
機械工業(yè)第六設(shè)計研究院有限公司副總經(jīng)理,教授級高工,國務(wù)院津貼專家,中國機械工業(yè)集團科技專家,中國機床工具協(xié)會磨料磨具分會專家委員會主任委員趙新力做了題為《涂附磨具綠色智能制造--涂附磨具生產(chǎn)線綠色智能化》的專題報告
我國的經(jīng)濟發(fā)展模式正在從生產(chǎn)力要素驅(qū)動向創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)變,從產(chǎn)品市場向資本市場轉(zhuǎn)變,全力推進“中國制造2025”,互聯(lián)網(wǎng)+、和“一帶一路”戰(zhàn)略。我國涂附磨具行業(yè)面臨著第三次工業(yè)革命和工業(yè)4.0及世界經(jīng)濟格局的變化、新興國家的興起和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟發(fā)展帶來的機遇和挑戰(zhàn)。涂附磨具在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位,未來的涂附磨具將是智能制造。綠色智能制造是國家重點支持的關(guān)鍵戰(zhàn)略領(lǐng)域。要將行業(yè)的發(fā)展與國家戰(zhàn)略融為一體,實現(xiàn)行業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型升級和再造,加速行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展,實現(xiàn)涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造是行業(yè)企業(yè)發(fā)展必由之路。
我國的涂附磨具行業(yè)與我國眾多傳統(tǒng)行業(yè)一樣,經(jīng)歷了由生產(chǎn)要素(資金、設(shè)備、土地、勞動力等)拉動的快速發(fā)展期。目前面臨著嚴峻的挑戰(zhàn):資源難以長久支撐;環(huán)境壓力加大;用戶的需求越來越高;出口與其它的國家的貿(mào)易摩擦加大;行業(yè)主要產(chǎn)品產(chǎn)能過剩,勞動力成本提高,部分地區(qū)出現(xiàn)不足;市場競爭加劇,利潤空間被擠壓,企業(yè)的運營費用增加等。而市場急需的高端產(chǎn)品由于設(shè)備和技術(shù)原因卻沒能力生產(chǎn)。這一切都迫使涂附磨具企業(yè)走向創(chuàng)新驅(qū)動和綠色智能方向轉(zhuǎn)型提升,以提升企業(yè)關(guān)鍵競爭能力,降低生產(chǎn)成本。
涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造涵蓋原布處理系統(tǒng)、砂帶制造生產(chǎn)線系統(tǒng)、產(chǎn)品轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、生產(chǎn)過程中的廢水處理和廢氣處理系統(tǒng)和包裝系統(tǒng)等組成。涉及生產(chǎn)、技術(shù)質(zhì)量和研發(fā)、供應(yīng)、營銷、及管理與戰(zhàn)略、財務(wù)與資本運作和資源匹配與調(diào)度等全過程和全方面的全生命周期。智能制造通過底層的涂附磨具產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)、研發(fā)數(shù)字化的建設(shè),實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化、裝備智能化、生產(chǎn)數(shù)字化、研發(fā)數(shù)字化的工廠,為管理、決策提供理性的決策依據(jù);其次利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強信息管理和服務(wù);最后加上綠色智能的手段和智能系統(tǒng)構(gòu)建整個綠色現(xiàn)代的“智慧工廠”。實現(xiàn)信息化帶動工業(yè)化,工業(yè)化促進信息化良性循環(huán)。實現(xiàn)涂附磨具綠色智能制造。
2.我國涂附磨具生產(chǎn)和裝備發(fā)展簡述和國內(nèi)外智能制造發(fā)展?fàn)顩r
我國的涂附磨具是在解放后才發(fā)展起來的。1960年,在上海砂輪廠建成了當(dāng)時我國最寬(1000mm)的平跑式干磨砂布生產(chǎn)線。1964年,從民主德國引進的懸掛干燥式砂布砂紙生產(chǎn)線在鄭州的中國第二砂輪廠建成,是我國引進的第一條涂附磨具生產(chǎn)線。這條涂附磨具生產(chǎn)線對我國涂附磨具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起了不可替代的作用。
從80年代初至90年代中,中國第二砂輪廠和上海砂輪廠先后從聯(lián)邦德國引進了成套涂附磨具生產(chǎn)線,使我國涂附磨具產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。從20世紀(jì)末開始,我國涂附磨具生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大,廠家眾多,品種齊全。如今,我國成為世界涂附磨具第一大國。
至2015年,國內(nèi)共引進Peter Schwabe Gmbh生產(chǎn)的涂附磨具大卷制造生產(chǎn)線17條和多條布基處理生產(chǎn)線。國內(nèi)基本形成了品種和系統(tǒng)完整的原布處理設(shè)備、涂附磨具生產(chǎn)線裝備、砂帶轉(zhuǎn)換設(shè)備、砂頁盤自動生產(chǎn)線等全部涂附磨具生產(chǎn)裝備的設(shè)計制造和生產(chǎn)能力,我國部分涂附磨具生產(chǎn)企業(yè)的部分設(shè)備的數(shù)字化和智能化水平已經(jīng)向國際先進水平靠近;一些骨干行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的裝備水平有了很大提高,其部分工藝和裝備水平達到了與國際接軌的一流現(xiàn)代化水平,但我國涂附磨具全行業(yè)總體總體工藝和裝備水平與國際磨料磨具先進企業(yè)相比還有一定差距,特別是在生產(chǎn)工藝、自動化和設(shè)備及全廠信息集成化的綠色和智慧生產(chǎn)方面。
目前,我國涂附磨具正向先進涂附磨具產(chǎn)品制造技術(shù)和和配套的全套涂附磨具裝備智能化裝備方向提升和發(fā)展。涂附磨具生產(chǎn)線設(shè)備的自動控制、涂層的精密控制(包括射線測厚)、集成測控技術(shù)研究,原布處理裝備的開發(fā)和研究,砂帶轉(zhuǎn)換設(shè)備自動化、數(shù)字化的研究和開發(fā),超硬材料(人造金剛石和立方氮化硼)涂附磨具專用生產(chǎn)線的開發(fā)和高分子薄膜涂附磨具專用生產(chǎn)線的開發(fā),都面臨迫切需求。
在涂附磨具智能制造方面,國際領(lǐng)軍的著名涂附磨具企業(yè)在涂附磨具智能制造處于領(lǐng)先地位,其特征是:實現(xiàn)了生產(chǎn)裝備的數(shù)字化和自動化,生產(chǎn)運行管理實現(xiàn)了數(shù)字化和信息化,目前正在向建立大數(shù)據(jù)和云計算為特征的全體系智慧化制造和服務(wù)體系。我國目前在部分骨干企業(yè)部分實現(xiàn)了關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)線的自動化,和生產(chǎn)管理方面部分信息化和數(shù)字化,在全體系生產(chǎn)運行管理數(shù)字化和信息化方面剛剛起步,在以大數(shù)據(jù)和云計算為特征的全體系智慧化制造和服務(wù)體系方面已著手行動。
3.涂附磨具智能制造的主要內(nèi)容
按照綠色智能理念進行涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造,內(nèi)容包括建立涂附磨具生產(chǎn)數(shù)字化工廠模型,并對自動配料系統(tǒng)、砂帶原布處理生產(chǎn)線、涂附磨具制造生產(chǎn)線、涂附磨具轉(zhuǎn)換生產(chǎn)線、廢液廢氣處理系統(tǒng)以及生產(chǎn)線系統(tǒng)集成和智能監(jiān)控系統(tǒng)分別進行了系統(tǒng)模擬仿真。應(yīng)用數(shù)字化車間的理念實現(xiàn)涂附磨具車間的規(guī)劃、生產(chǎn)、運營全流程數(shù)字化管理。磨具產(chǎn)品信息貫穿于設(shè)計、制造、質(zhì)量、物流等環(huán)節(jié),實現(xiàn)涂附磨具生產(chǎn)的全生命周期管理(PLM)。
涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造對生產(chǎn)工藝的改進,通過數(shù)字化車間的生產(chǎn)控制系統(tǒng)、資源管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、產(chǎn)品追溯系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建立,實現(xiàn)涂附磨具車間的工藝、生產(chǎn)、管理、監(jiān)測、物流等環(huán)節(jié)的集成優(yōu)化,采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)企業(yè)智能管理與決策,全面提升企業(yè)的資源配置優(yōu)化、操作自動化、實時在線優(yōu)化、生產(chǎn)管理精細化和智能決策科學(xué)化水平。
要實現(xiàn)涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造,涂附磨具生產(chǎn)的自動化、數(shù)字化是信息化和智能制造的基礎(chǔ),自動化、數(shù)字化和信息化是智慧化智能制造的基礎(chǔ)和主要組成之一。綠色是現(xiàn)代砂帶工廠必須具備的條件。
涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造是從自動化、數(shù)字化、通過智能化和信息化到智慧化,實現(xiàn)工業(yè)化與信息化的深度融合。自動化、數(shù)字化只是智能化的前身,以數(shù)字化為基礎(chǔ),以信息化帶動自動化,以自動化促進信息化,并從智能化尋求提高。自動化與智慧化智能制造最大的差異于數(shù)據(jù)庫的建立與分析。
智慧化涂附磨具智能制造的總體應(yīng)用架構(gòu)可構(gòu)建為智能裝備生產(chǎn)檢測控制層、通信層、平臺層和應(yīng)用層。
智能裝備生產(chǎn)檢測控制層,包括生產(chǎn)工藝裝備自動化和數(shù)字化,實現(xiàn)生產(chǎn)和產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量控制的智能化和優(yōu)化,如:原材料處理、配料與輸送體系工藝裝備;原布處理工藝裝備體系;砂帶制造線裝備和工藝檢測和控制保障裝備體系;配套環(huán)保處理和能源保障裝備體系;配套能源管理和安全及消防和工業(yè)衛(wèi)生檢測和裝備體系等的生產(chǎn)線的自動控制和在線檢測與控制體系。智能裝備生產(chǎn)檢測控制層還負責(zé)識別物體和采集信息。
通信層,負責(zé)將來自感知互動層的各類信息通過基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)層,包括三網(wǎng)融合下的通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、廣電網(wǎng)等,而且網(wǎng)絡(luò)傳輸層可以通過升級以滿足未來不同的傳輸要求。通信層,主要關(guān)注感知層初步處理的數(shù)據(jù)經(jīng)由各類網(wǎng)絡(luò)的傳輸問題,通信層涉及到不同網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的互通、自組織通信等多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
平臺層,負責(zé)對智慧化砂帶工廠數(shù)據(jù)資源進行劃分構(gòu)建基于云計算的礦山數(shù)據(jù)中心,并構(gòu)建生產(chǎn)一體化監(jiān)控平臺。
應(yīng)用層,負責(zé)數(shù)據(jù)庫的建立與分析,包括全廠ERP 系統(tǒng),OA系統(tǒng)等全廠數(shù)字信息化等管理系統(tǒng),結(jié)合戰(zhàn)略管控需要進行業(yè)務(wù)管理創(chuàng)新,實現(xiàn)涂附磨具制造生產(chǎn)指揮調(diào)度、安全生產(chǎn)檢測、生產(chǎn)經(jīng)營智能決策、資源管理系統(tǒng)監(jiān)控與預(yù)測等業(yè)務(wù)應(yīng)用。
涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造的體系構(gòu)成如下:


涂附磨具生產(chǎn)過程,包括原布處理生產(chǎn)線、砂帶制造生產(chǎn)線、產(chǎn)品轉(zhuǎn)換線以及輔助子系統(tǒng)(廢水與廢氣處理,生產(chǎn)包裝線);并將生產(chǎn)管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、生產(chǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行有效集成,設(shè)計涂附磨具生產(chǎn)加工的數(shù)字化工廠和智能物流系統(tǒng)。



圖5 涂附磨具綠色智能制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)
涂附磨具綠色智能制造的實施是一項系統(tǒng)工程,作為新建或已有的涂附磨具企業(yè),可采取不同的實施策略。其實施涵蓋傳統(tǒng)企業(yè)運營當(dāng)中規(guī)劃、設(shè)計、技術(shù)改造、建設(shè)、生產(chǎn)、管理、監(jiān)控等生產(chǎn)和管理整個過程和運營中的高效、安全、環(huán)保問題,及業(yè)務(wù)、財務(wù)和管理間信息的緊密集成和流程的高效協(xié)同。涉及制造線裝備和工藝檢測和控制保障裝備體系;配套環(huán)保處理和能源保障裝備體系;配套能源管理和安全及消防和工業(yè)衛(wèi)生檢測和裝備體系。ERP 系統(tǒng),OA系統(tǒng)等的建設(shè)。涂附磨具智能制造體現(xiàn)在高度信息化、自動化和高效率,終極目標(biāo)之一是實現(xiàn)智能化最優(yōu)生產(chǎn)和運營。
以國內(nèi)某企業(yè)的設(shè)計為例,介紹涂附磨具綠色智能制造實施的探索。
首先,按照涂附磨具綠色智能制造的理念,按照全生命周期的理念,進行工廠的設(shè)計、指導(dǎo)建設(shè)和運行和維護。為企業(yè)提供數(shù)字化資產(chǎn)。搭建了圖1-圖5的體系。第二,按照涂附磨具的特點分項實施綠色智能制造。
(1)數(shù)字化原布處理生產(chǎn)線:
涂附磨具的原布處理,包括:驗布卷布機、液壓雙卷卷繞機、燒毛退漿機、全幅清洗機、浸漬拉幅機、刮漿機和配料工序等一系列的工序。

涂附磨具的制造,包括:開卷機,印刷機,底膠機,重力和靜電植砂機,膠準(zhǔn)備系統(tǒng),干燥溫控通風(fēng)系統(tǒng),補膠機,收卷機,固化爐等工藝設(shè)備。

涂附磨具產(chǎn)品轉(zhuǎn)換線包括:揉曲機,分切機,磨邊機,帶壓機,帶切機,帶涂機等裝備。
數(shù)字化涂附磨具砂帶轉(zhuǎn)換設(shè)備采用人機界面實現(xiàn)人與機器的交互,每臺設(shè)備控制器采用小型PLC,將所有PLC組成網(wǎng)絡(luò)與涂附磨具產(chǎn)品轉(zhuǎn)換線工作站進行通信。根據(jù)數(shù)字化車間管理系統(tǒng)下派的生產(chǎn)任務(wù)信息,自動制定機臺作業(yè)計劃,由PLC完成控制任務(wù)。并將生產(chǎn)過程中的設(shè)備狀態(tài)、運行參數(shù)、產(chǎn)品種類、數(shù)量等信息實時傳送給產(chǎn)品轉(zhuǎn)換線工作站。

產(chǎn)品生命周期包含產(chǎn)品需求信息收集、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)和產(chǎn)品市場生命周期管理。建立詳細、直觀和可行的數(shù)字化產(chǎn)品信息,從而發(fā)現(xiàn)和解決關(guān)鍵問題。
涂附磨具全生命周期信息管理系統(tǒng)以MES信息技術(shù)為手段,采用先進的自動控制技術(shù)、條形碼技術(shù)、RFID技術(shù),并以現(xiàn)代生產(chǎn)管理理念(如TPS、TQM、OEE、LEAN等)為理論依據(jù),覆蓋了涂附磨具生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的全工序,實現(xiàn)了涂附磨具全生命周期的信息化管理,為涂附磨具企業(yè)生產(chǎn)管理提供一套完整的解決方案。


備配料系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的提示,確定目前生產(chǎn)需準(zhǔn)備的原料,由備配料系統(tǒng)進行本系統(tǒng)的作業(yè)。此外,備配料系統(tǒng)的狀態(tài)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)由觸摸屏通過以太網(wǎng)形式傳輸進入中控室集控系統(tǒng)中,實現(xiàn)重要數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、保存和歷史數(shù)據(jù)查詢的功能。現(xiàn)場的看板信息通過中控室生產(chǎn)管理與看板管理軟件進行管理,展示物料的批次、訂單號、班組等生產(chǎn)排程信息。
準(zhǔn)備好物料自動將配方代碼信息輸入至控制系統(tǒng)中, PLC控制系統(tǒng)可智能識別每次配料的配方、數(shù)量和每次送料的工位等信息,從而可以實現(xiàn)物料智能追蹤。系統(tǒng)跟中央控制室智能生產(chǎn)線控制集成系統(tǒng)建立通訊,在控制集成系統(tǒng)中“配料管理系統(tǒng)”畫面顯示,智能監(jiān)控配料系統(tǒng)中各設(shè)備的運行狀態(tài),同時方便記錄物料輸送情況,生產(chǎn)報表便于查詢。
在原布處理工序、涂附磨具生產(chǎn)工序、轉(zhuǎn)換工序通過各自的數(shù)字化信息管系統(tǒng)均能動態(tài)監(jiān)控整個產(chǎn)品生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)、設(shè)備運行參數(shù)的實時和歷史數(shù)據(jù),以及通過其在線設(shè)備故障診斷系統(tǒng),使維護人員及時發(fā)現(xiàn)運行不穩(wěn)定的生產(chǎn)線的設(shè)備并及時修復(fù)。所有這些信息化手段實現(xiàn)了實現(xiàn)對應(yīng)產(chǎn)品訂單號、產(chǎn)品規(guī)格、數(shù)量等信息動態(tài)、智能追蹤。
涂附磨具產(chǎn)品下線后,由成品質(zhì)量檢驗管理系統(tǒng)對產(chǎn)品盡心質(zhì)量檢查,經(jīng)檢測符合要求的產(chǎn)品運至包裝區(qū)進行包裝,同時將該批次產(chǎn)品不合格產(chǎn)品數(shù)量、規(guī)格、不合格原因等信息傳輸至中央控制室,作為生產(chǎn)改進、銷售及發(fā)貨依據(jù)。
檢驗合格的產(chǎn)品經(jīng)過產(chǎn)品信息的錄入進入工廠倉儲管理系統(tǒng),并與企業(yè)ERP系統(tǒng)對接,供相關(guān)管理人員調(diào)用查看。
發(fā)貨時,由數(shù)字化物流管理系統(tǒng)保證產(chǎn)品安全、準(zhǔn)時到達客戶。客戶在使用時,如果有關(guān)本產(chǎn)品使用中的問題將通過售后服務(wù)系統(tǒng)實 現(xiàn)可其本產(chǎn)品追溯,包括質(zhì)量分析、生產(chǎn)回溯,從而找到問題所在,改進生產(chǎn)。
鑒于篇幅所限,涂附磨具綠色智能制造的其他內(nèi)容不再在此贅述。
總之,涂附磨具綠色智能制造的實施一般按以下過程逐步實施:1.)資源配置和使用數(shù)字化和智能智慧化;包括建立砂帶工廠的ERP系統(tǒng),建立全廠多功能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實現(xiàn)全廠資源的優(yōu)化配置和使用。2).生產(chǎn)設(shè)備的綠色智能化;包括配套環(huán)保處理和能源保障裝備體系;配套能源管理和安全及消防和工業(yè)衛(wèi)生檢測和裝備體系等的生產(chǎn)線的自動控制和在線檢測與控制體系。砂帶生產(chǎn)線的設(shè)備具有智能控制功能,包括各類工藝參數(shù)的檢測與在線控制、產(chǎn)品產(chǎn)品生命周期管理、安全性、可追蹤性與節(jié)能技術(shù)等,而這些功能的來源,都必須透過砂帶生產(chǎn)線傳感器的建置,將所產(chǎn)生的訊息設(shè)備端延伸到IT數(shù)據(jù)中心的端對端企業(yè)連結(jié)架構(gòu),實現(xiàn)砂帶生產(chǎn)線設(shè)備智能化。3).生產(chǎn)自動化和數(shù)字化和綠色智能;指涂附磨具生產(chǎn)全過程設(shè)備和輔助配套功能設(shè)備實現(xiàn)自動化和數(shù)字化和綠色制造,透過整合讓整個生產(chǎn)過程達到綠色智能化目標(biāo)。4).管理體系數(shù)字信息化和綠色智能;包括自動化系統(tǒng)管理、資源管理系統(tǒng)、OA系統(tǒng)和能源管理管理系統(tǒng)等。實現(xiàn)全廠管理數(shù)字信息化。能源和綠色節(jié)能管理方面,數(shù)字化地實現(xiàn)從資源、材料、設(shè)計、制造、廢棄物回收到再利用處理,形成綠色產(chǎn)品生命周期管理的循環(huán),綠色ICT的加值應(yīng)用,伸至綠色供應(yīng)鏈的協(xié)同管理、綠色制程管理與智慧環(huán)境監(jiān)控等,協(xié)助上下游廠商與客戶之間共同創(chuàng)造符合環(huán)保的綠色產(chǎn)品。5)工廠運行綠色智慧化,實現(xiàn)涂附磨具綠色智能制造。
5.結(jié)語
我國涂附磨具企業(yè)要積極迎接和面對“中國制造2025”,互聯(lián)網(wǎng)+、和“一帶一路”戰(zhàn)略帶來的機遇和挑戰(zhàn),加快實施涂附磨具制造從自動化、數(shù)字化、通過智能化和信息化到綠色智能制造的智慧化,實現(xiàn)工業(yè)化與信息化的深度融合,實現(xiàn)涂附磨具生產(chǎn)的綠色智能制造,是我國涂附磨具行業(yè)企業(yè)發(fā)展的必由之路。