小型金屬配件智能制造新模式研究

王春生

摘要：本文主要針對小型金屬配件的加工制造，從產品的快速升級和消費個性化需求的快速增長以及人力、物力等成本不斷增加的實際出發，研究如何構建一種新的小型金屬配件智能制造的新模式。本文主要從車用小型金屬配件智能制造新模式的構建原則、硬件方案、軟件方案、方案效果等幾個方面闡述如何構建小型金屬配件智能制造的新模式。

關鍵詞：智能制造;新模式;金屬配件;智能工廠

中圖分類號：TG3;TP2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0170-02

0? 引言

隨著汽車產品的快速升級和消費個性化需求的快速增長，對汽車所需要的高精密金屬件產品的研發與制造提出了新的要求，對制造企業產品的交貨期限的管理也越來越嚴格。與此同時，隨著人力、物力、土地、原材料等生產資源成本的上升，對于利潤本就微薄的制造業在控制成本上也提出了很高的要求。2019年5月20日，習近平總書記在推動中部地區崛起工作座談會上指出要推動制造業高質量發展，主動融入新一輪科技和產業革命，加快數字化、網絡化、智能化技術在各領域的應用，推動制造業發展質量變革、效率變革、動力變革。國家為此出臺了《中國制造2025》、《國家智能制造標準體系建設指南》等一系列的文件和規劃方案?？偠灾?，隨著社會的發展，人的需求的提高和各項成本的提高，中國制造企業要想變中國制造為中國創造，要想成為制造強國，要想和世界品牌企業競爭，要想獲取更大的利潤空間，只有徹底革新企業內部生產制造模式，只有通過網絡技術、計算機技術、信息技術、軟件與自動化技術等對傳統生產工藝和生產流程進行改造，改革傳統的產品設計、生產管理、產品服務方式，構建一種智能制造的新模式，才是應對挑戰的新思路。本文作者將以小型金屬配件的精密加工為例，說明如何構造一個新的制造模式，如何以智能工廠設備大數據平臺構建一個智能工廠。

1? 金屬配件智能制造新模式的構建原則

1.1 設備、軟件國產化

根據國家“中國制造2025”的指導方向，為確保生產技術的安全性、自主性，達到相關世界先進技術水平，所構建的智能工廠要盡力做到最大化的國產化，采用國產數控機床、國產的機器人、國產的系統軟件，總之所有關鍵設備和軟件都要國產化。

1.2 裝備自動化

“智能制造”如何體現智能，如何實現智能？擁有全套的智能設備是必要條件，而智能設備的一大特點是高度的自動化，所以要實現裝備自動化，比如加工過程要實現自動裝夾工件，要實現在線自動檢測，毛坯和成品要實現自動搬運和自動分揀入庫等等。

1.3 工廠數字化

整個智能工廠銷售部、采購部、生產部等所有的部門與產品相關的信息都通過軟件轉變成計算機的數據。采用實時工業以太網技術，實現“一網打盡”，構建一個智能制造的大數據平臺。能通過采集的各種數據進行產品全生命周期的管理，能進行企業資源包括人力、物力、時間等各種資源的高效管理，能對生產流程進行科學的排序，能根據車間內數控機床、機器人、AGV小車等設備的重要數據，運用三維技術實現虛擬仿真，實現加工過程的可視化。

1.4 制造過程柔性化

面對大量個性化定制產品的出現，面對產品的快速升級換代，生產設備要有足夠的適應性，不能僅針對某一種產品構建產線，所構建的產線要借助機器人、AGV小車、RFID系統等形成工時動態匹配并能智能排程，以滿足現代生產的需要。

2? 金屬配件智能制造新模式的構建方案

要具體構建智能制造的新模式，首先要搞清楚什么是智能制造？廣義的講智能制造就是面向產品全生命周期的基于智能工廠大數據平臺，依靠先進的信息網絡技術和制造技術以及智能裝備，實現的數字制造。智能制造是信息科學、管理科學、控制科學、制造科學等多學科理論的融合，智能制造的基礎是檢測與傳感技術、互聯網與物聯網技術、自動控制技術、人工智能技術等先進技術。智能制造的過程是智能化的感知、人機交互、決策和執行。智能制造的結果是實現設計過程、制造過程以及制造裝備智能化和數據化。智能制造的組成包括智能設計、智能加工、智能控制、智能檢測、智能物流等。智能制造的內涵：產品是智能的，做產品的過程是智能的，做產品的工具是智能的。從狹義上講智能制造就是通過自動化裝備及通信技術實現生產自動化，通過數據采集技術，應用通信互聯手段（工業以太網等），將數據連接至智能控制系統，將數據應用于企業統一管理控制平臺，從而提供最優化的生產方案、協同制造和設計、個性化定制，最終實現智能化生產。（圖1）

2.1 硬件方案

根據小型金屬配件的加工要求和產品特點，本著設備軟件國產化、裝備自動化、工廠數字化、制造過程柔性化的構建原則，本方案需要的設備主要有高速鉆攻中心數控機床、超聲波清洗機、六關節機器人及工裝夾具并聯機器人與視覺檢測系統、三坐標測量儀、基于RFID的數字化自動流水線、AGV小車及調度系統、立體倉庫、智能安全防護系統等。

對于高速鉆攻中心機床，要實現G00速度達到每分鐘60米，主軸從零加速到2萬轉的時間為兩秒以內，能實現每分鐘5000轉以上的高速剛性攻絲，加工產品的表面光潔度和精度要高，機床能連續運轉，可靠性高，具有較強的網絡功能和自診斷功能，能實現云數控。

裝夾機器人要適應工作空間狹小、點位多的工作環境，要做到高靈活性，所以配置高性能的六關節機器人，機器人夾具采用真空吸盤結構，通過吸附加工件來完成夾持動作，通過機器人的旋轉，配合完成金屬加工件的上料、下料的動作。分揀機器人在視覺檢測系統的配合下，動態檢測工件的缺陷，剔除不合格的加工產品。

使用多臺AGV小車在調度系統的控制下，組成一個柔性的自動搬運系統，用無線網絡通訊技術，實現AGV小車調度系統及產線控制系統的信息傳遞，獲取產線物料需求，實現物料及時自動運達，AGV小車的速度能達到每分鐘36米，而且速度可調，導航采用磁導航方式，誤差控制在正負十毫米內，小車牽引總重量能達到五百千克，采用電池組的供電方式，電池續航時間能大于12個小時，電池組的容量要達到120AH。

總之，金屬配件智能制造新模式的硬件配置思路是采用高檔數控機床完成工件的加工和檢測任務;采用多自由度和靈活性高的機器人和視覺系統，完成工件的自動上料、自動下料以及工件的缺陷檢測工作;采用基于自動引導技術和RFID的射頻檢測技術，構建先進的物料傳送系統。為了保障人身安全，防止人員誤入設備工作區，造成不必要的傷害，要利用先進的傳感檢測技術，構建智能安全防護系統。

2.2 軟件方案

僅僅依靠這些智能設備和產線，只是實現了加工過程的無人化，要達到真正的智能制造，還必須依賴于先進的軟件。本方案為了實現現實虛擬一體化、設計制造一體化、過程管控一體化，為了實現生產資源的有機集成和管理，為建立快速響應、高質量、低成本的精益生產體系，選用了必要的先進制造和管理類工業軟件。選用APS（智能排程）軟件，利用APS模塊的計劃運算功能，再考慮設備人員產能等實際情況的前提下，生成高效的生產作業計劃和投料計劃等傳送給MES系統執行跟蹤，同時MES系統將生產實際成果與設備狀況反饋回APS系統，進行計劃的修改，提高資源的利用率，削減庫存，滿足企業計劃目標，降低成本。運用MES軟件，通過對生產訂單管理及下發，通過協同物料配送，通過與智能裝備的集成，保證生產正常進行，實現過程管控一體化。MES系統的主要功能是質量管理、物料管理、生產任務管理、生產過程管理、庫存管理、車間資源管理等。MES軟件與APS等軟件有些功能可能重復，可以根據需要進行合理的軟件功能分配。選用仿真系統軟件設計虛擬數字化車間，優化車間設備的布局，對制造過程進行可視化監控，實現現實虛擬一體化。利用數控系統的云功能，遠程監控機床的健康狀態，實時了解機床的工作狀況。（圖2）

3? 金屬配件智能制造新模式的實施效果

通過該方案的實施，由于采用智能物流系統，借助機器人等智能設備，實現工件的自動上料、自動下料、自動裝夾、自動檢測、自動入庫、自動傳送、自動清洗等一系列的自動化操作，大大減少了操作人員，使得生產人員節約大約70%，節約了人力成本。企業可以將更多的人員安排在產品的設計、銷售以及售后服務等環節，將有利于企業從單一的生產制造商變為制造服務型企業，可以產生更大的附加值，為企業創造更多的利潤。本方案采用了產品全生命周期管理軟件，從產品的概念、設計、工藝、樣件制作、成批生產、銷售到售后服務各個階段都可以進行信息的創建、管理、分發和應用，實現了研發、制造、營銷、采購、售后服務等各部門圍繞產品進行高效協同工作，縮短產品研制周期30%以上。APS、MES等智能軟件對生產的高效管理和調度，使得車間的人員利用率提升15%以上，設備利用率提高25%以上，效率提高了，設備的能耗卻在下降，真正實現了綠色制造。自動在線檢測系統使用了先進的視覺檢測技術和三坐標測量技術，對產品信息實時跟蹤，避免了不良產品的流轉，產品不良率進一步的下降30%以上，使得產品合格率大幅提高。

4? 總結

制造業的智能升級已成為全球發展的趨勢，要從制造大國變為制造強國，要從制造變創造，我們必須改革現有生產組織形式，采用更先進的設備，更先進的軟件，形成一種制造的新模式。對智能制造新模式的研究還比較膚淺，我們還要更加深入的、全方位的研究智能制造的新模式，培養智能制造的新人才。

參考文獻：

[1]岳維松，程楠，侯彥全.離散型智能制造模式研究——基于海爾智能工廠[J].工業經濟論壇，2017（01）.

[2]侯彥全.遠程運維服務模式研究_以金風科技為例 [J].工業經濟論壇，2017（03）.

[3]趙文珂.速凍食品全流程智能制造新模式的應用研究[J].農業經濟研究，2018（09）.