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企業如何搭建數字化生産車間?
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發布時間:2021-01-07 點擊:394
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1 数字化车间硬件平台搭建
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1.1 智能化生产

智能化在引入数控机床、机器人等生産設備并实现生产自动化的基础上,再以ERP、MES 等管理软件作为中枢管理系统,以视觉相机、RFID标签、扫码器、条码、传感器等为组件,以NC数控系统或PLC为控制单元,以现场总线 PROFIBUS、工业以太网PROFINET、MODUBUS等通信技术为传输网络。能够借助完善的系统获取状态信息、传递控制指令,以此实现科学决策、智能设计、合理排产,监控设备状态,提升设备使用率,指导生产运行,让自动化生产智能设备高效运转。

1.1.1 智能硬件

智能化生産制造單元是將一組能力相近的加工設備和輔助設備進行模塊化、集成化、一體化的聚合,使其具備多品種少批量産品的生産輸出能力。打造智能制造單元是開啓智能化道路行之有效的切入點。爲各車間配置智能制造單元,“智造單元”是一種模塊化的小型數字化工廠實踐,整個單元由自動化模塊、信息化模塊和智能化模塊三部分組成,以“最小的數字化工廠”實現在多品種小批量的生産智能化。在加工領域,注重從單一功能型設備向多功能型設備過渡;在裝配領域,突破人工操作的枷鎖,逐步由人工操作向人機協作、自動化作業轉變;不斷發掘高精尖設備,致力于質量檢測、SPC工站建設;將傳統、簡易的人工搬運等,采用機器人配合視覺定位技術全部實現自動化搬運。

1.1.2 智能设备互联

智能化生産車間以信息化作爲根基,通過將生成車間的不同設備與通訊網絡連接,收集設備的狀態數據和質量數據,並作爲數據采集和分析的基礎。對不同生成設備,采取不同的數據采集方式:對存在數據接口的設備,如加工中心、磨床、PLC控制器、機器人、儀器儀表等,通過Profibus或Profinet網絡將設備數據傳輸到網關;對于沒有數據接口的設備,通過外接傳感器完成設備狀態采集,提升通訊能力,可采取有線或無線兩種方式進行,數據傳輸到網絡後,通過邊緣計算方式完成數據就地分析和存儲,對于數據分析結果彙總,並采用有線或無線的方式,存儲到雲服務器進行數據顯示和後續數據分析工作。設備的聯網接入需完成三項重要的工作:硬件接口的連接、軟件數據接口互通、接口規範定義。

1.1.3 智能设备数据采集

完整的制造設備應具備完善的檔案信息,包括産品編號、産品描述、産品狀態、産品時間戳等信息。按照已定義的通信接口,與其他設備、裝置以及執行層實現設備和數據的互聯互通。對收集完成的數據進行分析,篩選出合格數據,對于不合格數據采用自動處理和人工處理兩種模式完成,最終保證産量質量狀態的穩定,並可滿足産品的質量追溯。

1.1.4 智能制造执行系统

建立MES制造执行系统,运用生产调度管理、工艺执行与管理、过程控制管理、排程管理、質量管理、设备管理等模块,可时刻管理和展示生产制造全流程。通过开发数字化生产制造执行平台,打通计划、生产、物流、设备间的数据流,构成计划、控制、反馈、调整的完整系统,通过规范的定义接口实现计划、命令的传递和实际生产的无缝衔接,使生产计划、控制命令、信息数据在整个 MES 系统、过程控制系统、自动化体系中透明、及时、顺畅地交互传递,最终实现生产全过程数字化,打造数字化生产车间。

1.2 智能化物流仓储

物流倉儲是制造業中極爲重要的一環,通過應用智能物流倉儲系統可快速完成産品原材料、産品配套件、成品件之間快速流轉和輸送工作,通過采用堆垛機輸送方式和立體倉庫存儲方式提升倉庫貨位周轉效率,降低倉庫轉運過程造成的人工成本,提升轉運效率,實現倉庫儲流數字化管控和智能化運輸。

建设智能物流仓储系统,完善系统组成架构:设备层、操作层、企业层。设备层建设立体仓库、智能叉车、码垛机器人、提升机等仓储设备,建设AGV、智能托盘、物流机器人等物流设备、RFID、机器视觉、智能摄像头等识别设备;操作层增加 WMS、WCS、TMS 等运维软件;企业层则对接ERP、CRM、SCM等管理软件的采购、计划、库存、发货等模块,融入总系统的闭环中。

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2 数字化车间平台搭建

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工藝是將研發設計的産品賦予靈魂的重要一環,推進數字化技術應用並覆蓋于産品的設計、工藝、制造全生命周期,是實現智能制造的關鍵一點。通過工藝數字化信息平台建設,將打通設計、工藝、制造之間數據流,實現上下遊高效協同,通過數字化工藝的深化應用,工藝一致性將實現100%,20%的問題將在規劃早期被驗證發現,産品的生産准備周期將縮短20-30%。

2.1 数字化工艺平台建设初期

完成基礎功能模塊開發及應用。産品准備管理按照APQP實現管控,系統化管控項目進度及交付物;BOM及工藝管理,實現數據及時、准確,提高工藝一致性及標准化;變更管理實現正向與逆向的閉環管理,提升變更執行質量;實現工藝資源管控,實現知識積累、共享和重用。

2.2 工艺数字化平台建设中期

實現工藝創新性管理:通過工藝仿真技術,實現三維數字化工藝規劃及驗證,對工藝合理性進行虛擬仿真及評估;實現三維工藝下廠,提高工藝可視性;通過産線仿真技術,對生産線的裝備、物流、工藝、節拍、人員、生産過程等進行仿真、優化及管理。

2.3 工艺数字化平台建设后期

實現工藝數字化技術深度應用:通過數字映射技術,實現實際生産與虛擬生産聯動,可以及時修正生産中的偏差及問題,實現更科學更智能的生産。加強數字化技術團隊建設,成立專門的項目團隊負責技術研究及系統建設,推進工藝數字化提升工作開展。

建立數字化標准體系及業務流程,根據數據流、業務流傳遞特點及上下遊關系制定完善的數字化流程,實現管理創新促進技術創新、技術創新推進管理創新。加強數字化基礎建設及設計制造輔助工具開發。從軟件基礎環境、數據庫支撐平台、網絡信息環境、信息安全體系等基礎方面進行投入和建設。

2.4 仿真系统应用

結合産線數模、物流仿真等,實現産線仿真,對生産線的裝備、物流、工藝、節拍、人員、生産過程等進行仿真、驗證、優化及管理。通過數字映射技術,實現實際生産與虛擬生産聯動,當生産線出現問題時能夠實時反饋至虛擬系統,通過虛擬系統驗證後更改虛擬參數,可實現生産線同步更改,這樣就可以及時修正生産中的偏差及問題,實現更科學更智能的生産。

通過與MES、ERP、工藝裝備、工藝資源等車間系統深度集成,實現數字化車間技術研究與應用,爲實現智能化車間、産線大數據分析等奠定基礎。

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3 結論

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在數字化車間建設與實施過程中,關鍵點是引用PLM系統實現主數據流貫通和系統集成,數據流貫通保證了數據的准確、及時、共享,系統集成實現了數據的互聯互通。並在此基礎上進一步實現數據可視化、透明化。頂層規劃很重要,在項目開始階段,完成頂層設計方案,確保項目實施過程可控性和可預知性。智能工廠建造過程通過數字化雙胞胎,實現全集成可視化工廠。實現軟件和硬件的智能互聯,通過設置標准網絡接口實現機床間互聯互通。