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朱 偉 胡艾娜 董慧杰  一、概述為適應產品需求的不斷變化，訂單越來越精細、變更越來越頻繁，用戶個性化和服務價值不斷升高的市場需求，制造業的生產模式由大規模面向庫存生產，轉向柔性化的面向訂單生產，零部件制造由生產計劃推動模式轉向由訂單拉動的模式。為此工業化和信息化融合、工業4.0、智能制造等新的制造模式涌現。對于制造業來講其本質是要在企業實現加工自動化、物流自動化和信息自動化管理，并且能夠將其有效的融合在企業管理中。 近年來，ERP、CRM、SCM等管理系統軟件的快速發展，幫助企業財務、銷售、供應鏈等領域實現了信息自動化管理；數控機床、機器人等各種加工技術的快速發展，協助企業在加工領域實現了自動化；兩化融合、工業4.0和智能制造就是要搭建一個信息化的平臺，最大限度的整合企業的銷售、設計、采購、制造各類信息，實現低成本、高效率、高質量的生產制造，如圖1所示。 昆山華恒焊接股份有限公司結合多年在工廠自動化和信息化領域應用的工程實踐經驗，推出適合制造型企業智能化提升的一套平臺系統——智能制造平臺：它是以智能化配送為流轉核心，將原材料出入庫、下料、焊接（加工）、裝配、生產成品倉庫出入庫等制造業全流程緊密聯系起來，形成智能化焊接（加工）、智能化裝配、智能化倉庫的企業智能制造平臺。面對企業面臨的多品種、小批量、低成本、個性化定制的市場需求，平臺靈活性高，以智能化解決廠內各個生產環節的供應鏈需求，特別適合中小型制造企業的轉型升級的技術改造。 二、智能制造平臺的特點智能制造平臺是一套以物料為流轉核心，依托各類智能化硬件裝備，忠實履行運營者制造意圖，嚴格執行各項制造工藝流程，并將各個環節所對應的質量、成本、交期等信息歸納、整理、匯總傳送至管理層的產品化平臺。它是由各個細分制造模塊系統組成。具有“四通八達、心信物相映”的特點：心：制造規劃——決策者、運營者、操作者的想法；信：信息——制造全流程的各類信息；物：物料——生產設備、物資；相映：連接——通過智能制造平臺將企業的計劃、信息、設備、物料等產品制造過程緊密聯系起來。  圖1 三、智能制造平臺主要構成1.智能化倉儲系統 智能化倉儲系統是由各類立體倉庫、智能倉儲管理軟件系統及其他輔助設施組成。該系統可與智能化制造平臺內的任意系統信息無縫對接，實時交互。智能化倉儲采用的都是“貨到人”的倉儲分揀立體倉庫模式。倉儲機器人將所需的物料依據指令自動送至操作人員處，極大地提高了存儲分揀效率。 智能倉儲系統主要由板材立體倉庫、垂直升降貨柜（錢柜）、移動機器人倉儲分揀系統、堆垛式機器人倉儲系統等智能化存儲單元組成，如圖2～圖5所示。 2.智能化配送系統 智能化配送系統是智能制造平臺的核心系統，由各類智能化移動機器人、流程控制軟件及其他外圍設施組成，它實現了各個“站點”間物料及信息的高效流轉?！罢军c”可以是上/下料區、檢驗區、加工機床區等小區域的站點，也可以是各個工段、車間、廠區等大范圍的站點。智能化配送活躍在智能制造平臺的各個系統中，是智能制造平臺的“血管”，為平臺其他系統輸送營養，帶走廢物，如圖6～圖9所示。 3.智能下料焊接、加工、裝配生產線（車間） 智能下料焊接、加工、裝配生產線（車間），由各類智能移動機器人、流程控制軟件及各類下料焊接設備、加工機床、智能化上下料機器人、裝配機器人系統及相關輔助設備組成。  圖2 板材立體倉庫  圖3 垂直升降貨柜（錢柜）  圖4 移動機器人倉儲分揀系統  圖5 堆垛式機器人倉儲系統  圖6 二維碼導航背馱式轉運機器人  圖7 磁條導航牽引式轉運機器人  圖8 磁條導航潛伏牽引式轉運機器人  圖9 色帶導航夾抱式轉運機器人 智能下料焊接生產線可和各類立體倉庫組成從原材料倉儲到結構件組對、轉運到自動焊接一體化無縫流程對接。智能加工生產線從零件加工各工序間轉運到半成品倉儲的一體化無縫流程對接，將老式機床、新式智能化機床、檢驗工位、集中外發外協工位等“點到點”的聯系起來。智能裝配系生產線與智能化倉儲無縫信息對接，應用各類庫存信息，行進“單/多套揀選”物流，配送至各個不同的裝配區域/裝配單元。 智能下料焊接、加工、裝配生產線（車間）可以充分發揮現有的“信息化”交互的優點，既而實現新形勢下多品種、小批量的“個性化”市場需求，如圖10～圖13所示。 4.流程控制軟件系統 智能制造平臺是個軟硬件相結合的平臺系統，流程控制在整個平臺和各個獨立的系統中都需應用。流程控制軟件涵蓋了智能倉庫管理、各類智能移動機器人的調度、生產制造過程中的計劃/排產/生產要素檢查、各類生產質量/交期/成本報表，以及各類智能工藝裝備的數據采集接口等。 流程控制軟件系統根生于智能制造平臺的各個硬件平臺，又將各個硬件平臺產生的數據，通過輸送、整理、統計而形成可以讓制造型企業各個層面的管理人員應用的報表，進而形成有效的企業決策，如圖14所示。 流程控制軟件的應用——MES系統：以物料為流轉核心，依托各類智能化硬件裝備，忠實履行運營者制造意圖，嚴格執行各項制造工藝流程，并將各個環節所對應的質量、成本、交期等信息歸納、整理、匯總傳送至管理層的產品化平臺。MES與ERP集成，通過從ERP系統中提取“粗”計劃，作為具體生產計劃的源頭和基礎，提供實際生產數據：成本、制造周期、產出等生產數據。MES與APS集成，實現生產排程的最佳方案，實時監控生產計劃的執行狀況，實現企業產品全流程的智能制造，如圖15所示。 四、應用案例1.汽車線束智能裝配車間  圖10 裝載機鏟斗自動化焊接生產線 圖11 挖掘機動臂自動化焊接生產線 圖12 精密機械加工生產線 圖13 挖掘機下車架自動化裝配生產線 圖14 傳統生產模式：生產原料供應模式由人工推車進行倉庫內的調運，出倉庫后再由配送人員用人工推車將線筒送至開線機工位。由于線束品種較多，產量較大，勞動強度特別大，所以在現有倉儲設施的基礎上，智能裝配模式設計了一套由輥道線、線筒轉運AGV、巷道堆垛式機器人，配合倉庫現有貨架系統、WMS（倉庫管理系統）等構成的完整的原料自動化倉儲及配送系統。該系統通過MES將企業ERP系統、倉庫管理系統和倉儲設備以及物流設備無縫銜接在一起，對生產制造過程、原料配送、成品管控進行更細化的管理。系統將其最初的線筒搬運人員24人降低到現在的4人管理WMS系統即可。系統大大節約了企業的勞動力，很大程度地降低了員工的勞動強度；系統提高了原有的倉儲及配送的自動化、信息化程度；降低了操作人員的出錯概率，提升了操作人員工作效率，提高倉儲及生產區域的自動化程度，如圖16、圖17所示。 2.“曳引機”機器人智能裝配生產線 機器人智能裝配生產線由機器人、輔助裝配單元、木牛流馬、立體倉庫、控制系統軟件和MES組成。該系統通過MES將企業ERP系統、倉庫管理系統和現場設備層無縫銜接在一起，對生產制造過程進行更細化的管理，使得整個過程可視可控。首先解析導入生產訂單BOM生成作業工單，再依據庫存信息和生產設備的狀況有效排產，并將各工序任務下達至機器人等執行單元完成自動化作業，生產過程中收集質檢數據生成報告單等，充分利用信息化，從而最終實現智能化、無人化的“智能工廠”，如圖18所示。 3.管道智能焊接車間 海工、石化等行業大量存在工藝模塊管道用以過油、氣的模塊管路，數量巨大，傳統的模塊加工方式為人工＋半自動設備，采取大批量高技能工人的人海戰術才能滿足繁重的效率和節拍需要。 第一，采用三維管道預制設計，自動生成所有管道的安裝施工圖、材料報表等制造工藝文件。 第二，采用激光視覺等智能檢測技術，原材料管子上料、定長、切斷和開坡口等加工的自動化、智能化。 第三，采用快速組對機構，實現管子和彎頭法蘭三通等管件高效組對、快速點焊加固。 第四，采用高效熱絲＋MIG+SAW、焊接自動化打底等專利技術，實現高效、高質量焊接。 第五，采用自動牽引小車、自動化輥道等智能化裝備，實現物流自動化。 第六，生產車間的全部設備形成設備級物聯網，連接管理ERP系統，支撐所有指令信息的發布、收集、分析，支撐設計、生產計劃調度、生產制造、倉儲物流、銷售及售后服務等工廠全過程數字化管理，如圖19所示。 圖15 圖16 巷道堆垛式機器人倉儲及轉運AGV配送系統 圖17 線束裝配智能車間 圖18 圖19 智能化管道預制車間后，以“機器代替人”為核心理念出發，實現 2D 管段從原材料切割、坡口、物流、管件組對、管管接長組對、焊接加工全流程的自動化、智能化生產，滿足年產1200000寸徑的管道預制規模。預計將高技能工人總數120人，降低到普通操作工20人，運營成本降低25%以上；生產效率20%以上。 4.電子信息行業第三方倉儲及分揀配送的智能化新模式 第三方倉儲物流作為制造業生產性服務型的一種新模式，與傳統方式相比較，綜合成本更低，配送效率更高。項目采用具有自主知識產權的雙伸位高速堆垛機、高參數自動化立體倉庫、智能搬運機器人、高速輸送線、高速提升機等智能倉儲物流設備，以及信息識別系統、智能控制系統、倉庫管理系統軟件管理系統等組成的智能化系統，在國內首創“電子信息行業第三方倉儲及分揀配送”智能化新模式，提高生產效率，產能提高250%；實現自動化、智能化作業，人工減少43.5%；縮短客戶響應時間，物料配送周期縮短100%。具有較好的經濟效益、市場競爭能力與市場推廣應用價值，如圖20所示。 圖20 五、結語在當今日新月異的網絡化、信息化、智能化時代，中小型制造企業要想在市場上占有一席之地，就必須降低產品成本，提高生產效率和產品質量，提升產品的市場競爭力；必須向信息化、自動化、智能化方向發展，智能制造平臺為企業提供了一個智能化改造的整體解決方案。 作者簡介：朱偉等，昆山華恒焊接股份有限公司物流事業部總經理。一直致力于工業機器人、物流倉儲自動化、智能制造系統的研究和推廣。 |
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