曾成辉，李海新

（柳州五菱柳机动力有限公司，广西 柳州545005）

随着国家智能制造2025战略提出，工业4.0（Industrie 4.0）则成为各制造业研究的一个重点方向，它强调“智能工厂”和“智能生产”两个主题，实质是实现信息化与自动化技术的高度集成，旨在增进制造业的竞争优势。作为世界上“最大的工厂”，中国在制造领域发挥着巨大的作用。在中国经济需要转型升级的当下，中国的制造业正在从“中国制造”向“中国创造”迈进[1]。柳机作为发动机制造传统企业应该逐步转向信息化、数字化和智能化，从而将生产水平提升到一个新的高度，进而搭建工业4.0背景下的“智能工厂”。

1 智能工厂概述

智能工厂是一种先进的综合制造模式，是智能制造的集中体现和实现载体。其目标是提升工厂运行效率、快速响应市场、优质、柔性、清洁、安全、敏捷的制造产品、服务用户。

智能工厂的核心是客户所需产品的数据、智能成套设备、优化的工艺流程。

智能工厂的技术特征主要表现在以下几点：

1）具有产品性能与工艺的三维模拟与仿真优化能力，实现产品设计手段与设计过程的数字化智能化。

2）具有能参与网络集成和网络协同能力的智能生产线。

3）具有即插即用的软件集成平台，可对生产线或整个工厂的运行进行模拟仿真。

4）具有工艺数据库和知识库，能逐渐积累专家经验和指示，实现工艺参数和作业任务的多目标优化。

5）制造信息全过程跟踪以及产品质量可追溯。6）实现产品生命周期、制造执行、企业管理的系统制造和综合管控。

2 信息系统应用

利用新一代信息技术，建立信息集成平台，实现产业链的互联互通，支撑制造资源的优化配置，供需双方快速匹配和网络化系统设计制造，进而消除各环节信息孤岛，提高产品设计和制造效率。

为实现发动机“智能工厂”各产业链互联互通，消除产品全过程的各环节信息孤岛，则主要通过产品生命周期管理系统PLM、制造执行系统MES、企业资源管理系统ERP等信息系统的应用及系统信息互联共享，实现产品生命周期、制造执行、企业管理的系统制造和综合管控。见图1.

图1 工厂信息化集成

在智能工厂的制造环节，制造执行系统MES起着举足轻重的作用，以某发动机“智能工厂”装配线建设过程为例子来探讨MES系统的应用。见图2.

图2 M E S在发动机装配工厂的应用

该发动机装配工厂建设MES系统目的达成全过程透明化设计主要从4点入手。

在过程控制方面：MES管理生产订单的整个生产流程，通过对生产过程的所有突发事件实时监控，自动纠正生产过程中的错误或提供决策支持，以实现生产调度要求；在出现异常或与生产计划偏离太大时，及时反馈相关人员使其采取相应的措施。

在任务派工方面：MES在生产计划完成后，自动生成任务派工单，根据生产设备实际加工能力的变化，制定并优化生产的具体过程及各设备的详细操作顺序；为了提高生产柔性，生产任务根据生产执行具体情况及设备情况，结合资源配置进行现场动态分配。

在质量管理方面：MES跟踪原材料进厂到成品入库的整个生产流程，对产品原料、生产设备、操作人员、工序批次等数据实时采集，为产品的使用、改进设计及质量控制提供依据；根据检测结果确定产品问题、提供相应的决策支持。

在数据采集方面：MES根据不同的数据、应用场景、人员能力、设备投入等方面采取不同的数据采集方式，实时获取各工序、设备、物料、产品等数据，并统计、分析成其它系统、管理者所需的信息。

3 智能技术及智能制造装备的应用

智能技术及智能制造装备的应用是智能工厂的重要特征，该发动机装配工厂为满足数据采集时效及质量管控等方面有效运行，故在制造过程技术应用主要的智能技术及装备主要包括：RFID技术、智能拧紧设备、工业机器人、AGV运输车、数字化在线检测设备等。

3.1 R F I D技术应用

发动机装配线采用PLC自动流水线，引入RFID技术，将发动机机唯一ID及基础生产信息写入RFID载码体，每个工位的RFID读写头自动识别当前工位的发动机信息，工位装配设备根据发动机型号等信息执行相应的作业，实现柔性化生产[2]。同时采用RFID，对装配设备的重要参数进行记录，对装配过程合格品和不合格品进行管理控制，实现对生产信息的全程追踪。RFID技术的应用，显著提高了生产效率。

3.2 智能拧紧设备应用

发动机装配线大规模引入智能拧紧机、电动拧紧枪。拧紧设备与线体PLC联动，获取FRID中的发动机信息，调用相应的拧紧程序，实现对拧紧扭矩、拧紧角度的精确控制，拧紧数据集中采集，实时存储。智能拧紧设备具有高可靠性、高实时性、高耐用性、高精确性等优点，确保了产品装配质量。

3.3 工业机器人应用

工业机器人的应用，可降低工人劳动强度，降低人工成本，减少浪费，提高生产效率、生产柔性、产品质量、安全性，进而提升产品及企业竞争力。多功能机器人的应用是智能工厂的重要保障及体现。该发动机装配工厂制造过程，工业机器人的典型应用主要包括抓取、放置、组装、涂胶、采集、产品检测和测试等。

3.4 AG V小车应用

AGV（自动导引运输车），是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。AGV导航采用的磁线预埋于地面下，地面无轨道，人员的阶级性、通过性非常好。AGV的运行线路调整比较灵活，与固定的轨道、悬链、板链运送设备相比，具有灵活、低成本的有优势。AGV应用于发动机装配过程中的物料、成品运输大大降低了工人的劳动强度。AVG控制与IT系统对接，可实现物流与生产的无缝连接，实现JIT目标，大大降低物流成本，提高生产效率。

3.5 数字化在线检测设备应用

数字化在线检测设备适合多品种柔性混线生产，可对发动机工件或整机进行精确测量，检测结果在线存储，具有检测效率高、检测精度高，无损检测的特点。发动机装配过程中，

气门试漏、扭矩自动拧紧及检测、回转力矩和轴向间隙自动检测、油封自动压装及测漏、整机气密性检测、在线冷试、电气检查测试等在线检测设备的应用，可显著提高生产效率和产品质量。

该发动机工厂的“智能工厂”装配线上述技术的应用，显著提升了生产效率，产品品质，同时为上层MES应用提供基础数据支持，各技术应用统一实现数据互通，则需搭建共同“语言平台”——数据采集接口及服务（OPC ServerClient），进而满足及支撑MES数据库，为MES应用层的实现提供支持，同时也为生命周期管理系统PLM、企业资源管理系统ERP等提供基础数据，最终实现信息互通互联，消除信息孤岛，为企业快速发展提供决策支持。

4 结束语

工业4.0的基本特征要实现则要满足以下三点：（1）通过价值网络实现横向集成；

（2）工程端到端数字集成横跨整个价值链；

（3）垂直集成和网络化的制造系统。

发动机制造传统企业向“智能工厂”转型升级也需依据这3点实施过程，将ERP与MES垂直集成形成信息互联、消除计划层与执行层的信息孤岛，进而实现扁平化管理转变，而MES系统构建一个发动机制造生产过程铸造、机加工与总装3大过程的机器以及人连接到系统网络中去，机器与机器之间、人与机器之间实现对话的横向集成物联平台，实现制造价值数据共享，最后，要满足人员、设备、物料、方法、环境等互联互通则需配备基础技术应用，重点是RFID技术应用的基础系统设计及实现高效率、多技术协同应用的工业机器人和移动机器人应用。作为传统制造业学习和借鉴工业4.0的理念，建设智能工厂，推进两化深度融合，具有十分重要的现实意义，是推动企业转型升级的一剂良方。

[1]李景涛.射频识别（RFID）技术及其应用[J].信息技术快报，2004，19（11）：9-10.

[2]制造强国战略研究项目组.智能制造专题卷/制造强国战略研究[M].北京：电子工业出版社，2015.