智能工厂在工业制造企业的推广

海珊

丨作者： 阳恩贵、曾毅

丨来源：《机电工程技术》

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引言

智能制造既是实现制造业结构调整的高端技术，又是支撑制造业高水平的基础性技术。发展智能制造将为制造业的全面发展提供有力推动和必要保障，也是国家的重大战略部署。虽然小家电行业整体增速依然承受较大压力，但是在消费升级的驱动下，中国家电企业正在逐渐放弃过去以大规模传统生产、价格竞争、渠道压货为特点的传统商业模式，而是采取更加开放、多元、更加贴近市场的智能制造生产模式，以满足“多品种、小批量”的个性化客户需求[1]。面对小家电产品快速增长的市场和产业升级，智能工厂是趋势。



中国的家电企业目前多数为传统人工操作生产模式，效率低、品质不稳定，材料成本、制造成本、人工成本高，企业面临招工难，效益低等诸多困难。在此背景下，迫切需要有企业能够率先推出小家电智能制造示范基地。


本文主要介绍了智能工厂系统和各模块子系统的建设及应用情况（冲压、表面处理、注塑、物流），通过采用智能制造生产模式，一方面解决人工和材料成本的上升问题，另一方面通过柔性化制造满足市场的“多品种、小批量”的个性化需求，可以有效提升企业在小家电智能制造产业中的竞争力。

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智能工厂

（1）建立基于互联网和大数据的“智能感知”系统，实现车间数据化、移动化、实时化、可视化管理，真正实现一体化智能工厂管控体系[2]，如图1所示。

图1 智能工厂管控平台

（2）采用行业领先信息化控制系统，实现生产数据自动采集，数据采集分析系统与制造执行系统（MES）之间的数据自动传输。


（3）信息化系统包括：PLM产品研发管理、ERP物料订单管理、SRM协同供应链、MES生产执行、APS高级智能排产、CPS数据采集、BI大数据分析、EMS能耗管理、WMS智能仓储等14个模块[3]。


（4）工业4.0智能工厂的组成：设备自动化、生产可视化、物流智能化、管理移动化、决策数据化。各模块系统相互联通，智能管理仓储信息实时控制，实现移动APP平台管理[4]。

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智能工厂各车间设备及工艺

3.1 冲压设备及工艺


（1）先进的生产线包括：拉伸、清洗、砂光、冲压、焊接和钝化，如图2所示；冲压生产线从传统的多机连线转变为多台大冲床配三次元机械手完成多工序。其特点是线体短、搬运距离短、速度快；视觉定位系统与三次元线高效结合，加工过程可自动较正位置，不同产品都适用，产线柔性高。

图2 冲压车间

（2）砂光段采用视觉捡工件系统和自动砂光机机器人上、下料，实现砂光无人化。


（3）落料采用多排套料，材料利用率提高8.5%，同时采取自动无划伤排料机构，合格率达到99.9%以上。


（4）整个生产线高度自动化集成，检测智能化，物流实现AGV，生产过程采用MES系统，通过中央控制室智能管控；生产线实现“精益化、自动化、信息化、智能化”四化融合。


3.2 表面处理设备及先进工艺


（1）氧化线。采用全自动台式前处理+吊挂式氧化系统，生产线高效节能；采用地链式直带喷砂机+机器人方式实现自动转件，节约人工及成本；全自动添加处理配料系统，保证生产工艺稳定性。中央控制系统，PLC主机配备以太网通信模块，读取PLC的功能数据，监测整个产品表面处理制程，如图3所示。

图3 表面处理车间

（2）清洗线。采用全自动加药系统，配套自动搅拌装置、国外先进的计量泵及管路，以确保表面处理工艺的稳定性。


（3）喷油线。采用全自动喷油系统，控制系统+机器人喷涂，可以实现实时流量监控、定量监控，可快速进行产品切换，保证产品品质，节约涂料用量。


3.3 注塑设备及先进工艺


（1）注塑工艺包括自动供料、自动流水线、机械手自动取件、剪件、处理披锋、包装、AGV自动配送等。


（2）注塑机供料系统高度智能化，将收集到的各项信息（包括设备、产品等）输送到智能系统。不同的产品和模具、工艺自动调节，并将相关工艺数据实时传输给注塑机控制系统。


（3）通过MES系统，能够查看、监控及操作注塑车间的所有设备，有效追踪产品从原料到成品整个流程环节中的所有设备及其运行状况和参数等，当生产过程出现问题，能够快速找到问题源头，及时得到解决[5]。


（4）车间实现人车分流，采用空中廊桥连接，避免物流环节相互干扰，车间运转更加高效顺畅。物流采用地面AGV和空中廊桥输送两种方式结合，车间实现立体式智能物流及快捷输送。

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智能物流

（1）智能化立体仓库是采用堆垛机实现高位货架取货，且堆垛机行走占用空间小，同等面积可以设置更多的货架仓位，同时可以进行高度的延展，提高空间利用率。智能化立体仓库的空间利用率比普通仓库提升5倍以上。


（2）以自动化立体仓库为中心的物流系统，货物存取节奏和速度明显加快，具备快速的出入库能力，也能快速自动地将生产零部件送至产线，减轻了工人的劳动强度，提升了效率，这是普通仓库所不能达到的[6]。


（3）智能化立体仓库采用自动巷道堆垛机取代人工存放货物，既快捷又省力。可以减轻工人劳动强度和减少工人数量，人员约为普通仓库的1/10，同时工人可不进入仓库内部，工作环境得到很大改善。


（4）智能化仓库采用先进的物流管理系统对仓库货物进行管控，增强对货物的管理能力，使管理更加科学、准确、可靠，出入库管理、盘库、报表等变得更加简单方便快捷[7]。


（5）智能仓库配备辅助输送设备，使出入库变得更加省事方便，可以按照订单系统的需求来安排货物的存取，不同的出口自动输出不同订单的货物，提升仓库周转率。


（6）智能化仓库系不需要太多人来维护，节约人力成本，又能改善工作环境。而且采用先进的物流管理系统，大幅提升企业生产管理水平。


（7）普通仓库属于“静态存储”，功能比较单一，而智能仓库采用先进的管理系统和自动化的存取设备，既能够按需自动存取，又能与外部产线实现有机的连接。智能仓库通过先进物流管理系统和自动化设备，成为企业生产物流中的一个非常重要的环节[8]。

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结束语

通过智能制造系统的搭建及应用，实现工业创新和高效生产，产品质量稳定，合格率达到98.5%以上，人员节省50%，效率提升3倍。


以智能化带动传统产业改造升级，很大程度地提升了企业的市场竞争力。智能化平台为企业提供更为专业化、信息化、网络化的服务，实现资源共享，有效节约资源，降低成本，提升效率，促进产业快速可持续发展和跨越式发展，为经济欠发达地区制造企业的信息化建设探索出一种有效的发展路径。

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