未来生产车间的改造与实践

丁波

摘要：文章论述了未来生产车间建设的目的、意义、目标、任务，以及建设前后的经济效益对比，并详细介绍了未来生产车间建设的具体内容，主要是各种硬件设备的具体运用，突出了创新点和示范点。

        关键词：未来生产车间；创新点；硬件设备；效益

        为深化制造业与互联网融合发展，加快推进工业智能化改造，打好转型发展攻坚战，早日实现“中国制造2025”的战略目标，我们许继集团对未来生产车间，智能工厂建设非常重视，取得了显著成绩。

        一、企业建设未来生产车间的目的和意义

        我们许继仪表有限公司从2010年开始电能表数字化车间研究与建设，其目的与意义如下：

        1）推广电能表数字化车间建设经验，为电力测控装备行业智能化转型升级提供技术标准与实验环境技术支持。

        2）通过电能表数字化车间建设推动公司生产方式、管理模式变革，实现精益生产、精益物流、可视化管，提升公司核心竞争力。

        3）通过电能表数字化车间建设提高公司安保环境，实现节能减排、降本增效，进一步实现绿色制造。

        二、企业建设未来生产车间的目标和任务

        电能表数字化车间建设目标与任务如下：

        1）设计并投建一个电能表数字化车间，实现电能表从组装工序到包装工序的全过程自动化。

        2）自主开发、集成或改造相关生产设备，实现设备自动控制及生产过程数据采集。

        3）设计1套适合电能表数字化车间的制造执行系统（MES），实现生产计划自动排产、工艺方案自动获取，作业过程精准控制，并资源计划管理系统（ERP）对接，使制造资源得到最优化配置。

        4）设计1套智能物流传输系统，采用AGV小车，匹配无线叫料与调度系统、交通管制系统，实现物料及成品运输管理的自动化、系统化。

        5）完成电能表数字化车间信息化系统建设，实现产品全生命周期管理。打通供应商、生产管理、加工制程、仓储管理、产品售后等各个环节，实现数据互通共享，建立大数据质量管控平台。

        三、未来生产车间建设前后社会、经济、环境效益对比

        1）社会效益

        电能表数字化车间建设前，国内电能表生产模式仍然采用人工装配的密集劳动型，与国际先进电能表加工企业相比，自动化程度普遍偏低，产品质量不能保证、效率不高。特别是随着劳动力成本大幅增加的情况下，逐步出现了效率产能与成本的矛盾。电能表数字化车间建设后，建成了国内第1条涵盖电能表组装、测试、包装所有工序的电相表自动化生产线，产品效率质量与成本的矛盾得到了有效解决，为智能电网建设提供作出积极贡献。编写并验证了1套电能表数字化车间行业标准，对电子加工行业智能制造工程技术研究与应用起到明显的示范和带动作用。

        2）经济效益

        电能表数字化车间大量采用自动化、智能化装备，可实现绝大部分组装、检测、包装、物流操作自动化进行。产品质量由99.5%提升到了99.99%，人均效率由70只/天提升至260只/天，在不增加人员的前提下单相表产能由15000只/天提升至50000只/天，仅人力成本每年了节约1050万元。

        3）环境效益

        污染物排放：电能表数字化车间采用了大量高科技技术，设备能耗低，无污水、废气、强磁等污染产生，实现低碳、绿色制造。

        土地资源：在同等产能要求下，占地面积最小，有效节约了土地资源。

        四、未来生产车间对引领行业转型升级的示范点、创新点

        电能表数字化车间建设项目在对传统电能表工艺的基础上，进行了大量创新性设计，设计并完成了1套适合自动化、智能化生产线的电能表工艺流程。目前已按照国家工信部关于智能制造专项项目的要求，完成了《智能电能表数字化车间 第1部分：一般要求》、《智能电能表数字化车间 第2部分：工艺设计规范》、《智能电能表数字化车间 第3部分：生产物流设计规范》3个标准的编制验证。

        五、未来生产车间具体情况

        （一）智能装备应用情况

        车间内建设并投产了五条单相自动化生产线和两条三相自动化生产线。电能表生产车间控制系统主要包括西门子PLC为主要控制单元的底层运动执行系统、后台控制软件进行整体工艺流程控制的调度系统、各个制造工序的动作执行单元和智能化测试及质量监测系统等。

        （1）焊接机器人的应用

        焊接机器人主要包括机器人和焊接设备两部分。

        机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成，采用精密机械臂组合成三轴本体，通过伺服控制系统在其覆盖的范围内连续运动，U轴能够控制电烙铁进行360度旋转，保证在工作区域无死角焊接，满足各种产品的焊接。

        焊接设备包含焊接烙铁及视觉检测设备。在焊接过程中通过视觉设备检测焊点位置，补偿或者修正焊接参数，保证焊接可靠性，同时视觉检测设备还对焊点进行拍照，由控制系统对焊点质量进行分析。

        （2）螺钉自动锁付机的应用

        焊接机器人主要包括机器人、锁付设备和螺钉上料机构三部分。

        机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成，采用精密机械臂组合成三轴本体，通过伺服控制系统在其覆盖的范围内连续运动。

        锁付设备可通过程序控制锁付扭矩，扭速，进给量等参数，同时锁付设备带有反馈功能，能够通过锁付的力矩和进给量判断是否锁付成功，将信息反馈给控制系统。

        螺钉自动上料机构根据螺钉的特点，对螺钉进行自动排列，采用定制设计的分钉机构保证按量供给螺钉，确保螺钉锁付可靠度。

        （3）CCD视觉系统的应用

        视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉检测是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。它在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。

        我们公司视觉检测系统主要是用于电能表液晶屏显的检测，通过摄取液晶屏上显示的字符信息，转换成数字信号与标准信息进行比对分析，判断显示缺陷。

        （4）自动化检定装置的应用

        测试检验自动化难点在于电气对接方面，通过模具厂家联合开发专门的电气对接模具。模具和产品通过气动执行装置进行对接，对接的过程中通过位置传感器对对接的质量进行实时监控，保证对接成功率100%。

        MES系统在对接成功后，通知测试检验设备按照指定的测试检验方案进行加工制造，加工完成后将测试和检验信息传至实时数据库。

        （5）分拣机器人的应用

        分拣机器人主要包括机器人、气动抓手三部分。

        机器人由机器人本体和控制柜（硬件及软件）组成，采用精密机械臂组合成三轴本体，通过伺服控制系统在其覆盖的范围内连续运动。

        气动抓手采用人体工学设计，对根据被抓取电能表的特点采用适合的抓取力度，不损坏被抓产品。

        分拣机器人通过RFID技术识别产品信息，从数据库获取产品加工过程的结果，将不良品分拣至不良区。

        结束语：

        通过未来生产车间硬件建设，提高了产品质量，提高生产效率，提高工作人员的技能与素质，对解决社会矛盾，提高经济效益，节能减排，打造绿色工厂具有重要的现实意义。