(jìn)行查閱、檢索、導(dǎo)出、導(dǎo)入，充分體現(xiàn)技術(shù)與數(shù)字化相匹配融合。一方面，通過(guò)打樣測(cè)試，能夠完成對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、管理，包括生產(chǎn)訂單、操作人員、使用材料等；另一方面，針對(duì)訂單的生成，服務(wù)器需滿足數(shù)字化的操作，實(shí)時(shí)記錄、監(jiān)測(cè)員工處理訂單、查看訂單、優(yōu)化訂單，更好的節(jié)約時(shí)長(zhǎng)；在監(jiān)控區(qū)，能看到員工對(duì)訂單的現(xiàn)場(chǎng)處理，同時(shí)對(duì)材料的利用率也大大提高，繼而節(jié)約成本，減少工時(shí)。

2.3 信息集中，管控區(qū)域分析

對(duì)于一個(gè)數(shù)字化車間服務(wù)器來(lái)講，既要對(duì)每臺(tái)設(shè)備的信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和監(jiān)測(cè)，又要對(duì)訂單的詳情進(jìn)行合理分析，再到訂單的下發(fā)，都需要系統(tǒng)來(lái)保障分析結(jié)果的可靠。在對(duì)每個(gè)區(qū)域化設(shè)備的使用過(guò)程中，訂單下達(dá)之后，針對(duì)數(shù)字化車間來(lái)說(shuō)，專業(yè)人員對(duì)技術(shù)上的分析，能夠更好的處理訂單，這也讓技術(shù)與數(shù)字相融合，來(lái)保障基礎(chǔ)的課程實(shí)施、課題開發(fā)、橫向生產(chǎn)等。分區(qū)的設(shè)計(jì)，更好的合理分布任務(wù)，樣件的任務(wù)制定、調(diào)試生產(chǎn)以及自動(dòng)化產(chǎn)線的訂單生成，都能完整的在試運(yùn)行下進(jìn)行工作，也通過(guò)了數(shù)據(jù)的采集和數(shù)字訂單的完整性收集。在技術(shù)方面，人員的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)對(duì)生產(chǎn)所要達(dá)到的成品，有著極其重要的作用，但一個(gè)完善的數(shù)字化車間的運(yùn)作，不僅僅靠的是技術(shù)人員的成熟技術(shù)，也不可或缺的需要先進(jìn)的數(shù)字化系統(tǒng)來(lái)分管任務(wù)，并進(jìn)行有效的布置及監(jiān)測(cè)。

2.4 數(shù)據(jù)采集，利用大數(shù)據(jù)分析

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)系統(tǒng)能對(duì)生產(chǎn)線的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行信息采集，在服務(wù)器端可以結(jié)合生產(chǎn)管理體系軟件，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管理、管控，確保安全、正常生產(chǎn)。同時(shí)，每條產(chǎn)線也進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，管理者能多角度分析生產(chǎn)過(guò)程的合理、合規(guī)性，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能及時(shí)針對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題機(jī)床進(jìn)行加工參數(shù)修改或暫停生產(chǎn)進(jìn)行工序診改，從而達(dá)到最優(yōu)化的路徑。

2.5 產(chǎn)線化生產(chǎn)，提高成品率

在對(duì)工業(yè)化車間的改進(jìn)，受到更多先進(jìn)技術(shù)的融合，很多企業(yè)、院校都試著往數(shù)字化方向改造，也往突出點(diǎn)、核心點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，改變了企業(yè)原本發(fā)展方向，造成院校專業(yè)布局調(diào)整。同時(shí)，使一些高、精、尖問(wèn)題得以展現(xiàn)和有待解決。首先，建設(shè)成為數(shù)字化車間，應(yīng)滿足設(shè)想的需求，從數(shù)據(jù)的流暢、集中、高效性來(lái)運(yùn)作，在機(jī)床設(shè)備上進(jìn)行傳輸，從而提高產(chǎn)線的加工效率。一方面，數(shù)字化車間在高、精、尖領(lǐng)域的運(yùn)用，可以減少人員的參與，對(duì)一些技術(shù)可以從減少人員方面進(jìn)行保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的泄露；另一方面，在車間的使用上，企業(yè)多以復(fù)雜、繁瑣、量大等特點(diǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)，急需多加工設(shè)備、多產(chǎn)線、多檢測(cè)人員的參與，來(lái)完成產(chǎn)品的制造，提高產(chǎn)品的合格率。所以從數(shù)字化車間的意義上來(lái)講，我國(guó)需要更完善的數(shù)字化車間，對(duì)零件的加工技術(shù)，機(jī)床刀具使用壽命監(jiān)測(cè)技術(shù)，機(jī)械手、機(jī)械臂參與度、料庫(kù)等柔性單元設(shè)備的技術(shù)參與，才能更好的發(fā)展工業(yè)時(shí)代下的數(shù)字化車間的建設(shè)。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化車間建設(shè)往智能化發(fā)展是必然的，促進(jìn)車間的管理、生產(chǎn)效率提升，針對(duì)數(shù)字化車間制造過(guò)程中的智能化管理、生產(chǎn)，有待更深的研究。在車間中，將人員管理、設(shè)備管理、AGV 小車智能應(yīng)用、智能叉車等技術(shù)結(jié)合使用，能極大地發(fā)揮數(shù)字化的作用，并且能夠更好的展現(xiàn)數(shù)字化車間的優(yōu)越性。