智能系統(tǒng)在電鍍生產(chǎn)線制造的應(yīng)用

王 殿，郝鵬飛

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原030024)

1 德國工業(yè)4.0 和中國制造2025

德國工業(yè)4.0 的三大主題“智能工廠”、“智能生產(chǎn)”、“智能物流”。重點(diǎn)研究智能技術(shù)系統(tǒng)在制造業(yè)范圍內(nèi)的應(yīng)用，結(jié)合了生產(chǎn)物流管理、人機(jī)工程、3D 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對(duì)制造業(yè)的智能化革新提出了技術(shù)支持。

中國制造2025 是基于德國工業(yè)4.0 模式結(jié)合本國特殊國情提出的制造業(yè)“百年計(jì)劃”，以深度整合信息化與工業(yè)化為長(zhǎng)遠(yuǎn)奮斗目標(biāo)。研究制定智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，加快發(fā)展智能制造裝備和產(chǎn)品，推進(jìn)制造過程智能化，深化互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用，加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，從而保證制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型順利實(shí)施。

2 智能系統(tǒng)概念

作為中國制造2025 的核心，智能系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵決定了制造業(yè)轉(zhuǎn)型的成功與否。而作為智能系統(tǒng)的核心——模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化成為了支撐智能系統(tǒng)的左右手。

2.1 模塊化

模塊化是將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)通過自上而下的分解為較為簡(jiǎn)單的、已經(jīng)成熟的部分，通過對(duì)已經(jīng)成熟的底部模塊的智能化實(shí)現(xiàn)整體生產(chǎn)活動(dòng)的智能化系統(tǒng)建立，從而達(dá)到工期的減少、效率的提高。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化

通過對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)采用的國標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的固化，將其結(jié)合到智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，以程序的形式對(duì)生產(chǎn)中的各種行為進(jìn)行規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、生命周期以及后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)有很大的意義，也是各廠商一直努力推進(jìn)的工作。

3 傳統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析

傳統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線設(shè)備主要分為行車、機(jī)架、槽體以及外設(shè)等部分，作為生產(chǎn)線動(dòng)力設(shè)備的行車是電鍍生產(chǎn)線主要部件之一，導(dǎo)軌位于機(jī)架上，槽體按工藝進(jìn)行擺放，外設(shè)的安裝大部分是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

3.1 行車

電鍍生產(chǎn)線的行車是電鍍生產(chǎn)的重要保證部件，實(shí)現(xiàn)了工位轉(zhuǎn)化，工件起落等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)電鍍的自動(dòng)化。行車常見的結(jié)構(gòu)分為懸臂行車、龍門行車，其結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖1 懸臂行車結(jié)構(gòu)

圖2 龍門行車結(jié)構(gòu)

3.2 機(jī)架

電鍍生產(chǎn)線機(jī)架是電鍍生產(chǎn)的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)電鍍槽的擺放、行車行走導(dǎo)軌、定位片、電纜、排風(fēng)管以及給排水等輔助設(shè)施的安裝和擺放，常見機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

3.3 槽體

電鍍工藝中陰極與陽極得失電子從而形成覆于工件表面鍍層的活動(dòng)發(fā)生在電鍍線的槽體中，包括電鍍工藝前處理都是在槽體中進(jìn)行。電鍍的工藝直接決定了槽體的材料、結(jié)構(gòu)、外形尺寸以及相應(yīng)的附加外設(shè)。

圖3 懸臂行車機(jī)架結(jié)構(gòu)

圖4 龍門行車機(jī)架結(jié)構(gòu)

3.4 外設(shè)

電鍍生產(chǎn)線的外設(shè)選取直接關(guān)系到電鍍的質(zhì)量，電鍍生產(chǎn)線中關(guān)鍵外設(shè)包括：整流器、過濾機(jī)、加熱裝置、制冷裝置、超聲波發(fā)生裝置、震動(dòng)電機(jī)等。各個(gè)外設(shè)相互協(xié)調(diào)工作，經(jīng)過相應(yīng)的管路連接，完成電鍍工作，

4 電鍍生產(chǎn)線智能制造系統(tǒng)框架

構(gòu)建電鍍生產(chǎn)線智能制造系統(tǒng)是對(duì)智能設(shè)計(jì)、智能制造以及智能物流的有機(jī)結(jié)合，通過對(duì)傳統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線各模塊的分析、設(shè)計(jì)，形成智能分系統(tǒng)。對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、共享至相應(yīng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)以及輔助環(huán)節(jié)，通過對(duì)零部件的分解形成單獨(dú)的零件設(shè)計(jì)信息，并且對(duì)零件進(jìn)行編碼儲(chǔ)存。通過在企業(yè)構(gòu)造的MIS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼零件的加工，形成加工派工單、加工工藝表以及最終的交貨日期。通過智能物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電鍍生產(chǎn)線中各零件、各零件的管理以及后續(xù)裝配環(huán)節(jié)的調(diào)用。系統(tǒng)框架如圖所示5 所示。

4.1 電鍍生產(chǎn)線智能設(shè)計(jì)框架

圖5 智能化生產(chǎn)系統(tǒng)框架

電鍍線智能化設(shè)計(jì)基于模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化，通過將固化后的智能設(shè)計(jì)模塊經(jīng)過規(guī)則機(jī)制調(diào)用到相應(yīng)的模塊設(shè)計(jì)程序中，實(shí)現(xiàn)了整體電鍍線的智能化設(shè)計(jì)，原理框架如圖6所示。

4.2 電鍍生產(chǎn)線智能制造框架

智能化制造系統(tǒng)的建立主要基于企業(yè)自身的MIS 系統(tǒng)，通過建設(shè)智能工廠/ 數(shù)字化車間，加快人機(jī)智能交互、工業(yè)機(jī)器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制。電鍍生產(chǎn)線的智能制造解決了基本構(gòu)件的分類工藝編制、加工設(shè)備的匹配、加工參數(shù)的選取以及加工進(jìn)度的監(jiān)視，見圖7所示。

圖6 電鍍生產(chǎn)線智能化設(shè)計(jì)框架

圖7 電鍍生產(chǎn)線智能化制造框架

4.3 電鍍生產(chǎn)線智能物流框架

如何將電鍍生產(chǎn)線中復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸類劃分、分類管理是解決智能化物流管理的關(guān)鍵，對(duì)各部件中的零件進(jìn)行編碼技術(shù)的應(yīng)用是物流管理的核心。應(yīng)用企業(yè)自身構(gòu)建的MIS 系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了電鍍生產(chǎn)線零件的編號(hào)以及在各加工環(huán)節(jié)的監(jiān)視，對(duì)電鍍生產(chǎn)線中零部件的編碼結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 零部件編碼結(jié)構(gòu)

5 總結(jié)與展望

隨著中國轉(zhuǎn)型發(fā)展面臨問題的突出，李克強(qiáng)總理將“推進(jìn)制造過程智能化”作為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的突破點(diǎn)，如何在傳統(tǒng)制造業(yè)中建立起完善的智能系統(tǒng)、物流系統(tǒng)以及開發(fā)出智能生產(chǎn)模式成為了企業(yè)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)，本文就傳統(tǒng)電鍍線構(gòu)件復(fù)雜、繁多、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一等特點(diǎn)對(duì)電鍍線生產(chǎn)進(jìn)行了初步的智能化系統(tǒng)建立的研究。隨著我國制造業(yè)智能化程度的不斷提高，開設(shè)以及研究智能化工廠勢(shì)在必行，提前步入智能化制造進(jìn)程對(duì)于企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)將是很大的未來優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線零部件的設(shè)計(jì)通常由人工完成，大部分存在設(shè)計(jì)的失誤、選型的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致成本的浪費(fèi)。傳統(tǒng)電鍍生產(chǎn)線零部件的制造通常經(jīng)過傳統(tǒng)的派工單下達(dá)、生產(chǎn)周期安排、生產(chǎn)工藝編制、成品檢驗(yàn)出廠，時(shí)間節(jié)點(diǎn)的沖突以及工藝重復(fù)編制等過程都會(huì)造成產(chǎn)品周期的延遲以及產(chǎn)品人工費(fèi)的增加。應(yīng)用智能化系統(tǒng)來解決此類問題已經(jīng)迫在眉睫。圖9為中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所研制的電鍍線生產(chǎn)周期的平均時(shí)間，平均生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)一般在160 個(gè)工作日左右。

圖9 傳統(tǒng)電鍍線生產(chǎn)周期

通過對(duì)MIS 系統(tǒng)的構(gòu)建以及智能化生產(chǎn)車間的搭建，傳統(tǒng)電鍍線生產(chǎn)將會(huì)實(shí)現(xiàn)部分或者全部無紙化加工，從設(shè)計(jì)參數(shù)的獲得到制造環(huán)節(jié)的信息流傳遞以及后續(xù)物流環(huán)節(jié)的管理都可實(shí)現(xiàn)信息的最優(yōu)化選取。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與制造環(huán)節(jié)以及物流環(huán)節(jié)都會(huì)大幅減少人為參與帶來的時(shí)間浪費(fèi)以及設(shè)計(jì)誤差。如圖10所示，應(yīng)用智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)后電鍍線制造周期將會(huì)減少100 天左右，達(dá)到60～80 天。

圖10 智能化電鍍線制造周期

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