智能化車間建設自動化裝備的規劃淺析

王金虎， 姜 釗， 呂 偉， 王 帥， 趙來安

（中電科能源有限公司， 天津 300384）

1 智能化車間概述

智能化車間的成功建設不僅單指生產與制造層面，也沒有十分明確的目標點，而是全部運營模塊各個層面逐漸升級之后，互相融合匹配后的成果[1-3]，是一個迭代交替上升的過程。總的來講，智能化車間的表征，即智能制造典型特征，可以歸納為以下4 個環節：

1）動態感知：全面實時感知監測物理空間和網絡空間對象，所處的行為狀態和數據。包括產品、裝備、生產線、企業、供應鏈。

2）實時分析：對獲取的各類數據進行及時、快速的分析、處理、賦予意義。基于場景，構建模型，使得數據不斷“透明”，滿足業務需求。

3）精準執行：將決策賦予到執行系統，控制或調整執行系統的操作。執行系統可以是產品、裝備、生產線、企業和供應鏈。

4）自主決策：按照決策規則，根據分析結果，自主做出合適的判斷決策。決策機制（規則）來源于積累的規律、經驗和知識[4]。

作為智能制造全流程應用較早與效果較好的行業，國外衛星總裝生產運營環節已實現了關鍵生產環節的智能化應用，國外某衛星總裝車間布局如圖1 所示。由圖1 可以發現：

圖1 國外某衛星總裝車間布局

1）自動化生產現場不僅有自動化生產裝備，還有大數據分析應用、增強現實等數字化應用終端；

2）自動化生產現場的物料及半成品調配均有AGV 進行配送，在出入庫環節，也有協作機器人參與搬運，并應具有物料信息追溯手段；

3）具有多項生產環節中的檢測環節，并在生產端上層具有管控平臺，實時對生產現場進行跟蹤、分析和決策。綜上所述，作為智能車間的生產執行環節，自動化裝備的優良與智能化車間的建設息息相關，如圖2 所示。

圖2 裝備層與智能車間關系

2 自動化裝備規劃環節注意事項

1）車間布局方面：單機裝備外形應規整、整體設計時應合理利用裝備內部空間，結構應緊湊合理，裝備內部布局規范、美觀、符合人機工程學；裝備的上下料位置與裝備內的工藝環節流轉方式與方向，要考慮車間整體布局（因為車間的整體布局暗含了產品全流程的工藝環節順序，單機裝備的布局要服從整體布局）；裝備的整體尺寸要結合車間真實狀態，同時考慮車間高度、網絡預留、布線空間、承重安裝等外在因素；

2）裝備調試方面：裝備的安裝、維修維護、裝備（整線）遷移、裝備（整線）復制；

3）生產線單機裝備其他層面可能設計的因素：裝備的開關門（美觀、便捷、空間）、重要元器件選型（如視覺系統、對位系統、機械手、關鍵零部件）（適配度、經濟性、可靠性）、操作面板位置（空間合理性、可操作性）、電氣水路走線型號（空間合理性、維修便捷性）、重量（地面承重、安全性）、上下料設計（產品品種兼容性、流轉形式）、電路、氣路、真空、網絡等接口參數（包含裝備內外的走線，接口位置和朝向）要求[5-7]；

4）裝備美觀方面：由于參觀與6S 等現實需要讓整條生產線，尤其是每個生產單元保證生產裝備、模具、工裝、儀表等與所有生產管理有關的物品的整齊、同色、同質感、同尺寸、規格。其中顏色的選定要結合具體的工況（廠房、產品、布線等）相結合，整體要美觀大方。非標裝備全流程設計過程，如圖3 所示。

圖3 自動化裝備全流程研制過程

3 自動化裝備研制過程注意事項

自動化裝備作為智能化車間的基本構成單元，其研制環節的過程把控意義重大，不僅涉及到工藝優化與變更的前期準備工作，還包含裝備研制過程中的風險規避，主要包含：

1）要完成關鍵核心零部件對產品或半成品進行預實驗、預仿真，以減小裝備研制風險；在裝備開發過程中，裝備負責人要與裝備開發商積極溝通，在設計的整個過程中，都要參與對錯誤進行規避，對失誤進行彌補；

2）優秀的非標設計團隊十分重要。另外，要積極通過尋找類似行業、展覽會、網絡等不同平臺來汲取先進生產模式、工裝模具、先進工具等為我所用[8-11]；

3）裝備驗證試驗與驗收過程中，對裝備的功能性指標要有規范性的準則進行約束。準則可分為兩類，一為技術性準則，即機械裝備的設計、制造、使用等環節中的各項性能指標一定要達到相應的規范標準。其不僅包括靜態技術指標，也包括動態技術指標。比如，裝備的功率、強度、使用年限、效率等靜態技術指標；還有熱穩定性、抗磨損性、抗摩擦等動態技術指標。因此，在進行設計工作的時候，一定要保證裝備零件的技術指標，不要對裝備的使用產生影響[12]。

4 結語

現階段制造企業正面臨著多品種變批量，高質量低成本，柔性制造快速響應，節能節拍與環境友好等制造需求，在這樣的背景及內外部環境下，企業可以通過以智能制造與數字化網絡技術為抓手，推動企業在產品制造、技術與服務等各個方面的創新與升級。對外強化產業鏈協同、充分發揮本行業內的核心企業帶動作用，打造產業整體優勢，積極開拓新的市場空間；對內聚焦核心競爭力，提高內部協同效率，同時應注重自動化裝備的研制與關鍵環節風險點規避，逐步邁向智能化的設計生產與服務，達到創新推動、降本增效的目的。