數(shù)字化工廠由設備、機器人、AGV、網(wǎng)絡、信息數(shù)據(jù)等構成，集成了產品制造過程和工廠模型的數(shù)據(jù)庫，以提高產品的質量和生產過程所涉及的質量和動態(tài)性能。通過借助計算機，對整個生產過程進行數(shù)據(jù)采集，并可進一步擴展到整個產品制造過程的全生命周期，將打通產品設計和產品制造之間的橋梁，實現(xiàn)信息的集成。而生產車間是組成工廠最重要的組成部分，實現(xiàn)了生產車間的數(shù)字化，基本上完成了數(shù)字化工廠最核心的部分。在數(shù)字化系統(tǒng)建設中以數(shù)據(jù)的可視化管理和應用為核心，而非簡單注重完全的自動化程度。利用PLM系統(tǒng)實現(xiàn)主數(shù)據(jù)流和工業(yè)網(wǎng)絡、智能裝備、智能倉庫、智能系統(tǒng)等方面系統(tǒng)集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流貫通與共享。

1 數(shù)字化車間硬件平臺搭建

1.1 智能化生產

智能化在引入數(shù)控機床、機器人等生產設備并實現(xiàn)生產自動化的基礎上，再以ERP、MES 等管理軟件作為中樞管理系統(tǒng)，以視覺相機、RFID標簽、掃碼器、條碼、傳感器等為組件，以NC數(shù)控系統(tǒng)或PLC為控制單元，以現(xiàn)場總線 PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET、MODUBUS等通信技術為傳輸網(wǎng)絡。能夠借助完善的系統(tǒng)獲取狀態(tài)信息、傳遞控制指令，以此實現(xiàn)科學決策、智能設計、合理排產，監(jiān)控設備狀態(tài)，提升設備使用率，指導生產運行，讓自動化生產智能設備高效運轉。

1.1.1 智能硬件

智能化生產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產品的生產輸出能力。打造智能制造單元是開啟智能化道路行之有效的切入點。為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(shù)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(shù)字化工廠”實現(xiàn)在多品種小批量的生產智能化。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(xié)作、自動化作業(yè)轉變；不斷發(fā)掘高精尖設備，致力于質量檢測、SPC工站建設；將傳統(tǒng)、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(xiàn)自動化搬運。

1.1.2 智能設備互聯(lián)

智能化生產車間以信息化作為根基，通過將生成車間的不同設備與通訊網(wǎng)絡連接，收集設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和質量數(shù)據(jù)，并作為數(shù)據(jù)采集和分析的基礎。對不同生成設備，采取不同的數(shù)據(jù)采集方式：對存在數(shù)據(jù)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(wǎng)絡將設備數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關；對于沒有數(shù)據(jù)接口的設備，通過外接傳感器完成設備狀態(tài)采集，提升通訊能力，可采取有線或無線兩種方式進行，數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡后，通過邊緣計算方式完成數(shù)據(jù)就地分析和存儲，對于數(shù)據(jù)分析結果匯總，并采用有線或無線的方式，存儲到云服務器進行數(shù)據(jù)顯示和后續(xù)數(shù)據(jù)分析工作。設備的聯(lián)網(wǎng)接入需完成三項重要的工作：硬件接口的連接、軟件數(shù)據(jù)接口互通、接口規(guī)范定義。

1.1.3 智能設備數(shù)據(jù)采集

完整的制造設備應具備完善的檔案信息，包括產品編號、產品描述、產品狀態(tài)、產品時間戳等信息。按照已定義的通信接口，與其他設備、裝置以及執(zhí)行層實現(xiàn)設備和數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。對收集完成的數(shù)據(jù)進行分析，篩選出合格數(shù)據(jù)，對于不合格數(shù)據(jù)采用自動處理和人工處理兩種模式完成，最終保證產量質量狀態(tài)的穩(wěn)定，并可滿足產品的質量追溯。

1.1.4 智能制造執(zhí)行系統(tǒng)

建立MES制造執(zhí)行系統(tǒng)，運用生產調度管理、工藝執(zhí)行與管理、過程控制管理、排程管理、質量管理、設備管理等模塊，可時刻管理和展示生產制造全流程。通過開發(fā)數(shù)字化生產制造執(zhí)行平臺，打通計劃、生產、物流、設備間的數(shù)據(jù)流，構成計劃、控制、反饋、調整的完整系統(tǒng)，通過規(guī)范的定義接口實現(xiàn)計劃、命令的傳遞和實際生產的無縫銜接，使生產計劃、控制命令、信息數(shù)據(jù)在整個 MES 系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、自動化體系中透明、及時、順暢地交互傳遞，最終實現(xiàn)生產全過程數(shù)字化，打造數(shù)字化生產車間。

1.2 智能化物流倉儲

物流倉儲是制造業(yè)中極為重要的一環(huán)，通過應用智能物流倉儲系統(tǒng)可快速完成產品原材料、產品配套件、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(xiàn)倉庫儲流數(shù)字化管控和智能化運輸。

建設智能物流倉儲系統(tǒng)，完善系統(tǒng)組成架構：設備層、操作層、企業(yè)層。設備層建設立體倉庫、智能叉車、碼垛機器人、提升機等倉儲設備，建設AGV、智能托盤、物流機器人等物流設備、RFID、機器視覺、智能攝像頭等識別設備；操作層增加 WMS、WCS、TMS 等運維軟件；企業(yè)層則對接ERP、CRM、SCM等管理軟件的采購、計劃、庫存、發(fā)貨等模塊，融入總系統(tǒng)的閉環(huán)中。

2 數(shù)字化車間平臺搭建

工藝是將研發(fā)設計的產品賦予靈魂的重要一環(huán)，推進數(shù)字化技術應用并覆蓋于產品的設計、工藝、制造全生命周期，是實現(xiàn)智能制造的關鍵一點。通過工藝數(shù)字化信息平臺建設，將打通設計、工藝、制造之間數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)上下游高效協(xié)同，通過數(shù)字化工藝的深化應用，工藝一致性將實現(xiàn)100%，20%的問題將在規(guī)劃早期被驗證發(fā)現(xiàn)，產品的生產準備周期將縮短20-30%。

2.1 數(shù)字化工藝平臺建設初期

完成基礎功能模塊開發(fā)及應用。產品準備管理按照APQP實現(xiàn)管控，系統(tǒng)化管控項目進度及交付物；BOM及工藝管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)及時、準確，提高工藝一致性及標準化；變更管理實現(xiàn)正向與逆向的閉環(huán)管理，提升變更執(zhí)行質量；實現(xiàn)工藝資源管控，實現(xiàn)知識積累、共享和重用。

2.2 工藝數(shù)字化平臺建設中期

實現(xiàn)工藝創(chuàng)新性管理：通過工藝仿真技術，實現(xiàn)三維數(shù)字化工藝規(guī)劃及驗證，對工藝合理性進行虛擬仿真及評估；實現(xiàn)三維工藝下廠，提高工藝可視性；通過產線仿真技術，對生產線的裝備、物流、工藝、節(jié)拍、人員、生產過程等進行仿真、優(yōu)化及管理。

2.3 工藝數(shù)字化平臺建設后期

實現(xiàn)工藝數(shù)字化技術深度應用：通過數(shù)字映射技術，實現(xiàn)實際生產與虛擬生產聯(lián)動，可以及時修正生產中的偏差及問題，實現(xiàn)更科學更智能的生產。加強數(shù)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(tǒng)建設，推進工藝數(shù)字化提升工作開展。

建立數(shù)字化標準體系及業(yè)務流程，根據(jù)數(shù)據(jù)流、業(yè)務流傳遞特點及上下游關系制定完善的數(shù)字化流程，實現(xiàn)管理創(chuàng)新促進技術創(chuàng)新、技術創(chuàng)新推進管理創(chuàng)新。加強數(shù)字化基礎建設及設計制造輔助工具開發(fā)。從軟件基礎環(huán)境、數(shù)據(jù)庫支撐平臺、網(wǎng)絡信息環(huán)境、信息安全體系等基礎方面進行投入和建設。

2.4 仿真系統(tǒng)應用

結合產線數(shù)模、物流仿真等，實現(xiàn)產線仿真，對生產線的裝備、物流、工藝、節(jié)拍、人員、生產過程等進行仿真、驗證、優(yōu)化及管理。通過數(shù)字映射技術，實現(xiàn)實際生產與虛擬生產聯(lián)動，當生產線出現(xiàn)問題時能夠實時反饋至虛擬系統(tǒng)，通過虛擬系統(tǒng)驗證后更改虛擬參數(shù)，可實現(xiàn)生產線同步更改，這樣就可以及時修正生產中的偏差及問題，實現(xiàn)更科學更智能的生產。

通過與MES、ERP、工藝裝備、工藝資源等車間系統(tǒng)深度集成，實現(xiàn)數(shù)字化車間技術研究與應用，為實現(xiàn)智能化車間、產線大數(shù)據(jù)分析等奠定基礎。

3結論

在數(shù)字化車間建設與實施過程中，關鍵點是引用PLM系統(tǒng)實現(xiàn)主數(shù)據(jù)流貫通和系統(tǒng)集成，數(shù)據(jù)流貫通保證了數(shù)據(jù)的準確、及時、共享，系統(tǒng)集成實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。并在此基礎上進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化、透明化。頂層規(guī)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(shù)字化雙胞胎，實現(xiàn)全集成可視化工廠。實現(xiàn)軟件和硬件的智能互聯(lián)，通過設置標準網(wǎng)絡接口實現(xiàn)機床間互聯(lián)互通。

審核編輯 黃宇