工業(yè)4.0智能工廠工藝規(guī)劃設(shè)計

工業(yè)4.0智能工廠工藝規(guī)劃設(shè)計“工業(yè)4.0”由德國政府在2021年4月的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，是德國針對制造業(yè)發(fā)展進程的不同階段給出的定義。在2021年德國聯(lián)邦教育研究部發(fā)布的《工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議》中，對不同的工業(yè)發(fā)展階段進行了定義：工業(yè)2.0是電氣化，電力驅(qū)動的機械使生產(chǎn)制造的規(guī)?；玫娇涨鞍l(fā)展；工業(yè)3.0是自動化，電子和信息技術(shù)的大量應(yīng)用，使得生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化水平不斷提升；工業(yè)4.0是智能化，其特征是以智能工廠為核心，建立起一整套規(guī)?；?、定制化的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)及服務(wù)模式，真正實現(xiàn)工業(yè)由制造向“智造”的轉(zhuǎn)型升級。

1典型智能工廠簡介

沃爾沃大慶工廠，100%采用了電動扳手，這一驅(qū)動方式的變化帶來了巨大的智能化潛力，不僅僅使得緊固效率和精度更高、緊固質(zhì)量監(jiān)測更精準外，該工廠出產(chǎn)的每一輛產(chǎn)品的每一個螺栓緊固數(shù)據(jù)都會獨立建檔保存，10年內(nèi)可追溯出現(xiàn)的任何問題。再比如焊接生產(chǎn)線上，216臺ABB機器人的引用讓焊接自動化率超過70%，S90長軸距豪華轎車有5789個焊點，其中有4000多個焊點是由機器人自動完成焊接的。為了實現(xiàn)這樣的焊接水準，沃爾沃采用了自適應(yīng)焊接系統(tǒng)，每次焊接前，設(shè)備會檢測板材的電阻情況，根據(jù)得到的板材數(shù)據(jù)自動進行調(diào)整焊接參數(shù)，保證每一個焊點都能達到一致的焊接效果，同時每個焊點也同樣可追朔出現(xiàn)的任何問題。不過以上具體的生產(chǎn)工藝，都是建立在大慶工廠的信息化系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，工廠內(nèi)大批量的智能設(shè)備要實現(xiàn)互通互聯(lián)，最關(guān)鍵的一點就是信息化系統(tǒng)與設(shè)備間的完美配合，即在面積有限的廠房內(nèi)，數(shù)以萬計的生產(chǎn)制造設(shè)備，要通過復雜的有線、無線網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。

梅賽德斯奔馳，在生產(chǎn)中的創(chuàng)新型自動化解決方案如下：使用協(xié)作機器人團隊C級后軸的新型建造和裝配概念，基于目前的技術(shù)水平，梅賽德斯奔馳與Fa.Kuka機器人公司在“裝配21”研發(fā)項目中共同開發(fā)了新型、整體的裝配概念。一方面，要為目前的人工、耗時的裝配車間找到符合現(xiàn)有機械化水平的解決方案。另一方面，要尋求更輕便的工件運輸解決方案，以替代目前多個傳送部件組成的固定裝配傳輸帶。目前完整的后輪由45個協(xié)同的KUKA機器人（也就是的共同工作系統(tǒng)）裝配完成。直到工序最后，軸承才會放置到由12個人工工作臺組成的連續(xù)運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)車臺上，以完成具有各種變化的配件產(chǎn)品。在中性的轉(zhuǎn)車臺上，所有工序得以匯總，這保證的裝備無需改變裝配節(jié)奏或工作內(nèi)容即可應(yīng)對數(shù)量要求變化的高度靈活性。一個機器人組合包括至多六個機器人，體現(xiàn)了極高的協(xié)作效益。

2軌道交通企業(yè)特點

軌道交通產(chǎn)品整車組裝工序的工序和部件制造工序都是比較多的，相對于汽車制造最終組裝約70道工序400多個部件來說，都呈現(xiàn)了數(shù)量級的增長，工序和部件的增多勢必帶來工位、節(jié)拍、物流和信息化的高度復雜化。另外作為組裝平臺的車體，基本尺寸基本在18-30米，重量達15-30噸，如此的龐然大物如果實現(xiàn)頻繁移動，在設(shè)備、空間和安全上均對成本和管理提出了過高的挑戰(zhàn)。

3智能生產(chǎn)線工藝規(guī)劃設(shè)計

在工廠的生產(chǎn)全流程相關(guān)業(yè)務(wù)中，工藝工作處于基礎(chǔ)與先導地位。工藝決定了產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，從而影響了工廠的布局、運行方式和生產(chǎn)組織方式，這些因素共同決定了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計基礎(chǔ)是進線零件的加工工藝設(shè)計，工藝設(shè)計應(yīng)先行開展，并要經(jīng)過充分討論。

智能化生產(chǎn)線的開展步驟通常是：（1）工藝規(guī)劃、車間布局等頂層總體設(shè)計；（2）智能化設(shè)備的選型，物流、倉儲、機器人選型，硬件建設(shè)；（3）系統(tǒng)控制接口、物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，運行控制軟件設(shè)計開發(fā)；（4）系統(tǒng)集成、聯(lián)調(diào)。

可以看出，智能制造的加工工藝技術(shù)是智能制造生產(chǎn)線頂層總體設(shè)計的基礎(chǔ)，是智能制造生產(chǎn)線設(shè)計首先要開展的，它決定了生產(chǎn)線中最重要也是投資最大的硬件，即加工設(shè)備的選型，也是智能制造生產(chǎn)線調(diào)度、運行控制的決策依據(jù)，是決定智能制造生產(chǎn)線的節(jié)拍、工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)（王文理，康永峰，2016）。如果說設(shè)備是工廠的肌肉骨骼，傳感器和網(wǎng)絡(luò)是工廠的血管神經(jīng)，那么工藝則是工廠的靈魂。

智能化生產(chǎn)線建設(shè)過程中工藝工作應(yīng)著重從以下五個方面進行：（1）優(yōu)化現(xiàn)有工藝工作流程，實行工藝標準化，推廣工藝精益化，研究工藝穩(wěn)健化。無論是傳統(tǒng)生產(chǎn)方式還是工業(yè)4.0環(huán)境下的智能工廠，都需要有精益穩(wěn)定的制造工藝，這也是解決效率和質(zhì)量問題的根本途徑。所謂智能工廠的“智能”是技術(shù)人員將一系列的判斷因素、思考邏輯，根據(jù)具體的業(yè)務(wù)流程進行提煉而形成的，還無法與人類的智慧