程曉蒙

(鴻富晉精密工業(yè)(太原)有限公司，山西 太原 030032)

規(guī)?；a(chǎn)中智慧工廠的初步建立

程曉蒙

(鴻富晉精密工業(yè)(太原)有限公司，山西 太原 030032)

以產(chǎn)品在CNC規(guī)?；a(chǎn)過(guò)程為背景，提出并分析了工廠自動(dòng)化所經(jīng)歷的三個(gè)重要的發(fā)展階段及其特點(diǎn)，即單一化、連接化及智慧化的建立。工廠自動(dòng)化在規(guī)模化生產(chǎn)過(guò)程中，不僅提高了生產(chǎn)效率，降低人的生產(chǎn)參預(yù)度，更重要的是通過(guò)細(xì)化生產(chǎn)過(guò)程，不斷消除人對(duì)產(chǎn)能、工藝、品質(zhì)、成本等生產(chǎn)要素的不利影響，提升人力價(jià)值。通過(guò)對(duì)CNC智慧工廠實(shí)際生產(chǎn)案例的分析，提出了“自動(dòng)化+互聯(lián)網(wǎng)+精益生產(chǎn)=智慧工廠”的生產(chǎn)模式，構(gòu)建工廠生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，不斷提升技術(shù)管理的價(jià)值度，使工廠自動(dòng)化真正融入生產(chǎn)工藝及管理細(xì)節(jié)中，用科學(xué)化管理替代傳統(tǒng)人治模式。

工業(yè)4.0;規(guī)?；a(chǎn); 智慧工廠;自動(dòng)化;互聯(lián)網(wǎng);精益生產(chǎn);物流

1 規(guī)模化生產(chǎn)中工廠自動(dòng)化的發(fā)展

隨著規(guī)?；a(chǎn)的不斷加大，工廠自動(dòng)化在生產(chǎn)中的需求越來(lái)越成為企業(yè)技術(shù)改造，創(chuàng)新發(fā)展的重點(diǎn)，同時(shí)也成為制造企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。工廠自動(dòng)化在發(fā)展到一定階段后，尤其是在利用自動(dòng)化設(shè)備、機(jī)器人等替代了部分生產(chǎn)作業(yè)人員，減少人力配置需求，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度等基礎(chǔ)上，為工廠優(yōu)化生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)保證。

工廠自動(dòng)化在發(fā)展初期，經(jīng)歷了兩個(gè)階段。第一個(gè)是單一化階段，從解決生產(chǎn)單一的，與直接生產(chǎn)人力相關(guān)的問(wèn)題入手，針對(duì)人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，人力配置及生產(chǎn)成本較高的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，開發(fā)功能單一的自動(dòng)化設(shè)備，以節(jié)省直接生產(chǎn)人力；第二個(gè)階段是實(shí)體設(shè)備連接化，進(jìn)行工廠生產(chǎn)制程連接化的整體規(guī)劃，為降低車間物流人力，規(guī)劃并開發(fā)了自動(dòng)化物流線、AGV(自動(dòng)導(dǎo)引車)等自動(dòng)物流技術(shù)，將車間里一個(gè)個(gè)孤立的生產(chǎn)設(shè)備、工站等，有機(jī)連接起來(lái)，以減少中間環(huán)節(jié)，縮短產(chǎn)品物流周期，使加工、裝配、檢測(cè)、物流、取放物料等生產(chǎn)過(guò)程融為一體。工廠生產(chǎn)連接化的規(guī)劃，及自動(dòng)物流技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅有效減少了物流等間接生產(chǎn)人力，同時(shí)也縮短了生產(chǎn)周期，使物料準(zhǔn)確、連續(xù)、及時(shí)地在各工站之間進(jìn)行自動(dòng)傳遞對(duì)接。

工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)應(yīng)用，使工廠自動(dòng)化的發(fā)展如虎添翼。機(jī)器人配合自動(dòng)化設(shè)備，在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的大量滲透應(yīng)用，替代人工操作設(shè)備，直接生產(chǎn)人力大幅度減少，是工廠自動(dòng)化在這一時(shí)期發(fā)展的特點(diǎn)。機(jī)器人在車間內(nèi)有序地運(yùn)行，使車間成為機(jī)器人的天下，生產(chǎn)過(guò)程蔚為壯觀。

工廠自動(dòng)化通過(guò)這兩個(gè)階段的發(fā)展，生產(chǎn)全過(guò)程滲透，全面增強(qiáng)了規(guī)?；a(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力。自動(dòng)化設(shè)備以及工業(yè)機(jī)器人的大量生產(chǎn)投入，大幅度降低了直接和間接生產(chǎn)人力的需求，在解決企業(yè)的“用工荒”，“人性化”等與生產(chǎn)人力相關(guān)的問(wèn)題上，發(fā)揮了重要作用。

2 工廠自動(dòng)化的發(fā)展瓶頸

工廠車間作為規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)的基本單元，是直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的主體[2]。因而，其生產(chǎn)組織管理的優(yōu)劣，生產(chǎn)運(yùn)行的效率及品質(zhì)，直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量、制造成本、交貨期等各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)，進(jìn)而影響企業(yè)的發(fā)展。因此，車間生產(chǎn)管理的主要矛盾，也是規(guī)模化生產(chǎn)的主要矛盾。

規(guī)?；a(chǎn)運(yùn)行的連續(xù)穩(wěn)定，都需要以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)的車間生產(chǎn)實(shí)時(shí)運(yùn)行的能見度較低，生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析均以手工報(bào)表為主，準(zhǔn)確性及實(shí)時(shí)性較差，經(jīng)常處于滯后狀態(tài)。生產(chǎn)決策，以經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，缺少實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持，無(wú)法及時(shí)有效地掌握生產(chǎn)運(yùn)行狀況，經(jīng)常處于決策置后，亡羊補(bǔ)牢的無(wú)奈，生產(chǎn)面臨著較高的風(fēng)險(xiǎn)壓力[2-4]。

同時(shí)，生產(chǎn)調(diào)度，工藝管理，質(zhì)量管理，設(shè)備維護(hù)，過(guò)程控制等各系統(tǒng)相互獨(dú)立，缺乏數(shù)據(jù)共享，形成了信息孤島，嚴(yán)重制約著工廠內(nèi)各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。生產(chǎn)過(guò)程中，人的參預(yù)度較高，導(dǎo)致生產(chǎn)運(yùn)行的組織、協(xié)調(diào)、溝通過(guò)程，受人的主觀影響因素較多。產(chǎn)品在生產(chǎn)物流過(guò)程的隨機(jī)性，決定了生產(chǎn)信息，在加工、物流、品質(zhì)，異常處理等及時(shí)獲取與處理的復(fù)雜性。

工廠自動(dòng)化在最初發(fā)展階段，通過(guò)技術(shù)手段，提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，然而，這個(gè)階段的生產(chǎn)應(yīng)用，還只是停留在節(jié)省基礎(chǔ)人力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度等方面。面對(duì)規(guī)?；a(chǎn)深層次存在的，生產(chǎn)效率低，組織協(xié)調(diào)難，成本過(guò)高，浪費(fèi)嚴(yán)重等矛盾情形的出現(xiàn)，工廠自動(dòng)化卻力不從心；針對(duì)規(guī)?；a(chǎn)中，在生產(chǎn)管理、工藝流程、品質(zhì)管理、物流規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度等提出的組織效率，科學(xué)決策等方面的要求時(shí)，單憑已有的工廠自動(dòng)化技術(shù)手段往往無(wú)能為力[7]。

工廠自動(dòng)化與規(guī)?；a(chǎn)之間是相輔相成，相互依存的關(guān)系。規(guī)?；a(chǎn)中矛盾產(chǎn)生之際，恰是工廠自動(dòng)化發(fā)展之時(shí)。工廠自動(dòng)化，在發(fā)展初期的廣泛生產(chǎn)應(yīng)用，降低了基礎(chǔ)人力的生產(chǎn)參預(yù)度，為了更進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境，降低人的生產(chǎn)干預(yù)，通過(guò)建立智慧工廠的生產(chǎn)模式，利用先進(jìn)技術(shù)及管理方法，融入生產(chǎn)，使生產(chǎn)過(guò)程形成客觀、及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)共享環(huán)境，從而降低管理層的生產(chǎn)參預(yù)度，減少主觀判斷，使管理科學(xué)化、智能化替代傳統(tǒng)的人治模式，這樣帶給生產(chǎn)的不僅是節(jié)省人力，提高工作效率，更重要的是確保了決策的準(zhǔn)確性，以及人力價(jià)值的最大化體現(xiàn)。

3 智慧工廠的建立模式：自動(dòng)化+互聯(lián)網(wǎng)+精益生產(chǎn)=智慧工廠

智慧工廠的建立，是以提升資源利用率和生產(chǎn)效率為價(jià)值目標(biāo)，創(chuàng)造不斷挖掘新型工業(yè)化潛力的精益化生產(chǎn)環(huán)境，以生產(chǎn)制造、自動(dòng)化等剛性技術(shù)為基礎(chǔ)，以企業(yè)文化、精益生產(chǎn)等軟性指標(biāo)為核心，在“工業(yè)4.0”的推動(dòng)下，通過(guò)建立“自動(dòng)化+互聯(lián)網(wǎng)+精益生產(chǎn)”的工廠生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)(如圖1)，將全部生產(chǎn)要素(工藝、設(shè)備、資源、信息、產(chǎn)品和人等)融入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以無(wú)線或有線方式，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控，分析改善，使生產(chǎn)運(yùn)行持續(xù)、穩(wěn)定、提高[5-6]。

智慧工廠重點(diǎn)研究生產(chǎn)、設(shè)施、管理在網(wǎng)絡(luò)智能化系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)施布局規(guī)劃及其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，主要涉及生產(chǎn)物流管理，人機(jī)互動(dòng)等的技術(shù)應(yīng)用。工廠自動(dòng)化在實(shí)現(xiàn)實(shí)體連接化后，解決了生產(chǎn)物流，人與物，物與物互動(dòng)的剛性技術(shù)需求；在人機(jī)交互和物流傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)中，利用AGV、自動(dòng)流水線等方式，連接各工作母機(jī)、加工單元，進(jìn)行物與物連接，并接入生產(chǎn)信息系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)度自動(dòng)運(yùn)行；利用自動(dòng)化設(shè)備，機(jī)器人等方式，代替人工在生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工，自動(dòng)取放物料，自動(dòng)物流傳輸?shù)冗^(guò)程，大幅減少直接和間接生產(chǎn)人力。

智慧工廠的網(wǎng)絡(luò)布局，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的虛擬化連接，人、機(jī)器和資源，按照既定邏輯運(yùn)行，相互溝通協(xié)作，將設(shè)備數(shù)據(jù)和控制信息，可靠地傳遞到管理層，實(shí)現(xiàn)了人與人，人與物及物與物之間的及時(shí)交流[5-6]，在加工、裝配、取放、檢驗(yàn)、包裝、物流、倉(cāng)儲(chǔ)等生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中，自動(dòng)完成了數(shù)據(jù)采集、分析處理、信息交互、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、生產(chǎn)調(diào)度、替代生產(chǎn)技術(shù)和管理人員的溝通協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)采集，以及分析決策等過(guò)程，使人從常規(guī)的、低效的技術(shù)管理工作中解放出來(lái)，專注于創(chuàng)新、增值等活動(dòng)。

智慧工廠的整體規(guī)劃，最終將剛性的自動(dòng)化，柔性的精益生產(chǎn)，虛擬現(xiàn)實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)等三個(gè)方面融合在一起，形成了剛?cè)嵯酀?jì)，虛實(shí)結(jié)合，軟硬兼施的細(xì)微化，連接化，標(biāo)準(zhǔn)化的智慧生產(chǎn)模式。該生產(chǎn)模式以精益生產(chǎn)為核心，規(guī)范并細(xì)化生產(chǎn)過(guò)程，精確計(jì)算產(chǎn)品生產(chǎn)成本，在產(chǎn)品價(jià)值流中，識(shí)別和消滅浪費(fèi)，將生產(chǎn)資源保持在最低配置程度。同時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程“透明化”，車間“可視化”，使決策者對(duì)生產(chǎn)狀況“一覽無(wú)余”，便于科學(xué)策劃，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)和管理的完美結(jié)合，指引著生產(chǎn)朝著科學(xué)，高效的方向發(fā)展[2-4]。

4 CNC智慧工廠的初步建立

本案例中智慧工廠的建立，是以A客戶的某產(chǎn)品，在CNC數(shù)控加工中進(jìn)行的大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程為背景，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備開發(fā)，設(shè)備連接化，工廠整體自動(dòng)物流規(guī)劃的建立；從單一的自動(dòng)化設(shè)備開發(fā)，到利用IE(工業(yè)工程)和精益生產(chǎn)方法，使自動(dòng)化與生產(chǎn)融為一體；從生產(chǎn)數(shù)據(jù)的手工報(bào)表，到系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建立，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，分析決策，優(yōu)化工藝及管理過(guò)程，最終初步實(shí)現(xiàn)CNC智慧工廠的建立。

4.1 生產(chǎn)背景

某產(chǎn)品在CNC規(guī)?；纳a(chǎn)加工中，經(jīng)過(guò)了從原材料輸入，車間內(nèi)物流，物料與流動(dòng)夾具裝夾，CNC加工，檢驗(yàn)，物料與流動(dòng)夾具拆夾，產(chǎn)品輸出，以及流動(dòng)夾具的循環(huán)利用等過(guò)程。在此過(guò)程中，已加工的產(chǎn)品與流動(dòng)夾具分離，流動(dòng)夾具重新又投入到新物料的裝夾及生產(chǎn)加工循環(huán)中，以此完成產(chǎn)品在CNC工段的批量加工過(guò)程，工藝流程如圖2所示。

產(chǎn)品在CNC批量生產(chǎn)加工過(guò)程中，產(chǎn)能排配以及品質(zhì)要求較高，人力角色較多，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境較惡劣，工作內(nèi)容單一。人工參預(yù)了CNC批量生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)，尤其是在操作CNC及物料的取放，物流，檢驗(yàn)，以及物料與流動(dòng)夾具的拆，裝夾等過(guò)程。CNC操作員作為直接生產(chǎn)人力，主要負(fù)責(zé)操作CNC數(shù)控設(shè)備，以及產(chǎn)品在設(shè)備內(nèi)的取放安裝，產(chǎn)品自檢和生產(chǎn)監(jiān)控等工作；間接生產(chǎn)人力主要有：物流員，檢驗(yàn)員，裝拆夾員，生產(chǎn)技術(shù)管理人員，以及維保人員。其中，物流員負(fù)責(zé)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的物料運(yùn)送；裝拆夾員，負(fù)責(zé)產(chǎn)品與流動(dòng)夾具的裝夾與拆卸；檢驗(yàn)人員對(duì)CNC加工后的產(chǎn)品，進(jìn)行品質(zhì)確認(rèn)；生產(chǎn)技術(shù)管理人員，進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，工藝優(yōu)化，異常處理等工作。

規(guī)?；纳a(chǎn)過(guò)程，主要圍繞著產(chǎn)能、品質(zhì)、成本等目標(biāo)要求開展的，任何生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響到產(chǎn)能的達(dá)成，以及品質(zhì)的保證，進(jìn)而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是產(chǎn)品在物流、取放、安裝等環(huán)節(jié)中，人工操作的及時(shí)性，可靠性，都會(huì)影響到CNC加工效率，從而影響產(chǎn)能；人工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度、人員素質(zhì)、影響到產(chǎn)品加工的品質(zhì)、產(chǎn)能；人力配置數(shù)量，CNC加工設(shè)備的投入量及利用率，會(huì)影響到生產(chǎn)成本；刀具的異常，流動(dòng)夾具與產(chǎn)品裝夾的鎖緊力矩等技術(shù)要求，會(huì)影響到產(chǎn)品加工品質(zhì)。因此，利用工廠自動(dòng)化手段，降低人工的生產(chǎn)參預(yù)度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)提高產(chǎn)能，提升品質(zhì)，降低成本的目標(biāo)要求。

4.2 工廠自動(dòng)化在CNC生產(chǎn)過(guò)程的三個(gè)發(fā)展階段

工廠自動(dòng)化在CNC生產(chǎn)過(guò)程的發(fā)展，經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一個(gè)階段為CNC生產(chǎn)單一自動(dòng)化，開發(fā)“一拖二系統(tǒng)”、鎖拆螺絲機(jī)等設(shè)備，以節(jié)省CNC操作人員，及裝拆夾人力；第二個(gè)階段是CNC生產(chǎn)連接化，開發(fā)“一拖N”，“二二相連”系統(tǒng)，以及利用AGV，流水線等規(guī)劃生產(chǎn)物流，以節(jié)省間接生產(chǎn)人力；第三個(gè)階段是CNC生產(chǎn)智慧化，實(shí)現(xiàn)工藝及管理的全程監(jiān)控，及數(shù)據(jù)采集，以提升管理效率、技術(shù)水平，節(jié)省CNC生產(chǎn)技術(shù)管理人力。

4.2.1 CNC生產(chǎn)單一自動(dòng)化

工廠自動(dòng)化發(fā)展的第一階段，只是為減少直接生產(chǎn)人力，降低勞動(dòng)強(qiáng)度為目的。產(chǎn)品在CNC生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)原物料與流動(dòng)夾具在裝夾、拆夾時(shí)，人力需求較多，勞動(dòng)強(qiáng)度較大等情形，開發(fā)了自動(dòng)鎖拆螺絲機(jī)，節(jié)省了全部流動(dòng)夾具的裝拆夾人員，消除了其鎖緊力矩對(duì)CNC加工品質(zhì)的影響，同時(shí)也降低生產(chǎn)成本。通過(guò)對(duì)CNC操作員的作業(yè)要求，及動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行調(diào)研分析，開發(fā)了機(jī)器人“一拖二”系統(tǒng)(如圖3)，利用1臺(tái)機(jī)器人對(duì)應(yīng)2臺(tái)CNC，完成CNC側(cè)門的自動(dòng)開、關(guān)、取、放物料等的作業(yè)動(dòng)作，替代CNC操作人力，提升CNC的工作效率。

產(chǎn)品在CNC加工后，檢驗(yàn)人員利用檢具，對(duì)產(chǎn)品外觀，加工尺寸進(jìn)行品質(zhì)確認(rèn)。由于是全檢，因此，檢驗(yàn)人力需求量大，勞動(dòng)強(qiáng)度較高，而且檢驗(yàn)過(guò)程受人工的主觀意識(shí)影響較大，易誤判。針對(duì)這種情形，開發(fā)了自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，既節(jié)省了人力，同時(shí)也降低了品質(zhì)誤判風(fēng)險(xiǎn)。

4.2.2 CNC生產(chǎn)連接化

自動(dòng)化設(shè)備在投入生產(chǎn)運(yùn)行后，由于受來(lái)料及時(shí)性，物流，人力配合，各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)等諸多因素影響，其工作效率并不高，物流人力需求較多，卻滿足不了產(chǎn)能要求。因此，工廠自動(dòng)化發(fā)展的第二階段，為降低間接生產(chǎn)人力需求，減少由于中間環(huán)節(jié)較多，導(dǎo)致的生產(chǎn)成本較高，工作效率不足，產(chǎn)能損失等的影響，采用連接化、移動(dòng)化的作業(yè)方式，進(jìn)行工廠整體布局規(guī)劃，利用AGV以及自動(dòng)化生產(chǎn)線，將獨(dú)立的自動(dòng)化設(shè)備、工站連接起來(lái)，確保生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定。

機(jī)器人“一拖N”(如圖4)，以及“二二相連”的生產(chǎn)方式，就是機(jī)器人“一拖二”連接化的結(jié)果，不僅節(jié)省了CNC操作員，也節(jié)省了大部分物流人力。機(jī)器人“一拖N”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的條件，就是當(dāng)產(chǎn)品加工CT大于一定數(shù)值時(shí)，機(jī)器人由原有固定位置操作，轉(zhuǎn)變?yōu)榘惭b在有軌AGV上，在既定軌道上，往返移動(dòng)，對(duì)應(yīng)N臺(tái)CNC設(shè)備，進(jìn)行物料的取放、傳遞、運(yùn)動(dòng)、控制、實(shí)現(xiàn)了1臺(tái)機(jī)器人為多臺(tái)CNC設(shè)備的自動(dòng)加工過(guò)程服務(wù)。[9,10]

“二二相連”的生產(chǎn)方式(如圖5)，就是當(dāng)產(chǎn)品加工CT不小于某一數(shù)值時(shí)，利用若干臺(tái)機(jī)器人，將兩條流水線“一拖二”系統(tǒng)連接起來(lái)，完成待加工物料的連續(xù)輸入，以及成品連續(xù)輸出的物流循環(huán)過(guò)程。

顯然，“二二相連”與“一拖N”系統(tǒng)適用不同的生產(chǎn)條件?！岸噙B”生產(chǎn)方式，投入的機(jī)器人數(shù)量較多，成本較高，但其生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，通用性較好，并且可串接較多的“一拖二”模組，適用于加工CT較少的產(chǎn)品?！耙煌螻”系統(tǒng)，只需配置一臺(tái)機(jī)器人，并且經(jīng)常處于移動(dòng)中，不同于“二二相連”中處于固定位置的機(jī)器人，“一拖N”其智能調(diào)度系統(tǒng)要求較高，適用于加工CT較大的產(chǎn)品生產(chǎn)，同樣，對(duì)于若干套“一拖N”系統(tǒng)，亦可采用“NN相連”的生產(chǎn)方式(如圖6)。

CNC工廠整體布局連接化，就是利用AGV和自動(dòng)流水線等方式，代替物流人員，完成物料的自動(dòng)運(yùn)輸、對(duì)接。按照產(chǎn)品在CNC的生產(chǎn)流程，車間布局，AGV在既定的物流調(diào)度邏輯下，有效對(duì)接N套“一拖N”，“二二相連”等柔性加工單元、自動(dòng)裝拆夾、自動(dòng)檢測(cè)等生產(chǎn)工站，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)物流，智能判斷，自動(dòng)裝卸物料等物流協(xié)調(diào)工作(如圖6)。

工廠布局連接化的實(shí)現(xiàn)，有效提高了CNC流動(dòng)夾具的周轉(zhuǎn)效率，縮短了產(chǎn)品的原料輸入，到成品輸出的時(shí)間，提升了產(chǎn)能，減少了物流人力，最終達(dá)到了降低生產(chǎn)成本的目的。

4.2.3 CNC生產(chǎn)智慧化

工廠自動(dòng)化在進(jìn)入第二個(gè)階段，形成實(shí)體化連接后，仍然需要較多的生產(chǎn)技術(shù)管理人員，手工采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，制定生產(chǎn)計(jì)劃，協(xié)調(diào)生產(chǎn)進(jìn)度，優(yōu)化生產(chǎn)工藝以及改善管理方式。技術(shù)管理人員的生產(chǎn)參預(yù)度，手工報(bào)表的準(zhǔn)確性、及時(shí)性、決策的可靠性等方面，成為影響生產(chǎn)管理和企業(yè)發(fā)展的重要因素。

因此，全面降低人工的生產(chǎn)干預(yù)程度，消除人對(duì)產(chǎn)能、品質(zhì)、成本等生產(chǎn)因素的任何不利影響，成為工廠自動(dòng)化第三階段發(fā)展的重要內(nèi)容，同時(shí)，這也是建立智慧工廠的必要條件。

CNC生產(chǎn)智慧化，就是利用IE(工業(yè)工程)及精益生產(chǎn)的理念、方法、按照既定的工藝流程、生產(chǎn)節(jié)拍(TT)，CNC加工CT等技術(shù)參數(shù)，對(duì)CNC生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行整體規(guī)劃。通過(guò)對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行工作研究，以及時(shí)間動(dòng)作分解，分析并優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，制定整體生產(chǎn)運(yùn)行方案，提出滿足時(shí)間動(dòng)作的技術(shù)要求。

根據(jù)方案規(guī)劃要求，建立SCADA生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)連接CNC各加工站點(diǎn)、“一拖N”、“二二相連”等柔性加工單元，裝拆夾等工站，建立“自動(dòng)化+互聯(lián)網(wǎng)+精益生產(chǎn)”的工廠生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)采集各生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并不斷分析、優(yōu)化、調(diào)整，使生產(chǎn)過(guò)程保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。

產(chǎn)品在CNC生產(chǎn)加工的數(shù)據(jù)指標(biāo)，主要有：產(chǎn)能、產(chǎn)品加工周期(CT)、生產(chǎn)節(jié)拍(TT)、加工品質(zhì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)在制量(WIP)、CNC等設(shè)備利用率、工裝夾具的投入數(shù)量、刀具的壽命、以及生產(chǎn)調(diào)度邏輯等方面。這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)效率、成本、品質(zhì)有著緊密的聯(lián)系，因此，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)獲取，分析，并調(diào)整，可持續(xù)不斷地提升技術(shù)及管理水平，消除浪費(fèi)，降低成本，提高生產(chǎn)效率，最終滿足精益生產(chǎn)的要求。

CNC生產(chǎn)過(guò)程智慧化，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)物流智能調(diào)度。AGV對(duì)應(yīng)“一拖N”，“二二相連”等柔性加工單元、裝拆夾等工站的物料調(diào)度邏輯，確定?？繒r(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行方式，協(xié)調(diào)各站點(diǎn)的物料供需平衡，以確保各站點(diǎn)待加工物料及時(shí)運(yùn)送到位，以及成品的及時(shí)流出，滿足整體的生產(chǎn)節(jié)拍。制定智能調(diào)度系統(tǒng)，利用SCADA系統(tǒng)，針對(duì)AGV、“一拖N”、“二二相連”等物料供應(yīng)鏈，進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取并分析產(chǎn)能等數(shù)據(jù)，對(duì)物料供料數(shù)量、方式、頻次、時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在確保品質(zhì)的基礎(chǔ)上，CNC利用率最大化[9-10]。

(2)工藝制程優(yōu)化。①利用IE時(shí)間動(dòng)作研究方法，細(xì)化并分解產(chǎn)品在CNC的加工CT，結(jié)合品質(zhì)要求，將時(shí)間及品質(zhì)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，通過(guò)程序遠(yuǎn)程優(yōu)化及傳輸，縮短加工CT，提升CNC的加工效率。②CNC加工在線檢測(cè)，檢測(cè)關(guān)鍵尺寸，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，智能調(diào)整檢測(cè)內(nèi)容，智能判定加工質(zhì)量；根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，動(dòng)態(tài)獲取最佳加工參數(shù)的設(shè)定，進(jìn)行刀具自動(dòng)補(bǔ)償，延長(zhǎng)刀具使用壽命，以降低成本。

(3)生產(chǎn)管理。圍繞產(chǎn)能、計(jì)劃、成本等生產(chǎn)指標(biāo)，將生產(chǎn)實(shí)時(shí)狀況，生產(chǎn)異常監(jiān)控(待料時(shí)間，異常及處理時(shí)間，原因分析等數(shù)據(jù))，各環(huán)節(jié)的材料消耗(刀具，流動(dòng)夾具等)，時(shí)間成本等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲取，分析判定生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。生產(chǎn)管理人員，通過(guò)中央控制室的大屏幕，及手機(jī)APP，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行全程監(jiān)控，方便對(duì)生產(chǎn)異常及時(shí)處理。

CNC生產(chǎn)智慧化的初步建立，使生產(chǎn)過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單、透明、人性化，圍繞著產(chǎn)能、計(jì)劃、成本等關(guān)鍵生產(chǎn)要素，進(jìn)行細(xì)化和量化，形成了實(shí)時(shí)有效的數(shù)據(jù)共享環(huán)境，原有龐雜的組織機(jī)構(gòu)得到了精減。

5 結(jié)語(yǔ)

智慧工廠的建立，是工廠自動(dòng)化滲透到生產(chǎn)技術(shù)和管理層面，與生產(chǎn)充分融合的體現(xiàn)。它的建立，不僅發(fā)揮了設(shè)備的最佳工作效率，提高產(chǎn)能，降低成本，更重要的是，智慧工廠建立在“自動(dòng)化+互聯(lián)網(wǎng)+精益生產(chǎn)”的基礎(chǔ)上，降低了人的生產(chǎn)參預(yù)度，逐步消除人在生產(chǎn)溝通協(xié)調(diào)過(guò)程中的浪費(fèi)，不斷超越傳統(tǒng)的技術(shù)管理思維定勢(shì)，不斷完善生產(chǎn)過(guò)程，建立了一個(gè)彈性、包容、自我學(xué)習(xí)的、精益求精的工廠智慧生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。

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The preliminary establishment of the smart factory in the scale production

CHENG Xiaomeng

(HFJ Precise Industry(Taiyuan) Co.,Ltd.,Taiyuan 030032,CHN)

The product in the scale of CNC production process as the background, proposed and analyzed the factory automation has experienced three important stages of development and characteristics, that is single, connected, and intelligent. Factory automation in large scale production process, through refining the production process, not only improve production efficiency, reduce human participation in production, the more important is that eliminate the adverse effects of human in the production capacity, process, quality and cost, etc, enhance the value of human. Through the analysis of smart factory in CNC production case, put forward the new production mode of “ automation + Internet + lean production = smart factory”, structuring factory ecological circulation system, constantly improving technology management value degree, making the factory automation integrate into the production process and management details, using the scientific management instead of the traditional rule by person.

industry 4.0; big scale production; smart factory; automation; internet; lean production; logistics

TP23

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.09.003

程曉蒙，男，1972年生，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，主要從事工廠自動(dòng)化開發(fā)及方案規(guī)劃等生產(chǎn)應(yīng)用研究工作，已發(fā)表論文10余篇。

(編輯 高 揚(yáng))

2016-04-19)

160908