流水線的智能化改造
發(fā)布日期：2017-03-14 來源：《上海設(shè)備管理》
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中國經(jīng)過了近30多年的發(fā)展，已經(jīng)從工業(yè)的極度落后狀態(tài)轉(zhuǎn)變 成了世界制造業(yè)大國，各種工業(yè)產(chǎn)值都位居世界前列，然而中國的工業(yè)大而不強(qiáng)，大部分產(chǎn)業(yè)都處于低附加值。為了使中國從制造業(yè)大國轉(zhuǎn)向制造業(yè)強(qiáng)國，中國提出了智能制造2025，其核心是以互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)帶動整個工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。文章以斷路器生產(chǎn)線改造為例，闡述從傳統(tǒng)流水線到智能化流水線的改造過程，以供其它流水線的智能化改造借鑒。
一、改造前的流水線情況
1、流水線生產(chǎn)情況
改造前流水線包括人工裝配、自動測試、自動裝配等工序。流水線前段采用人工裝配，后段采用自動模式。每個自動工序配置了一個PLC進(jìn)行運(yùn)動控制。產(chǎn)品首先進(jìn)行噴碼，然后進(jìn)入各工序或裝配或檢測，不合格產(chǎn)品在工序結(jié)束時被剔除。流水線可以生產(chǎn)不同型號的產(chǎn)品。當(dāng)切換生產(chǎn)的產(chǎn)品型號時，需通過事先設(shè)置好產(chǎn)品型號, 設(shè)置一系列的參數(shù)，然后才可以生產(chǎn)。觸控屏和PLC間通過串口相連，PLC無網(wǎng)絡(luò)通訊接口，PLC間各自獨(dú)立處理，互相不進(jìn)行信息交換。PLC數(shù)據(jù)僅在本地觀看不能上傳及存儲。
2、生產(chǎn)存在的問題
斷路器流水線每條線每天會生產(chǎn)3萬件產(chǎn)品的產(chǎn)量。每個產(chǎn)品涉及到的零件包括鉚釘、彈簧、外殼、搭扣、電感器、觸片等多達(dá)20 種不同零件。產(chǎn)品包括1P、2P、3P、4P等多種規(guī)格。又根據(jù)功能進(jìn)一步分為空開和漏電兩種類型產(chǎn)品。流水線本身又包括人工裝配、自 動裝配兩種方式。
斷路器流水線是一個典型以離散式生產(chǎn)為主、流程生產(chǎn)為輔、裝配生產(chǎn)為重點(diǎn)，屬于典型的元器件裝配型生產(chǎn)車間。公司原引入ERP系統(tǒng)來對生產(chǎn)進(jìn)行管理，然而生產(chǎn)計(jì)劃管理受市場的影響越來越大，企業(yè)的生產(chǎn)和任務(wù)分配仍按傳統(tǒng)的方式運(yùn)作，明顯感覺計(jì)劃跟不上變化，生產(chǎn)適應(yīng)不了需要，經(jīng)常導(dǎo)致車間生產(chǎn)任務(wù)失衡，不得不靠加班來改善生產(chǎn)能力。因此，逐步改善和提高企業(yè)管理水平和技術(shù)基礎(chǔ)成了企業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。
3、流水線改造的技術(shù)難點(diǎn)
對于一個大的集團(tuán)企業(yè)，各個部門分布廣泛，終端系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、庫存等各個系統(tǒng)之間不僅地理上相對分散，系統(tǒng)間的差異性也相當(dāng)大。而在將多個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析及聯(lián)動的過程中，如何保證各個系統(tǒng)的接口統(tǒng)一，數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性是整個 改造過程的一個難點(diǎn)。
改造前ERP與生產(chǎn)線控制系統(tǒng)之間不發(fā)生任何信息流動及關(guān)系。生產(chǎn)計(jì)劃由人工根據(jù)交貨期反推，排產(chǎn)未考慮物流、庫存、人員等各方面因素，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃經(jīng)常修改，并且不精確。如何能夠?qū)⒏鱾�系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動聯(lián)動調(diào)節(jié)，做到精確細(xì)致地安排生產(chǎn)是整個智能化改造成功的關(guān)鍵。
二、流水線的智能化改造的實(shí)現(xiàn)
1、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在每條流水線設(shè)計(jì)PDAS層，用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)指令下發(fā)，負(fù)責(zé)條碼等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲、畫面流程圖顯示，以及產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、工藝參數(shù)統(tǒng)計(jì)等。同時負(fù)責(zé)向MES提供數(shù)據(jù)請求服務(wù)。
構(gòu)造MES層，負(fù)責(zé)配料管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、報表統(tǒng)計(jì)、高級自動排程等。
2、硬件改造
首先原有的PLC用自帶以太網(wǎng)模塊、大緩存高主頻的PLC型號代替，以處理復(fù)雜運(yùn)算和大流量數(shù)據(jù)的通訊。其次需要對整個流水線進(jìn)行信息化改造，通過合理的布線把各個工序PLC通過以太網(wǎng)方式連接到數(shù)據(jù)中心。為了加入產(chǎn)品追溯功能，在每個工序中加入掃碼裝置，把每個產(chǎn)品數(shù)據(jù)和相應(yīng)的條碼聯(lián)系起來。同時在相應(yīng)的工序加入電壓、電流、壓力等傳感器實(shí)時監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。
3、軟件改造
通過構(gòu)造MES-PDAS層，實(shí)現(xiàn)ERP系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的直接對接，物流、庫存、人員等數(shù)據(jù)做到實(shí)時準(zhǔn)確。通過對物流、庫存、人員、訂單等綜合信息的計(jì)算分析直接生成日計(jì)劃，從而實(shí)現(xiàn)智能化排產(chǎn)。ERP系統(tǒng)可以直接作用于流水線的生產(chǎn)活動，有效做到全過程的自動化，實(shí)現(xiàn)從訂單到生產(chǎn)線的智能化生產(chǎn)模式。
三、生產(chǎn)線改造的關(guān)鍵技術(shù)
1、數(shù)據(jù)互聯(lián)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
有別于傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)的集中式數(shù)據(jù)采集及通訊，本系統(tǒng)采用了分布式多Agent技術(shù)。每條產(chǎn)線獨(dú)立成一個系統(tǒng)，系統(tǒng)間采用最小數(shù)據(jù)通訊原則，各種原始數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)后再上傳到MES系統(tǒng)，減少各系統(tǒng)間的耦合度，充分發(fā)揮多Agent技術(shù)的特點(diǎn)。
2、大生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)控制
傳統(tǒng)的MES系統(tǒng)對生產(chǎn)過程不進(jìn)行干預(yù)，僅對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，并給出排產(chǎn)結(jié)果，生產(chǎn)過程依然大部分由人工干預(yù)完成，所以在某種意義上來說并不算一個閉環(huán)的系統(tǒng)。而智能制造的意義在于整個制造過程的網(wǎng)絡(luò)化，在遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)端不僅僅能查看生產(chǎn)流圖和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且能對生產(chǎn)進(jìn)行自動干預(yù)，根據(jù)訂單、庫存、物流等信息調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度，生成派工單，并根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的反饋所得到的訂單進(jìn)度情況和設(shè)備的運(yùn)行情況，實(shí)時調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和配料計(jì)劃，從而形成一個大的反饋閉環(huán)系統(tǒng)。
3、海量數(shù)據(jù)分析
改造后生產(chǎn)線的各種原始數(shù)據(jù)會存入分布于各處的數(shù)據(jù)服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)包括設(shè)備各種運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品相關(guān)的測量值的數(shù)據(jù)，通過綁定條碼形成可以區(qū)分的數(shù)據(jù)形式。
通過長時間的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，可獲得各工序所耗費(fèi)的平均時間，從而尋找出整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)瓶頸；通過統(tǒng)計(jì)工序的故障頻次及種類，我們就能知道哪個工序最容易發(fā)生故障；通過統(tǒng)計(jì)故障類型就能了解掌握每個工序最容易出現(xiàn)的故障種類，這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對設(shè)備的改造和產(chǎn)品的改進(jìn)具有積極的指導(dǎo)意義。
四、結(jié)束語
智能制造是一個綜合性的系統(tǒng)工程，以信息通信技術(shù)（ICT）等為手段，可以達(dá)到提高生產(chǎn)效率和有效管理能力的目標(biāo)。本例中生產(chǎn)線加入MES-PDAS系統(tǒng)后，系統(tǒng)除了具備自動排程和產(chǎn)品質(zhì)量追溯功能，通過互聯(lián)技術(shù)還能將整個生產(chǎn)系統(tǒng)與ERP 系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等形成聯(lián)動，形成一個大的閉環(huán)聯(lián)動系統(tǒng)。改造后系統(tǒng)生產(chǎn)更加高效，管理更加便利，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)等更加準(zhǔn)確，有效整合了各種資源。文章給出的傳統(tǒng)生產(chǎn)線智能化改造方案可供其他傳統(tǒng)生產(chǎn)線的智能化改造借鑒。
作者：劉偉 單位：上海交通大學(xué)自動化系
