朱 偉 胡艾娜 董慧杰

一、概述

為適應(yīng)產(chǎn)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(wù)價值不斷升高的市場需求，制造業(yè)的生產(chǎn)模式由大規(guī)模面向庫存生產(chǎn)，轉(zhuǎn)向柔性化的面向訂單生產(chǎn)，零部件制造由生產(chǎn)計劃推動模式轉(zhuǎn)向由訂單拉動的模式。為此工業(yè)化和信息化融合、工業(yè)4.0、智能制造等新的制造模式涌現(xiàn)。對于制造業(yè)來講其本質(zhì)是要在企業(yè)實現(xiàn)加工自動化、物流自動化和信息自動化管理，并且能夠?qū)⑵溆行У娜诤显谄髽I(yè)管理中。

近年來，ERP、CRM、SCM等管理系統(tǒng)軟件的快速發(fā)展，幫助企業(yè)財務(wù)、銷售、供應(yīng)鏈等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了信息自動化管理；數(shù)控機床、機器人等各種加工技術(shù)的快速發(fā)展，協(xié)助企業(yè)在加工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自動化；兩化融合、工業(yè)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(yè)的銷售、設(shè)計、采購、制造各類信息，實現(xiàn)低成本、高效率、高質(zhì)量的生產(chǎn)制造，如圖1所示。

昆山華恒焊接股份有限公司結(jié)合多年在工廠自動化和信息化領(lǐng)域應(yīng)用的工程實踐經(jīng)驗，推出適合制造型企業(yè)智能化提升的一套平臺系統(tǒng)——智能制造平臺：它是以智能化配送為流轉(zhuǎn)核心，將原材料出入庫、下料、焊接（加工）、裝配、生產(chǎn)成品倉庫出入庫等制造業(yè)全流程緊密聯(lián)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(yè)智能制造平臺。面對企業(yè)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(nèi)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的供應(yīng)鏈需求，特別適合中小型制造企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)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(zhuǎn)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(yán)格執(zhí)行各項制造工藝流程，并將各個環(huán)節(jié)所對應(yīng)的質(zhì)量、成本、交期等信息歸納、整理、匯總傳送至管理層的產(chǎn)品化平臺。它是由各個細分制造模塊系統(tǒng)組成。具有“四通八達、心信物相映”的特點：心：制造規(guī)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(chǎn)設(shè)備、物資；相映：連接——通過智能制造平臺將企業(yè)的計劃、信息、設(shè)備、物料等產(chǎn)品制造過程緊密聯(lián)系起來。

圖1

三、智能制造平臺主要構(gòu)成

1.智能化倉儲系統(tǒng)

智能化倉儲系統(tǒng)是由各類立體倉庫、智能倉儲管理軟件系統(tǒng)及其他輔助設(shè)施組成。該系統(tǒng)可與智能化制造平臺內(nèi)的任意系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)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(tǒng)、堆垛式機器人倉儲系統(tǒng)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(tǒng)

智能化配送系統(tǒng)是智能制造平臺的核心系統(tǒng)，由各類智能化移動機器人、流程控制軟件及其他外圍設(shè)施組成，它實現(xiàn)了各個“站點”間物料及信息的高效流轉(zhuǎn)?！罢军c”可以是上/下料區(qū)、檢驗區(qū)、加工機床區(qū)等小區(qū)域的站點，也可以是各個工段、車間、廠區(qū)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(tǒng)中，是智能制造平臺的“血管”，為平臺其他系統(tǒng)輸送營養(yǎng)，帶走廢物，如圖6～圖9所示。

3.智能下料焊接、加工、裝配生產(chǎn)線（車間）

智能下料焊接、加工、裝配生產(chǎn)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(shè)備、加工機床、智能化上下料機器人、裝配機器人系統(tǒng)及相關(guān)輔助設(shè)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(tǒng)

圖5 堆垛式機器人倉儲系統(tǒng)

圖6 二維碼導(dǎo)航背馱式轉(zhuǎn)運機器人

圖7 磁條導(dǎo)航牽引式轉(zhuǎn)運機器人

圖8 磁條導(dǎo)航潛伏牽引式轉(zhuǎn)運機器人

圖9 色帶導(dǎo)航夾抱式轉(zhuǎn)運機器人

智能下料焊接生產(chǎn)線可和各類立體倉庫組成從原材料倉儲到結(jié)構(gòu)件組對、轉(zhuǎn)運到自動焊接一體化無縫流程對接。智能加工生產(chǎn)線從零件加工各工序間轉(zhuǎn)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(fā)外協(xié)工位等“點到點”的聯(lián)系起來。智能裝配系生產(chǎn)線與智能化倉儲無縫信息對接，應(yīng)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(qū)域/裝配單元。

智能下料焊接、加工、裝配生產(chǎn)線（車間）可以充分發(fā)揮現(xiàn)有的“信息化”交互的優(yōu)點，既而實現(xiàn)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(tǒng)

智能制造平臺是個軟硬件相結(jié)合的平臺系統(tǒng)，流程控制在整個平臺和各個獨立的系統(tǒng)中都需應(yīng)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(diào)度、生產(chǎn)制造過程中的計劃/排產(chǎn)/生產(chǎn)要素檢查、各類生產(chǎn)質(zhì)量/交期/成本報表，以及各類智能工藝裝備的數(shù)據(jù)采集接口等。

流程控制軟件系統(tǒng)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(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過輸送、整理、統(tǒng)計而形成可以讓制造型企業(yè)各個層面的管理人員應(yīng)用的報表，進而形成有效的企業(yè)決策，如圖14所示。

流程控制軟件的應(yīng)用——MES系統(tǒng)：以物料為流轉(zhuǎn)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(yán)格執(zhí)行各項制造工藝流程，并將各個環(huán)節(jié)所對應(yīng)的質(zhì)量、成本、交期等信息歸納、整理、匯總傳送至管理層的產(chǎn)品化平臺。MES與ERP集成，通過從ERP系統(tǒng)中提取“粗”計劃，作為具體生產(chǎn)計劃的源頭和基礎(chǔ)，提供實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)：成本、制造周期、產(chǎn)出等生產(chǎn)數(shù)據(jù)。MES與APS集成，實現(xiàn)生產(chǎn)排程的最佳方案，實時監(jiān)控生產(chǎn)計劃的執(zhí)行狀況，實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品全流程的智能制造，如圖15所示。

四、應(yīng)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(chǎn)線

圖11 挖掘機動臂自動化焊接生產(chǎn)線

圖12 精密機械加工生產(chǎn)線

圖13 挖掘機下車架自動化裝配生產(chǎn)線

圖14

傳統(tǒng)生產(chǎn)模式：生產(chǎn)原料供應(yīng)模式由人工推車進行倉庫內(nèi)的調(diào)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(chǎn)量較大，勞動強度特別大，所以在現(xiàn)有倉儲設(shè)施的基礎(chǔ)上，智能裝配模式設(shè)計了一套由輥道線、線筒轉(zhuǎn)運AGV、巷道堆垛式機器人，配合倉庫現(xiàn)有貨架系統(tǒng)、WMS（倉庫管理系統(tǒng)）等構(gòu)成的完整的原料自動化倉儲及配送系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過MES將企業(yè)ERP系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)和倉儲設(shè)備以及物流設(shè)備無縫銜接在一起，對生產(chǎn)制造過程、原料配送、成品管控進行更細化的管理。系統(tǒng)將其最初的線筒搬運人員24人降低到現(xiàn)在的4人管理WMS系統(tǒng)即可。系統(tǒng)大大節(jié)約了企業(yè)的勞動力，很大程度地降低了員工的勞動強度；系統(tǒng)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(chǎn)區(qū)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(chǎn)線

機器人智能裝配生產(chǎn)線由機器人、輔助裝配單元、木牛流馬、立體倉庫、控制系統(tǒng)軟件和MES組成。該系統(tǒng)通過MES將企業(yè)ERP系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備層無縫銜接在一起，對生產(chǎn)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(dǎo)入生產(chǎn)訂單BOM生成作業(yè)工單，再依據(jù)庫存信息和生產(chǎn)設(shè)備的狀況有效排產(chǎn)，并將各工序任務(wù)下達至機器人等執(zhí)行單元完成自動化作業(yè)，生產(chǎn)過程中收集質(zhì)檢數(shù)據(jù)生成報告單等，充分利用信息化，從而最終實現(xiàn)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(yè)大量存在工藝模塊管道用以過油、氣的模塊管路，數(shù)量巨大，傳統(tǒng)的模塊加工方式為人工＋半自動設(shè)備，采取大批量高技能工人的人海戰(zhàn)術(shù)才能滿足繁重的效率和節(jié)拍需要。

第一，采用三維管道預(yù)制設(shè)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(shù)，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(gòu)，實現(xiàn)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(shù)，實現(xiàn)高效、高質(zhì)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(xiàn)物流自動化。

第六，生產(chǎn)車間的全部設(shè)備形成設(shè)備級物聯(lián)網(wǎng)，連接管理ERP系統(tǒng)，支撐所有指令信息的發(fā)布、收集、分析，支撐設(shè)計、生產(chǎn)計劃調(diào)度、生產(chǎn)制造、倉儲物流、銷售及售后服務(wù)等工廠全過程數(shù)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(zhuǎn)運AGV配送系統(tǒng)

圖17 線束裝配智能車間

圖18

圖19

智能化管道預(yù)制車間后，以“機器代替人”為核心理念出發(fā)，實現(xiàn) 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(chǎn)，滿足年產(chǎn)1200000寸徑的管道預(yù)制規(guī)模。預(yù)計將高技能工人總數(shù)120人，降低到普通操作工20人，運營成本降低25%以上；生產(chǎn)效率20%以上。

4.電子信息行業(yè)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(yè)生產(chǎn)性服務(wù)型的一種新模式，與傳統(tǒng)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(chǎn)權(quán)的雙伸位高速堆垛機、高參數(shù)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(shè)備，以及信息識別系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)軟件管理系統(tǒng)等組成的智能化系統(tǒng)，在國內(nèi)首創(chuàng)“電子信息行業(yè)第三方倉儲及分揀配送”智能化新模式，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)能提高250%；實現(xiàn)自動化、智能化作業(yè)，人工減少43.5%；縮短客戶響應(yīng)時間，物料配送周期縮短100%。具有較好的經(jīng)濟效益、市場競爭能力與市場推廣應(yīng)用價值，如圖20所示。

圖20

五、結(jié)語

在當(dāng)今日新月異的網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化時代，中小型制造企業(yè)要想在市場上占有一席之地，就必須降低產(chǎn)品成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升產(chǎn)品的市場競爭力；必須向信息化、自動化、智能化方向發(fā)展，智能制造平臺為企業(yè)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(yè)部總經(jīng)理。一直致力于工業(yè)機器人、物流倉儲自動化、智能制造系統(tǒng)的研究和推廣。