制造业数字车间建设方案浅谈

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摘要：为了提高制造企业现有的制造水平，促进企业生产效率有效改善，以达到优化投入产出比，增强企业盈利能力，对企业生产制造主体实施数字化和信息化改造已成为制造业势在必行的前进方向。推行生产车间数字化和自动化建设，可以为企业在生产时效和产品质量等方面带来质的飞跃；它既可以优化生产制造控制流程、缩短制程和周期，同时又能减少质量问题的发生，有效提高工作效率，从而大幅降低生产成本，为企业不断增添新的盈利能力。

关键词：离散制造；数字化；提质增效

0引言

制造业是国民经济的主体，是科技创新的主战场，是立国之本、兴国之器、强国之基。当前，全球制造业发展格局以及中国经济发展环境发生重大变化，中国面临着实现中国制造向中国创造转变，中国速度向中国质量转变，中国产品向中国品牌转变的重大变革。目前，中国仪器仪表等离散型制造的发展水平参差不齐，特别是在生产自动化、信息化及关键核心技术方面，距离国外发达国家水平还有较大距离，在硬件设备、软件系统方面还需要做大量的工作，需要投入大量的精力，尽快达到国际水平，实现“中国制造2025”战略纲要强化工业基础能力的战略目标。文章通过某公司数字车间改造项目的案例，针对中国仪器仪表等离散型制造业普遍存在特点，给出合理的数字化改造方案，并说明通过数字车间的改造，对企业经营和生产管理的价值性，帮助管理层更好的进行决策[1]。

1车间改造前问题点

某公司是一个刀具加工企业，是离散制造业的典型代表，在实施数字车间改造之前，产品加工处于单机加人工操作的状态，生产流程的管控、库存管理、物流管理、设备管理基本处于相对人工管理状态，管理工作量很大；车间加工设备只有20台，用工人数却高达80余人。这些问题造成产品质量不稳定；材料损耗成本、库存成本、用工成本居高不下，给企业的市场竞争力造成很大负面影响。该企业生产车间的主要特点是：离散为主、流程为辅、装配为重点。其具体特点主要如下：生产方式以按订单生产为主，按订单设计和按库存生产为辅；产品结构（BOM）复杂，工程设计任务很重，不仅新产品开发要重新设计，且生产过程中也有大量的设计变更和工艺设计任务，设计版本在不断更新；制造工艺复杂，加工工艺路线具有很大的不确定性，生产过程所需机器设备和工装夹具种类繁多；自动化程度主要在单元级，自动化水平相对较低等[2]。

2数字车间解决方案

为解决上述问题，突破企业发展过程中的瓶颈，公司管理层下决心实施车间的装备自动化、数据信息化的数字车间改造。车间的总体改造方案是利用多种物流设备的调度控制技术和中间件应用集成技术，整合制造车间的各种资源，构建数字化制造车间集成应用平台，建设物流控制系统、车间制造执行系统MES、产品全生命周期管理系统（PLM）、工刀具管理系统、自动化加工控制软件等内容，并实现与现有应用系统的无缝集成。解决了车间作业调度以及过程监控、数控设备跨车间联网、数据的采集和管理、对工刀具的管理、生产车间的物流路线规划控制和上下料的自动化、应用系统集成等问题。实现制造车间的数字化、自动化、精益生产，提升装备制造的能力。实现通过制造执行系统（MES）优化企业生产制造管理模式，制造过程实现智能化的软硬件技术、控制系统及信息化系统的集成应用，建立统一的信息管理平台和生产系统的实时监控，在ERP生产计划指导下完善车间生产制造执行系统或调度系统、经营管理系统的集成应用；物料需求计划编制、物流配送管理实现智能化、自动化。

3数字车间实施目标

1）生产线数字化

由工件传送系统和控制系统，将自动化装备和辅助设备按照工艺顺序进行结合，在无人（或少人）干预的情况下，按规定的程序或指令进行操作或控制，自动完成产品全部或部分制造过程，从而提高产品的生产效率及良品率

2）提升产品研发设计水平

车间产品采用智能化设计手段或先进的信息化设计系统；基于产品数据管理系统（PDM），形成基于三维设计模型的数字化产品库。

3）优化生产制造控制流程

①提升数控加工中心、工业机器人、自动化生产线、自动化生产设备应用比例。②关键设备（数控加工中心、工业机器人）与产品、工艺设计实现互联。③工位计算机随时根据订单、图纸的变化调整工艺技术，实现无图纸化生产管理。④生产/制造全过程实现智能监控与调度。⑤广泛采用自动识别设施，配备到工位。⑥生产设备状态（运行状态、生产数量、生产效率等）实现实时监控。

4数字车间的创新性

1）解决生产车间的生产设备、库房、现场等情况对生产物流、运输物流、仓储物流等路线的规划以及上下料的自动化和物流控制等问题。2）解决车间自动排产、作业计划管理、作业调度管理以及作业过程监控、产品过程质量控制、虚拟生产等问题。3）解决数控设备NC代码的加载、管理，数控设备跨车间联网、数据的采集和管理等问题。4）解决根据产品工艺生成NC代码并上传，刀具清单生成、上传等问题。5）解决对工装、夹具、刀具的管理问题。6）解决与ERP、PDM、CAX、物流等应用系统，以及专业设计、仿真、分析等工具软件的集成问题。

5数字车间实施现状

当前该企业已实施完成数字车间一期建设，数字车间采用智能化、信息化控制技术，全面满足多样化柔性化的生产需要。能够实现提出的各种控制功能，并根据实际生产能力需要，调节参与生产的设备的种类和数量，并能够实现自动分拣、顺头、不良品剔除、自动搬运、上料、自动计数等功能，配合后期建设计划中的MES软件还能实现生产任务追踪、产线派工、自动报工、设备远程监控、智能看板、异常呼叫、移动应用等应用方向。

6数字车间实施生产绩效

1）生产管理方面

①优化生产过程管理，平均生产周期缩短到②优化计划排产，计划下达效率提高大于80%。③精确生产，提高产品质量。④提高生产收益率。⑤降低生产成本。

2）工艺管理方面

①提高生产中各个工序的工艺保密性。②.降低工艺维护出错率，确保工艺配方执行准确率达到100%。③.产品信息自动收集，工艺统计分析效率提高10～100倍.

3）质量管理方面

①产品质量的控制将转化成为对原材料来料的质量控制、设备的控制参数的要求、对人的行为规范的要求。②建立相关流程，防止不达标产品的流出，将质量问题减少98%。

4）设备管理方面

通过对设备状态的信息采集、监控、故障诊断以及历史数据的分析，实现设备的预警性管理，从而降低设备故障停机率，停机率可以降低40%～80%。

5）物料管理方面

①利用实时、精确的产能信息，在制品区（WIP）和库存状态，更好的编制生产计划，提高产能。②通过缩短生产周期和交货期，提高产量，提高产品一次合格率到90%以上，原料浪费减少80%。③将在制品区（WIP）和存货量减到最少，可降低生产及资本成本。

6）成本管理方面

①通过提高生产的连续性、提高生产效率、降低不良品的概率，有效降低生产成本。②降低成本管理费用、损耗费用并且为细化职工绩效考核提供依据。③,,为管理决策提供科学的、可靠的、全面的计量数据。④系统对数据的自动采集、自动导入导出替代了人工抄录的方式，提高数据分析的效率和科学性。

7数字车间经济效益

该企业数字车间实施前后社会、经济、环境效益及对比情况如下：1）降低制造成本，通过柔性制造，可实现单件产品定制生产，生产线不间断生产模式，每年可节约800万元的生产成本。2）提高产品质量，智能生产线能实现精确生产和控制，大幅提高产品的合格率和可靠性，每年可节约300万元左右的维修及售后服务费用。3）准确预测产量并实现计划排产，大幅减少库存，每年可节约2000万元左右库存资金。4）节省了人力成本，每年可以节约300万元左右。综上所述，项目实施后，每年可以创造约1.2亿元左右的收入，增加税收约3000万元左右，实现良好的社会、经济、环境效益。

8结语

本文旨在通过某公司数字工厂建设的应用案例，与广大读者分享在工业化、信息化两化融合发展的大趋势背景下，仪器仪表制造业等离散型制造业数字车间的建设模式、应用理念、经济效益分析；为这些行业的智能工厂建设提供参考。

作者:董云江单位:南京优倍电气有限公司