流水线的智能化改造
发布日期：2017-02-14 来源：《上海设备管理》
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中国经过了30多年的发展，已经从工业的极度落后状态转变 成了首屈一指的制造业大国，各种工业产值都位居世界前列，然而中国的工业大而不强，大部分产业都处于低附加值。为了使中国从制造业大国转向制造业强国，中国提出了智能制造2025，其核心是以互联网信息技术带动整个工业的产业升级。文章以断路器生产线改造为例，阐述从传统流水线到智能化流水线的改造过程，以供其它流水线的智能化改造借鉴。
一、改造前的流水线情况
1、流水线生产情况
改造前流水线包括人工装配、自动测试、自动装配等工序。流水线前段采用人工装配,后段采用自动模式。每个自动工序配置了一个PLC进行运动控制。产品首先进行喷码,然后进入各工序或装配或检测，不合格产品在工序结束时被剔除。流水线可以生产不同型号的产品。当切换生产的产品型号时，需通过事先设置好产品型号, 设置一系列的参数，然后才可以生产。触控屏和PLC间通过串口相连，PLC无网络通讯接口，PLC间各自独立处理，互相不进行信息交换。PLC数据仅在本地观看不能上传及存储。
2、生产存在的问题
断路器流水线每条线每天会生产3万件产品的产量。每个产品涉及到的零件包括铆钉、弹簧、外壳、搭扣、电感器、触片等多达20 种不同零件。产品包括1P、2P、3P、4P等多种规格。又根据功能进一步分为空开和漏电两种类型产品。流水线本身又包括人工装配、自 动装配两种方式。
断路器流水线是一个典型以离散式生产为主、流程生产为辅、装配生产为重点，属于典型的元器件装配型生产车间。公司原引入ERP系统来对生产进行管理，然而生产计划管理受市场的影响越来越大，企业的生产和任务分配仍按传统的方式运作，明显感觉计划跟不上变化，生产适应不了需要，经常导致车间生产任务失衡，不得不靠加班来改善生产能力。因此，逐步改善和提高企业管理水平和技术基础成了企业发展的当务之急。
3、流水线改造的技术难点
对于一个大的集团企业，各个部门分布广泛，终端系统、物流系统、ERP系统、库存等各个系统之间不仅地理上相对分散，系统间的差异性也相当大。而在将多个系统的数据进行整合分析及联动的过程中，如何保证各个系统的接口统一，数据的一致性和准确性是整个 改造过程的难点之一。
改造前ERP与生产线控制系统之间不发生任何信息流动及关系。生产计划由人工根据交货期反推；排产未考虑物流、库存、人员等各方面因素，导致生产计划经常修改，并且不精确。如何能够将各个系统间数据信息进行自动联动调节，做到精确细致地安排生产是整个智能化改造成功的关键。
二、流水线的智能化改造的实现
1、整体结构设计
在每条流水线设计PDAS层，用于生产数据采集、生产指令下发，负责条码等基础数据的存储、画面流程图显示，以及产量统计、故障数据统计、工艺参数统计等。同时负责向MES提供数据请求服务。
构造MES层，负责配料管理、质量管理、设备管理、报表统计、高级自动排程等。
2、硬件改造
首先原有的PLC用自带以太网模块、大缓存高主频的PLC型号代替，以处理复杂运算和大流量数据的通讯。其次需要对整个流水线进行信息化改造，通过合理的布线把各个工序PLC通过以太网方式连接到数据中心。为了加入产品追溯功能，在每个工序中加入扫码装置，把每个产品数据和相应的条码联系起来。同时在相应的工序加入电压、电流、压力等传感器实时监测设备的运行状态，为设备的预测性维护提供数据支持。
3、软件改造
通过构造MES-PDAS层，实现ERP系统与生产系统的直接对接，物流、库存、人员等数据做到实时准确。通过对物流、库存、人员、订单等综合信息的计算分析直接生成日计划，从而实现智能化排产。ERP系统可以直接作用于流水线的生产活动，有效做到全过程的自动化，实现从订单到生产线的智能化生产模式。
三、生产线改造的关键技术
1、数据互联系统的实现
有别于传统的MES系统的集中式数据采集及通讯，本系统采用了分布式多Agent技术。每条产线独立成一个系统，系统间采用最小数据通讯原则，各种原始数据经过统计后再上传到MES系统，减少各系统间的耦合度，充分发挥多Agent技术的特点。
2、大生产网络的闭环控制
传统的MES系统对生产过程不进行干预，仅对生产过程数据进行收集分析，并给出排产结果，生产过程依然大部分由人工干预完成，所以在某种意义上来说并不算一个闭环的系统。而智能制造的意义在于整个制造过程的网络化，在远程的网络端不仅仅能查看生产流图和生产数据，而且能对生产进行自动干预，根据订单、库存、物流等信息调整生产进度，生成派工单，并根据生产数据的反馈得到的订单进度情况和设备的运行情况，实时调整生产计划和配料计划，从而形成一个大的反馈闭环系统。
3、海量数据分析
改造后生产线的各种原始数据会存入分布于各处的数据服务器，这些数据包括设备各种运行状态的数据及产品相关的测量值的数据，通过绑定条码形成可以区分的数据形式。
通过长时间的运行统计，可获得各工序所耗费的平均时间，从而寻找出整个生产线的生产瓶颈；通过统计工序的故障频次及种类，我们就能知道哪个工序最容易发生故障；通过统计故障类型就能了解掌握每个工序最容易出现的故障种类，这些统计数据对设备的改造和产品的改进具有积极的指导意义。
四、结束语
智能制造是一个综合性的系统工程，以信息通信技术（ICT）等为手段，可以达到提高生产效率和有效管理能力的目标。本例中生产线加入MES-PDAS系统后，系统除了具备自动排程和产品质量追溯功能，通过互联技术还能将整个生产系统与ERP 系统、物流系统、库存系统、考勤系统等形成联动，形成一个大的闭环联动系统。改造后系统生产更加高效，管理更加便利，各种生产数据指标等更加准确，有效整合了各种资源。文章给出的传统生产线智能化改造方案可供其他传统生产线的智能化改造借鉴。
作者：刘伟 单位：上海交通大学自动化系
