工业40下智能制造的思考Word下载.docx

工业40下智能制造的思考Word下载.docx

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工程机械行业是一个多品种、中批量、按订单生产的离散型的技术密集型产业，它的生产兼具大规模流水线制造与个性化定制的特点。

每种产品都有一定的销量，但又不是很大；

有些产品需要特别定制，但模块化的程度又不高。

在汽车行业中，一个工厂一年达到10万台的生产量只需要生产两三个型号，而在工程机械行业，可能需要生产几十甚至上百种型号的产品。

这样一来，从物料管理、生产安排、物流仓储，对管理能力的要求非常高，管理难度成几何级上升。

另外，汽车行业已经形成了非常完善的产业链体系，工厂只需要将精力集中到设计和组装这一块，零部件交由下游企业来负责。

但在工程机械行业，产业链的分工还没完全形成，企业不仅要生产整机，还要管理零部件研发制造，监督、引导合作的外协厂商。

由此，工程机械生产制造的管理难度大是天生的，不管是纵向还是横向难度都很大。

中国是制造大国，如今国内外形势变化，加上劳动力成本上升，中国工程机械行业转型升级迫在眉睫。

在工业4.0状态下的工程机械龙头企业的神九，如何应用智能化制造技术提升企业竞争力已成为当务之急。

二、现状分析

据《今日工程机械》杂志等权威机构对国内工程机械行业智能化制造水平的全面调研和评估，国内工程机械行业中超过25%的企业处于智能化制造的未起步建设阶段，43%的企业处于智能化制造的单项覆盖阶段，22%的企业处于智能化制造的集成提升初期阶段或过渡阶段，只有不足10%的企业处于智能化制造技术较全面突破性应用阶段。

国内工程机械行业智能化制造技术应用存在以下两大主要问题：

1.制造装备自动化程度不高。

西方发达国家都沿袭机械化、电气化、自动化的历程。

而中国是赶超型工业，工业自动化平均水平严重偏低。

2.制造过程信息化水平不高。

许多企业的信息化系统效果发挥不出来，没能有效集成提升将制造执行系统（EMS）与经营管理系统（ERP）整合，智能化缺少基础。

“十二五”规划对工程机械行业的发展提出了更高的要求，柔性化生产、自动化、数字化等为基础的智能化制造将成为行业的新标准。

据《工程机械周刊》预计，2015年我国工程机械行业固定资产投资达1000亿元，其中智能化制造方面的投入将高达300亿元。

（见图1）

面对工程机械行业整体增速放缓，作为行业领军企业的神九集团锐意创新，着眼于构建一个领先于全球工程机械行业的流程信息体系，以支持神九集团在新行业环境下的转型升级，提升在国际市场中的竞争优势，并驱动未来的商业创新。

在工业4.0概念提出来之前，神九一直把智能化制造作为神九制造领域的一个核心竞争力。

本着朴素的智能化制造的概念，神九集团已经打造智能机械行业第一个智能化工厂的样板。

这个工厂是从ERP到设备端的控制以及一体仓库和自动化的物流，包括物流的跟踪及虚拟化装配等，都已经集成在一起。

但如何更加全面的将智能化落到实处，同时形成行业示范效应，是一个需要思考的问题。

三、目标收益

针对工程机械这个典型行业在面对国内市场国际化竞争的残酷局面和新技术、新工艺的挑战中求得生存和发展，在工业4.0环境下，通过智能化制造可以解决企业面临的TQCS难题，即以最快的上市速度（T），最好的质量（Q），最低的成本（C），最优的服务（S），来满足不同顾客的需求。

智能化制造将带来以下三个方面的收益：

1.智能化制造能提高经济效益。

一是生产效率得到提升，主要产品生产周期将大大缩短；

二是产品质量得到提升。

由于智能化系统的高进度与稳定性，避免了人工操作的随意性，将极大提高产品质量；

三是可以使生产成本降低。

由于生产过程各类参数稳定可控，各类生产材料的用量可实现定额精准，有效降低了生产成本。

同时大量机器人替代人工，有效降低了运行的人工成本。

2.综合效益----环境与职业健康保护。

大量采用智能化设备尤其是机器人设备具有相当大的环境效益，员工的职业健康保护将有极大改善。

切割与焊接全部带有除尘设备，生产现场环境大为改善。

喷涂工序实现无人化操作，避免职业伤害。

3.综合效益----行业示范效应。

神九集团智能化制造的推广应用，不仅将带动神九集团自身工艺技术装备和制造能力的提升，也进一步引领工程机械行业制造技术的发展方向，具有明显的辐射和示范作用，将极大提升中国工程机械产品的国际化竞争能力。

四、解决方案

下面将从以下三个方面阐述神九集团在智能化制造方面的一些思路：

生产准备的智能化---虚拟排产；

生产过程的智能化---自动无人化生产；

生产管理的智能化---信息化平台。

1.生产准备的智能化

1）生产仿真进行虚拟生产。

全面运用计算机生产仿真技术对生产计划进行全生产过程的虚拟制造，并根据生产仿真运行的结果对生产计划进行相应调整，确保整个生产过程各个环节的均衡和高效，以实现最低的生产成本和最高的生产效率。

2）数字化设计进行投产准备。

利用工件3D模型等相关信息和表面三维特征等信息数据，通过轨迹规划仿真、离线编程技术，可自动输出机器人直接用来焊接作业的程序文件，缩短投产准备期，同时提高设备有效利用率和减少编程工作量（图2）。

2.生产过程的智能化

自动化、无人化生产过程：

整个制造的过程从切割---成型---焊接---喷涂---物流配送全面实现。

1）切割加工过程自动化。

精细等离子切割工业机器人，具有运动精度高、重复定位精度高，动态过程自动检测，具有离线编程、路径规划、系统仿真功能；

并带有切割工艺数据库，可实现与生产过程信息、质量信息和数字化车间管理系统无缝连接功能（图3）。

图3

2）自动套排料及切割机联网管理。

其中包括：

实现导入生产订单，动态自动排料，对程序实现规范化编制，规范化存储，规范化管理；

采集设备利用状态信息，设备生产活动时间。

提供远程监测手段；

统计、分析、测评数控设备利用效率，自动计算，生产报告等（图4）。

4）焊接过程数字化设计-形成自动化生产线。

自动生产线有计算机控制系统、转运仓库、物流系统、自动上下料系统、多台机器人焊接系统等组成；

实现焊接生产线的自动化。

5）柔性激光切割生产线。

柔性激光切割线由计算机CAD/CAM编程系统、立体仓库、物流系统、自动上下料系统、多台平面激光切割机系统、成品分拣系统组成；

其中，生产线自动化实现了从上料、切割、到分拣成品全过程的无人化自动操作；

切割程序自动化实现了切割程序网络传输自动化，订单自动分配、自动报工；

切割精准化可使激光切割机定位精准度高，重复定位精度高，实现了覆盖件精准高速切割（图5）。

图5

6）喷涂线机器人喷漆系统。

14自由度喷涂系统机器人具有运动精度及重复定位精度高的特点，与涂装线、积放链输送系统协同控制实现喷涂过程的无人化。

具有离线编程、路径规划、系统仿真等功能；

并具有涂装工艺数据库和设备智能接口，可实现生产管理的智能化（图6）。

图6

7）物料自运管理系统。

使用物料识别系统，实现了采购物料的全自动入库管理及出库管理；

物料信息自动扫描；

数据信息自动上传MES系统；

物料出库后自动移库。

8）自能化物流配送系统由集成WCS系统的中央控制系统、多台AGV小车、积放式物料托盘滚筒输送线、物料自动扫描系统组成；

AGV智能物流配送系统从轨道货盘自动扫描，由信息系统对物料进行排队，按照生产节拍对装配线配送点进行物料的五人定点准确配送，全面替代人工配送（图7）。

图7

9）智能化在线检测系统。

在线监测技术研究及应用弥补了对整机性能无法把握的局面，根据数据变化自动判断潜在系统故障，代替了以经验判断问题的方法；

通过MES数据联网，可定期收集液压、制动、动力、传动等各系统的数据并进行系统分析。

10）多台加工中心组成LPP生产线，实现无人化生产。

生产线由数控加工中心+多工作台站+自动输送车+多套工艺装备等单元组成。

具有计算机加工控制系统、大容量自动换刀系统、刀具自动检测、零件自动找正功能，有效的支撑和保证了自动化数控生产，实现了24小时无人化生产。

生产线的柔性化可以满足多产品多品种、小批量的生产。

适应新产品试制并能迅速扩大新产品生产，同时对老产品加工的保持有继承和兼容能力（图8）。

图8

3.生产管理的智能化。

1）制造信息技术平台。

技术平台是智能化制造基础，有硬件与软件共同支撑，需通过不断改进提升效果（图9）。

图9

2）信息化生产管理系统。

智能化制造关键是打通物理层与计划层的数据链，并建立基于业务逻辑的控制与作业调度体系（图10）。

图10

3）生产管理向供应商推进。

现代竞争从传统的产品竞争转向营运体系的竞争，综合表现为创新能力、成本控制、综合服务能力、市场保障等；

将供应商纳入制造信息系统管理，是提升制造能力的必要手段（图11）。

图11

五、结论

在工业4.0新环境下，面对机遇和国外行业巨头的步步逼近，国内工程机械行业应该奋起直追，充分应用和发挥“智能制造技术”的优势，狠下苦工，提高自身的制造能力和水平，才能在激烈的市场竞争中，在供货期和质量比价格更为重要的买方市场时代，占据一席之地并立于不败。

作为中国工程机械行业的龙头企业，神九有责任、有义务同时更有意愿在智能化制造技术的推广应用上不断前行，引领中国工程机械行业的全面转型升级，为中国由制造业大国转变为制造业强国贡献自己的力量。