制造業(yè)數(shù)字車間建設(shè)方案淺談

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摘要：為了提高制造企業(yè)現(xiàn)有的制造水平，促進企業(yè)生產(chǎn)效率有效改善，以達到優(yōu)化投入產(chǎn)出比，增強企業(yè)盈利能力，對企業(yè)生產(chǎn)制造主體實施數(shù)字化和信息化改造已成為制造業(yè)勢在必行的前進方向。推行生產(chǎn)車間數(shù)字化和自動化建設(shè)，可以為企業(yè)在生產(chǎn)時效和產(chǎn)品質(zhì)量等方面帶來質(zhì)的飛躍；它既可以優(yōu)化生產(chǎn)制造控制流程、縮短制程和周期，同時又能減少質(zhì)量問題的發(fā)生，有效提高工作效率，從而大幅降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)不斷增添新的盈利能力。

關(guān)鍵詞：離散制造；數(shù)字化；提質(zhì)增效

0引言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是科技創(chuàng)新的主戰(zhàn)場，是立國之本、興國之器、強國之基。當(dāng)前，全球制造業(yè)發(fā)展格局以及中國經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境發(fā)生重大變化，中國面臨著實現(xiàn)中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變，中國速度向中國質(zhì)量轉(zhuǎn)變，中國產(chǎn)品向中國品牌轉(zhuǎn)變的重大變革。目前，中國儀器儀表等離散型制造的發(fā)展水平參差不齊，特別是在生產(chǎn)自動化、信息化及關(guān)鍵核心技術(shù)方面，距離國外發(fā)達國家水平還有較大距離，在硬件設(shè)備、軟件系統(tǒng)方面還需要做大量的工作，需要投入大量的精力，盡快達到國際水平，實現(xiàn)“中國制造2025”戰(zhàn)略綱要強化工業(yè)基礎(chǔ)能力的戰(zhàn)略目標(biāo)。文章通過某公司數(shù)字車間改造項目的案例，針對中國儀器儀表等離散型制造業(yè)普遍存在特點，給出合理的數(shù)字化改造方案，并說明通過數(shù)字車間的改造，對企業(yè)經(jīng)營和生產(chǎn)管理的價值性，幫助管理層更好的進行決策[1]。

1車間改造前問題點

某公司是一個刀具加工企業(yè)，是離散制造業(yè)的典型代表，在實施數(shù)字車間改造之前，產(chǎn)品加工處于單機加人工操作的狀態(tài)，生產(chǎn)流程的管控、庫存管理、物流管理、設(shè)備管理基本處于相對人工管理狀態(tài)，管理工作量很大；車間加工設(shè)備只有20臺，用工人數(shù)卻高達80余人。這些問題造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；材料損耗成本、庫存成本、用工成本居高不下，給企業(yè)的市場競爭力造成很大負面影響。該企業(yè)生產(chǎn)車間的主要特點是：離散為主、流程為輔、裝配為重點。其具體特點主要如下：生產(chǎn)方式以按訂單生產(chǎn)為主，按訂單設(shè)計和按庫存生產(chǎn)為輔；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（BOM）復(fù)雜，工程設(shè)計任務(wù)很重，不僅新產(chǎn)品開發(fā)要重新設(shè)計，且生產(chǎn)過程中也有大量的設(shè)計變更和工藝設(shè)計任務(wù)，設(shè)計版本在不斷更新；制造工藝復(fù)雜，加工工藝路線具有很大的不確定性，生產(chǎn)過程所需機器設(shè)備和工裝夾具種類繁多；自動化程度主要在單元級，自動化水平相對較低等[2]。

2數(shù)字車間解決方案

為解決上述問題，突破企業(yè)發(fā)展過程中的瓶頸，公司管理層下決心實施車間的裝備自動化、數(shù)據(jù)信息化的數(shù)字車間改造。車間的總體改造方案是利用多種物流設(shè)備的調(diào)度控制技術(shù)和中間件應(yīng)用集成技術(shù)，整合制造車間的各種資源，構(gòu)建數(shù)字化制造車間集成應(yīng)用平臺，建設(shè)物流控制系統(tǒng)、車間制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)（PLM）、工刀具管理系統(tǒng)、自動化加工控制軟件等內(nèi)容，并實現(xiàn)與現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)的無縫集成。解決了車間作業(yè)調(diào)度以及過程監(jiān)控、數(shù)控設(shè)備跨車間聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)的采集和管理、對工刀具的管理、生產(chǎn)車間的物流路線規(guī)劃控制和上下料的自動化、應(yīng)用系統(tǒng)集成等問題。實現(xiàn)制造車間的數(shù)字化、自動化、精益生產(chǎn)，提升裝備制造的能力。實現(xiàn)通過制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)制造管理模式，制造過程實現(xiàn)智能化的軟硬件技術(shù)、控制系統(tǒng)及信息化系統(tǒng)的集成應(yīng)用，建立統(tǒng)一的信息管理平臺和生產(chǎn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控，在ERP生產(chǎn)計劃指導(dǎo)下完善車間生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)或調(diào)度系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)的集成應(yīng)用；物料需求計劃編制、物流配送管理實現(xiàn)智能化、自動化。

3數(shù)字車間實施目標(biāo)

1）生產(chǎn)線數(shù)字化

由工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將自動化裝備和輔助設(shè)備按照工藝順序進行結(jié)合，在無人（或少人）干預(yù)的情況下，按規(guī)定的程序或指令進行操作或控制，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程，從而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及良品率

2）提升產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計水平

車間產(chǎn)品采用智能化設(shè)計手段或先進的信息化設(shè)計系統(tǒng)；基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），形成基于三維設(shè)計模型的數(shù)字化產(chǎn)品庫。

3）優(yōu)化生產(chǎn)制造控制流程

①提升數(shù)控加工中心、工業(yè)機器人、自動化生產(chǎn)線、自動化生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用比例。②關(guān)鍵設(shè)備（數(shù)控加工中心、工業(yè)機器人）與產(chǎn)品、工藝設(shè)計實現(xiàn)互聯(lián)。③工位計算機隨時根據(jù)訂單、圖紙的變化調(diào)整工藝技術(shù)，實現(xiàn)無圖紙化生產(chǎn)管理。④生產(chǎn)/制造全過程實現(xiàn)智能監(jiān)控與調(diào)度。⑤廣泛采用自動識別設(shè)施，配備到工位。⑥生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)（運行狀態(tài)、生產(chǎn)數(shù)量、生產(chǎn)效率等）實現(xiàn)實時監(jiān)控。

4數(shù)字車間的創(chuàng)新性

1）解決生產(chǎn)車間的生產(chǎn)設(shè)備、庫房、現(xiàn)場等情況對生產(chǎn)物流、運輸物流、倉儲物流等路線的規(guī)劃以及上下料的自動化和物流控制等問題。2）解決車間自動排產(chǎn)、作業(yè)計劃管理、作業(yè)調(diào)度管理以及作業(yè)過程監(jiān)控、產(chǎn)品過程質(zhì)量控制、虛擬生產(chǎn)等問題。3）解決數(shù)控設(shè)備NC代碼的加載、管理，數(shù)控設(shè)備跨車間聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)的采集和管理等問題。4）解決根據(jù)產(chǎn)品工藝生成NC代碼并上傳，刀具清單生成、上傳等問題。5）解決對工裝、夾具、刀具的管理問題。6）解決與ERP、PDM、CAX、物流等應(yīng)用系統(tǒng)，以及專業(yè)設(shè)計、仿真、分析等工具軟件的集成問題。

5數(shù)字車間實施現(xiàn)狀

當(dāng)前該企業(yè)已實施完成數(shù)字車間一期建設(shè)，數(shù)字車間采用智能化、信息化控制技術(shù)，全面滿足多樣化柔性化的生產(chǎn)需要。能夠?qū)崿F(xiàn)提出的各種控制功能，并根據(jù)實際生產(chǎn)能力需要，調(diào)節(jié)參與生產(chǎn)的設(shè)備的種類和數(shù)量，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動分揀、順頭、不良品剔除、自動搬運、上料、自動計數(shù)等功能，配合后期建設(shè)計劃中的MES軟件還能實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)追蹤、產(chǎn)線派工、自動報工、設(shè)備遠程監(jiān)控、智能看板、異常呼叫、移動應(yīng)用等應(yīng)用方向。

6數(shù)字車間實施生產(chǎn)績效

1）生產(chǎn)管理方面

①優(yōu)化生產(chǎn)過程管理，平均生產(chǎn)周期縮短到②優(yōu)化計劃排產(chǎn)，計劃下達效率提高大于80%。③精確生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。④提高生產(chǎn)收益率。⑤降低生產(chǎn)成本。

2）工藝管理方面

①提高生產(chǎn)中各個工序的工藝保密性。②.降低工藝維護出錯率，確保工藝配方執(zhí)行準(zhǔn)確率達到100%。③.產(chǎn)品信息自動收集，工藝統(tǒng)計分析效率提高10～100倍.

3）質(zhì)量管理方面

①產(chǎn)品質(zhì)量的控制將轉(zhuǎn)化成為對原材料來料的質(zhì)量控制、設(shè)備的控制參數(shù)的要求、對人的行為規(guī)范的要求。②建立相關(guān)流程，防止不達標(biāo)產(chǎn)品的流出，將質(zhì)量問題減少98%。

4）設(shè)備管理方面

通過對設(shè)備狀態(tài)的信息采集、監(jiān)控、故障診斷以及歷史數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)警性管理，從而降低設(shè)備故障停機率，停機率可以降低40%～80%。

5）物料管理方面

①利用實時、精確的產(chǎn)能信息，在制品區(qū)（WIP）和庫存狀態(tài)，更好的編制生產(chǎn)計劃，提高產(chǎn)能。②通過縮短生產(chǎn)周期和交貨期，提高產(chǎn)量，提高產(chǎn)品一次合格率到90%以上，原料浪費減少80%。③將在制品區(qū)（WIP）和存貨量減到最少，可降低生產(chǎn)及資本成本。

6）成本管理方面

①通過提高生產(chǎn)的連續(xù)性、提高生產(chǎn)效率、降低不良品的概率，有效降低生產(chǎn)成本。②降低成本管理費用、損耗費用并且為細化職工績效考核提供依據(jù)。③,,為管理決策提供科學(xué)的、可靠的、全面的計量數(shù)據(jù)。④系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的自動采集、自動導(dǎo)入導(dǎo)出替代了人工抄錄的方式，提高數(shù)據(jù)分析的效率和科學(xué)性。

7數(shù)字車間經(jīng)濟效益

該企業(yè)數(shù)字車間實施前后社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益及對比情況如下：1）降低制造成本，通過柔性制造，可實現(xiàn)單件產(chǎn)品定制生產(chǎn)，生產(chǎn)線不間斷生產(chǎn)模式，每年可節(jié)約800萬元的生產(chǎn)成本。2）提高產(chǎn)品質(zhì)量，智能生產(chǎn)線能實現(xiàn)精確生產(chǎn)和控制，大幅提高產(chǎn)品的合格率和可靠性，每年可節(jié)約300萬元左右的維修及售后服務(wù)費用。3）準(zhǔn)確預(yù)測產(chǎn)量并實現(xiàn)計劃排產(chǎn)，大幅減少庫存，每年可節(jié)約2000萬元左右?guī)齑尜Y金。4）節(jié)省了人力成本，每年可以節(jié)約300萬元左右。綜上所述，項目實施后，每年可以創(chuàng)造約1.2億元左右的收入，增加稅收約3000萬元左右，實現(xiàn)良好的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益。

8結(jié)語

本文旨在通過某公司數(shù)字工廠建設(shè)的應(yīng)用案例，與廣大讀者分享在工業(yè)化、信息化兩化融合發(fā)展的大趨勢背景下，儀器儀表制造業(yè)等離散型制造業(yè)數(shù)字車間的建設(shè)模式、應(yīng)用理念、經(jīng)濟效益分析；為這些行業(yè)的智能工廠建設(shè)提供參考。

作者:董云江單位:南京優(yōu)倍電氣有限公司