表面处理生产线智能制造自动化技术研究

表面处理生产线智能制造自动化技术研究

黄超、王永强

陕西飞机有限责任公司 陕西省汉中市 723213

摘要：为了将新一代信息通信技术与先进制造技术相结合，将航空装备制造业的转型升级作为发展趋势，以实现航空智能制造的网络化、数字化、智能化为目的，对表面处理生产线的智能制造自动化技术进行了深入的研究，建立了表面处理智能产线的数字孪生模型，建立以知识驱动为基础的智能工艺系统，数字信息化管理系统，智能物流管理系统。

关键词：表面处理；智能制造；信息化

一、表面处理生产线智能化特征

自动调用不同的程序，自动控制设备，自动调节参数。拥有温度自动控制、 PH值自动控制、电流电压自动控制、自动喷淋、自动补水、自动分析、自动加料、自动记录及生产自检的智能生产线。

二、表面处理生产线数字孪生技术

基于此，本项目拟采用数字孪生技术，开展面向表面处理产线的仿真与制造验证研究，在虚拟环境下，对产线中出现的各类质量缺陷与工艺问题进行早期检测与修复，建立面向表面处理的数字孪生模型，验证产品设计的正确性，并对不同工况下的表面处理生产线进行仿真与仿真，从而实现面向表面处理的虚拟生产。主要研究内容包括：（1）建立面向曲面加工的曲面加工流水线三维数字化建模（包括设备布局、物料运输、生产策略等），并对曲面加工流水线进行实时可视化。(2)根据流水线数字孪生模型，模拟并验证了表面处理流水线的产能。(3)验证生产线的生产进度，设备效率，并对生产瓶颈进行分析。(4)验证并优化流水线过程中所需的过程资源（人员需求，后勤设备数量需求等）。(5)对可能出现的生产线装备失效情况，进行生产计划的确认。(6)将双线模型与现场控制系统和 MES系统进行数据整合，将现场的生产状况直观地呈现出来，并做出实时的生产决策。(7)根据表面处理流水线上已加工的产品，模拟并验证混合流水线的生产方式（不同部件类型、不同批量尺寸、应急插单等）。

三、数字信息化管理系统

（一）数字信息化管理系统—数字化工艺系统

数字化工艺系统可以实现对表面处理工艺的管理，在工艺设计管理平台上，利用数据导入工具，可以完成对设计零件数据的输入，同时还可以将设计三维数模、技术文档等与当前对象进行联系，从而成为表面处理工艺表的数据源和参考文档。

通过工艺参数、典型工艺积累，可以构建出工艺数据库、各类工装夹具，构建出工装库，最终形成工艺设计知识库，在进行零件表面处理工艺设计时，可以快速调用。在此基础上，提出了一种基于数字流程的流程控制方法，并将流程控制在一个简单的流程中。

（1）零配件资料的管理.将零散部件的数据以散部件的形式输入到工艺设计管理平台，并利用建立的虚拟 BOM （虚拟部件）将相同单元内的零散部件一起管理，在部件出现变化时，可以用不同的虚拟部件来记录部件的变化，可以追溯部件的变化，从而达到对部件变化进行控制的目的。（2）流程管理的结构性。工艺计划管理 MPM，它是一个贯穿于计划、设计、制造和管理的整个过程的协作工作环境，目的是为了对生产过程中的工艺信息进行协调和统一管理。对生产过程中的信息进行结构化管理，已成为生产过程中不可缺少的手段。在 TCM管理系统中，可以进行过程的设计与规划，并倡导“3 PR”，也就是由产品、过程、工厂、资源四个要素组成的过程结构表，将过程的一切信息都组织起来，对过程数据的管理变得更清楚，对数据的快速检索与复用变得更容易。

（二）数字信息化管理系统—MES生产管控系统

MES生产控制系统是以生产计划为基础，通过与生产 BOM相结合，将生产计划、生产准备、材料供应、产品生产、质量控制等工作分解为可执行的工作任务，并在执行过程中实施实时监测与反馈，形成“订单提交-生产任务下达-生产计划分解-生产执行-生产数据收集与信息反馈”的闭环，使生产管理透明化、可视化、敏捷化；一体化体系构建的核心要求是设计，制造，面向公用的基本资源数据库，以“产品资料管理”、“过程资料管理”、“生产计划管理”和“材料管理”为核心的应用整合，实现了设计数据、工艺数据和生产数据在相应的系统中的相互贯通，构建了设计、工艺和制造三者之间的有机联系，从而形成了设计和制造一体化的应用环境；以制造 BOM为核心，对整个生产过程中的数据进行采集、处理，并进行集中管理，让整个生产过程都可以被追溯，为后续的数据分析、管理决策打下坚实的基础。改进生产管理，及时，随时，全面的掌握生产情况，对生产进行有效的控制。

（1）人员与班组。在车间人员管理中，主要的任务就是对系统内的相关用户信息进行定义，具体内容有：对人员的账号、权限、操作菜单、登录首页、产线分配、班次、工作日历、技能与培训记录等信息。员工的基本情况：以员工为核心，管理整个车间的员工档案和工作时间。包括对生产现场员工的基础资料进行保存，并编制生产现场员工工作状况表。通过对车间人员所属的班组、站位、操作设备等产线进行指派，使得系统能够精确的向操作员提供所需的制造任务信息。团队管理：依据公司的组织结构和员工团队的状况，对团队进行灵活的定义，并对团队进行适当的增加。与此同时，还要将设备和班组，设备和人员之间的逻辑关系构建起来，从而实现快速分类和查找、利用的目的。

（2）计划任务管理。在整个数字化生产执行系统中，生产计划管理属于最前沿的一部分，它的工作重点是要完成对车间作业计划的制定，并对进度进行监控，对车间计划的生产数量和完成时间进行确定，对车间产品或需交付项目进行生产指令，并最终完成产品配套任务。计划任务管理主要包括以下几个方面：①生产计划导入：从生产管理系统中提取零件交付节点计划，由车间仓库人员扫码输入零件信息，生成 Excel表格，计划员可以制定出车间作业计划，并对车间计划中的生产数量和完成时间进行判断，从而将作业计划自动推送给各个班组。②应急订单：在有应急订单或临时订单的情况下，计划员可以在 Excel表中建立一个具有更高优先级的生产计划表，然后用导入工具到 MES系统中，接受这个生产订单（应急订单），然后就可以对这个生产订单进行调度。③计划进度监视：可以直观地查看和查询生产计划的执行情况，完成情况，设备状况，警报等信息，并且可以按照预先设置好的方法，触发相关的事件或者警报，以促使管理者做出及时的反应。④工作计划管理：对车间计划员、调度员、工段进行计划下达，生产准备，工作分配，外协安排，并根据在制品的进展情况，对车间内的工件流动状况，设备状况等进行监测。⑤工段分配：由车间计划员下达给工段的工作计划，工段就可以进入工作分配界面，按照当天的工作进度（任务信息，紧急程度，时间要求等），以及设备和人员的状况，分配工作，并指派相应的人员和设备来完成工作。⑥现场实施管理：把企业生产中的各个环节的工作有机的结合在一起，进行连贯的操作，用最小的成本获得最大的产出和经济效益。⑦接受工作任务：团队接受工作人员分配的工作，员工可以在终端上看到相应的工作，系统会自动将接受的工作记录下来。⑧现场工作报告：当员工按照技术文档的指示，完成了产品的生产后，通过 FO条形码扫描系统，将此项工作报告的时间点自动记录下来。⑨实时数据收集：利用工业控制计算机与信息处理系统互联，实现海量数据的自动化收集，为统计分析、决策管理、能力优化等提供有力的数据支撑。

结语

推进新一代信息通讯技术与先进制造业的深度融合，从 MES生产控制系统的建立和表面处理智能化生产线的建立入手，实现表面处理的智能制造，传统的表面处理产品将会在一定程度上或完全上实现无纸加工，从获取设计参数，到生产过程中的信息传输，再到后期的物流过程，都可以实现全过程的信息化控制，提升表面处理线的智能化生产。

参考文献

[1]张小琴,冀耀华,王翀.表面处理生产线智能制造自动化技术研究[J].中国金属通报,2021(14):87-88.

[2]石峰,丁金友,匡泓,等.智能环保自动化—电镀表面处理设备制造业的现状与展望[J].电镀与精饰,2021,43(12):38-42.