曾成輝，李海新

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

隨著國家智能制造2025戰(zhàn)略提出，工業(yè)4.0（Industrie 4.0）則成為各制造業(yè)研究的一個(gè)重點(diǎn)方向，它強(qiáng)調(diào)“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”兩個(gè)主題，實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)信息化與自動(dòng)化技術(shù)的高度集成，旨在增進(jìn)制造業(yè)的競爭優(yōu)勢。作為世界上“最大的工廠”，中國在制造領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。在中國經(jīng)濟(jì)需要轉(zhuǎn)型升級(jí)的當(dāng)下，中國的制造業(yè)正在從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”邁進(jìn)[1]。柳機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)制造傳統(tǒng)企業(yè)應(yīng)該逐步轉(zhuǎn)向信息化、數(shù)字化和智能化，從而將生產(chǎn)水平提升到一個(gè)新的高度，進(jìn)而搭建工業(yè)4.0背景下的“智能工廠”。

1 智能工廠概述

智能工廠是一種先進(jìn)的綜合制造模式，是智能制造的集中體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)載體。其目標(biāo)是提升工廠運(yùn)行效率、快速響應(yīng)市場、優(yōu)質(zhì)、柔性、清潔、安全、敏捷的制造產(chǎn)品、服務(wù)用戶。

智能工廠的核心是客戶所需產(chǎn)品的數(shù)據(jù)、智能成套設(shè)備、優(yōu)化的工藝流程。

智能工廠的技術(shù)特征主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）具有產(chǎn)品性能與工藝的三維模擬與仿真優(yōu)化能力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過程的數(shù)字化智能化。

2）具有能參與網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力的智能生產(chǎn)線。

3）具有即插即用的軟件集成平臺(tái)，可對(duì)生產(chǎn)線或整個(gè)工廠的運(yùn)行進(jìn)行模擬仿真。

4）具有工藝數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫，能逐漸積累專家經(jīng)驗(yàn)和指示，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)和作業(yè)任務(wù)的多目標(biāo)優(yōu)化。

5）制造信息全過程跟蹤以及產(chǎn)品質(zhì)量可追溯。6）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期、制造執(zhí)行、企業(yè)管理的系統(tǒng)制造和綜合管控。

2 信息系統(tǒng)應(yīng)用

利用新一代信息技術(shù)，建立信息集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的互聯(lián)互通，支撐制造資源的優(yōu)化配置，供需雙方快速匹配和網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造，進(jìn)而消除各環(huán)節(jié)信息孤島，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造效率。

為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)“智能工廠”各產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)互通，消除產(chǎn)品全過程的各環(huán)節(jié)信息孤島，則主要通過產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)PLM、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP等信息系統(tǒng)的應(yīng)用及系統(tǒng)信息互聯(lián)共享，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期、制造執(zhí)行、企業(yè)管理的系統(tǒng)制造和綜合管控。見圖1.

圖1 工廠信息化集成

在智能工廠的制造環(huán)節(jié)，制造執(zhí)行系統(tǒng)MES起著舉足輕重的作用，以某發(fā)動(dòng)機(jī)“智能工廠”裝配線建設(shè)過程為例子來探討MES系統(tǒng)的應(yīng)用。見圖2.

圖2 M E S在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工廠的應(yīng)用

該發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工廠建設(shè)MES系統(tǒng)目的達(dá)成全過程透明化設(shè)計(jì)主要從4點(diǎn)入手。

在過程控制方面：MES管理生產(chǎn)訂單的整個(gè)生產(chǎn)流程，通過對(duì)生產(chǎn)過程的所有突發(fā)事件實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)糾正生產(chǎn)過程中的錯(cuò)誤或提供決策支持，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度要求；在出現(xiàn)異常或與生產(chǎn)計(jì)劃偏離太大時(shí)，及時(shí)反饋相關(guān)人員使其采取相應(yīng)的措施。

在任務(wù)派工方面：MES在生產(chǎn)計(jì)劃完成后，自動(dòng)生成任務(wù)派工單，根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)際加工能力的變化，制定并優(yōu)化生產(chǎn)的具體過程及各設(shè)備的詳細(xì)操作順序；為了提高生產(chǎn)柔性，生產(chǎn)任務(wù)根據(jù)生產(chǎn)執(zhí)行具體情況及設(shè)備情況，結(jié)合資源配置進(jìn)行現(xiàn)場動(dòng)態(tài)分配。

在質(zhì)量管理方面：MES跟蹤原材料進(jìn)廠到成品入庫的整個(gè)生產(chǎn)流程，對(duì)產(chǎn)品原料、生產(chǎn)設(shè)備、操作人員、工序批次等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，為產(chǎn)品的使用、改進(jìn)設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制提供依據(jù)；根據(jù)檢測結(jié)果確定產(chǎn)品問題、提供相應(yīng)的決策支持。

在數(shù)據(jù)采集方面：MES根據(jù)不同的數(shù)據(jù)、應(yīng)用場景、人員能力、設(shè)備投入等方面采取不同的數(shù)據(jù)采集方式，實(shí)時(shí)獲取各工序、設(shè)備、物料、產(chǎn)品等數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)、分析成其它系統(tǒng)、管理者所需的信息。

3 智能技術(shù)及智能制造裝備的應(yīng)用

智能技術(shù)及智能制造裝備的應(yīng)用是智能工廠的重要特征，該發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工廠為滿足數(shù)據(jù)采集時(shí)效及質(zhì)量管控等方面有效運(yùn)行，故在制造過程技術(shù)應(yīng)用主要的智能技術(shù)及裝備主要包括：RFID技術(shù)、智能擰緊設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、AGV運(yùn)輸車、數(shù)字化在線檢測設(shè)備等。

3.1 R F I D技術(shù)應(yīng)用

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線采用PLC自動(dòng)流水線，引入RFID技術(shù)，將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)唯一ID及基礎(chǔ)生產(chǎn)信息寫入RFID載碼體，每個(gè)工位的RFID讀寫頭自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前工位的發(fā)動(dòng)機(jī)信息，工位裝配設(shè)備根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)等信息執(zhí)行相應(yīng)的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)[2]。同時(shí)采用RFID，對(duì)裝配設(shè)備的重要參數(shù)進(jìn)行記錄，對(duì)裝配過程合格品和不合格品進(jìn)行管理控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)信息的全程追蹤。RFID技術(shù)的應(yīng)用，顯著提高了生產(chǎn)效率。

3.2 智能擰緊設(shè)備應(yīng)用

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線大規(guī)模引入智能擰緊機(jī)、電動(dòng)擰緊槍。擰緊設(shè)備與線體PLC聯(lián)動(dòng)，獲取FRID中的發(fā)動(dòng)機(jī)信息，調(diào)用相應(yīng)的擰緊程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)擰緊扭矩、擰緊角度的精確控制，擰緊數(shù)據(jù)集中采集，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。智能擰緊設(shè)備具有高可靠性、高實(shí)時(shí)性、高耐用性、高精確性等優(yōu)點(diǎn)，確保了產(chǎn)品裝配質(zhì)量。

3.3 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，可降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低人工成本，減少浪費(fèi)，提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)柔性、產(chǎn)品質(zhì)量、安全性，進(jìn)而提升產(chǎn)品及企業(yè)競爭力。多功能機(jī)器人的應(yīng)用是智能工廠的重要保障及體現(xiàn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工廠制造過程，工業(yè)機(jī)器人的典型應(yīng)用主要包括抓取、放置、組裝、涂膠、采集、產(chǎn)品檢測和測試等。

3.4 AG V小車應(yīng)用

AGV（自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車），是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。AGV導(dǎo)航采用的磁線預(yù)埋于地面下，地面無軌道，人員的階級(jí)性、通過性非常好。AGV的運(yùn)行線路調(diào)整比較靈活，與固定的軌道、懸鏈、板鏈運(yùn)送設(shè)備相比，具有靈活、低成本的有優(yōu)勢。AGV應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中的物料、成品運(yùn)輸大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。AVG控制與IT系統(tǒng)對(duì)接，可實(shí)現(xiàn)物流與生產(chǎn)的無縫連接，實(shí)現(xiàn)JIT目標(biāo)，大大降低物流成本，提高生產(chǎn)效率。

3.5 數(shù)字化在線檢測設(shè)備應(yīng)用

數(shù)字化在線檢測設(shè)備適合多品種柔性混線生產(chǎn)，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工件或整機(jī)進(jìn)行精確測量，檢測結(jié)果在線存儲(chǔ)，具有檢測效率高、檢測精度高，無損檢測的特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中，

氣門試漏、扭矩自動(dòng)擰緊及檢測、回轉(zhuǎn)力矩和軸向間隙自動(dòng)檢測、油封自動(dòng)壓裝及測漏、整機(jī)氣密性檢測、在線冷試、電氣檢查測試等在線檢測設(shè)備的應(yīng)用，可顯著提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

該發(fā)動(dòng)機(jī)工廠的“智能工廠”裝配線上述技術(shù)的應(yīng)用，顯著提升了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)為上層MES應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，各技術(shù)應(yīng)用統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，則需搭建共同“語言平臺(tái)”——數(shù)據(jù)采集接口及服務(wù)（OPC ServerClient），進(jìn)而滿足及支撐MES數(shù)據(jù)庫，為MES應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)提供支持，同時(shí)也為生命周期管理系統(tǒng)PLM、企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)信息互通互聯(lián)，消除信息孤島，為企業(yè)快速發(fā)展提供決策支持。

4 結(jié)束語

工業(yè)4.0的基本特征要實(shí)現(xiàn)則要滿足以下三點(diǎn)：（1）通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)橫向集成；

（2）工程端到端數(shù)字集成橫跨整個(gè)價(jià)值鏈；

（3）垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)制造傳統(tǒng)企業(yè)向“智能工廠”轉(zhuǎn)型升級(jí)也需依據(jù)這3點(diǎn)實(shí)施過程，將ERP與MES垂直集成形成信息互聯(lián)、消除計(jì)劃層與執(zhí)行層的信息孤島，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)扁平化管理轉(zhuǎn)變，而MES系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)制造生產(chǎn)過程鑄造、機(jī)加工與總裝3大過程的機(jī)器以及人連接到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中去，機(jī)器與機(jī)器之間、人與機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)對(duì)話的橫向集成物聯(lián)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)制造價(jià)值數(shù)據(jù)共享，最后，要滿足人員、設(shè)備、物料、方法、環(huán)境等互聯(lián)互通則需配備基礎(chǔ)技術(shù)應(yīng)用，重點(diǎn)是RFID技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)高效率、多技術(shù)協(xié)同應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人和移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用。作為傳統(tǒng)制造業(yè)學(xué)習(xí)和借鑒工業(yè)4.0的理念，建設(shè)智能工廠，推進(jìn)兩化深度融合，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，是推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的一劑良方。

[1]李景濤.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)及其應(yīng)用[J].信息技術(shù)快報(bào)，2004，19（11）：9-10.

[2]制造強(qiáng)國戰(zhàn)略研究項(xiàng)目組.智能制造專題卷/制造強(qiáng)國戰(zhàn)略研究[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.