廉迎战 王伟 向德志 田宏鑫 罗声权 曾加亮

摘要：数字化工厂作为将制造技术与数字技术、智能技术和新一代信息技术融合的技术，给制造业带来新的模式、技术、理念和应用，展现出未来制造业发展和制造技术发展的新前景。随着装备涂装对效率和稳定性要求的不断提高，涂装智能化的重要性日益增加。通过对涂装智能数字化工厂方案进行研究，通过对涂装智能数字化工厂总体设计，分析数字化工厂各组成部分，为涂装智能数字化工厂提供一种可以提高涂料利用率和实现节能环保的可行性方案，实现涂装产品的智能制造，有效提高企业的设计、研发和生产等方面的能力。

关键词：涂装;智能数字工厂;自动生产线

中图分类号：TB49文献标志码：A文章编号：1009-9492（2021）11-0157-04

Development of Intelligent Digital Factory for Painting

Lian Yingzhan1，Wang Wei2，Xiang Dezhi3，Tian Hongxin1，Luo Shengquan1，Zeng Jialiang4

（1. Guangdong University of Technology， Guangzhou 510006， China;2. AVIC Xi′an Aircraft Industry （Group） Co.， Ltd.， Xi′an 710089， China;3. Guangzhou Jiajie Machinery Equipment Co.， Ltd.， Guangzhou 510730， China;4. Guangzhou Yuansheng Automation Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 511400， China）

Abstract： Asa technology thatintegratesmanufacturing technology withdigital technology，intelligent technology，andnew-generation information technology， the digital factory brings new models， technologies， concepts and applications to the manufacturing industry， showing newprospects for thedevelopmentof manufacturingandmanufacturing technologyin the future. With thecontinuousimprovementof equipment coating requirements for efficiency and stability， the importance of intelligent coating is increasing. The coating intelligent digital factory scheme was researched， the various components of the digital factory were analyzed through the overall design of the coating intelligent digital factory， and a feasibility for the coating intelligent digital factory was provided to increase the utilization rate of coatings and realize energy conservation and environmental protection. The program realizes the intelligent manufacturing of coating products and effectively improves the company′s design， R&D， and production capabilities.

Key words： painting; smart digital factory; automatic production line

0 引言

在工信部發布的《智能制造发展规划（2016—2020年）》中指出，智能制造是先进制造技术、新一代信息技术和新一代人工智能等新技术深度融合形成的新型生产方式和制造技术。它将产品全生命周期价值链中的数字化、智能化以及网络化作为主要内容，将企业内部纵向管控集成和企业外部网络化协同集作为次要内容，将各生产系统及其对应的各层级数字孪生映射融合作为基础，即通过 MES 制造执行系统、ERP 资源计划系统、 WMS仓储系统以及智能化自动化等设备的互联互通、高效协同建立起具有能够动态感知、实时分析数据、自主进行决策和精准执行功能的智能化工厂，进行 CPS信息物理融合的智能生产，实现优质、低耗、高效、绿色、安全的制造和服务[1-4]。

在装备生产过程主要工艺包括冲压、焊接、装配和涂装。智能涂装作为自动化作业技术通过在涂装车间采用自动智能喷涂，可以提升效率、稳定质量，消除污染工位作业、提高涂料利用率和实现节能环保的价值。采用智能机器人对装备实现外喷和内喷涂料，在节约涂料、减少风量和减少污染的同时可实现循环风80%以上的应用，使喷漆室排风量大幅减少的同时稳定施工参数，使得新建先进涂装线得以实现所有喷漆（包含水性漆）废气的全部净化处理，该解决方案比人工喷涂解决策略的整体能耗和排放降低了60%以上。

通过面向装备涂装过程，利用机器人、人工智能、工业物联网和大数据，构建涂装智能数字化工厂，是传统制造技术与数字技术、智能技术及新一代信息技术的融合。利用智能制造技术设计涂装智能数字化工厂，实现装备涂装生产过程的标准化和自动化，提高设备的利用率，实现节能环保的目的[5-6]。

1 总体方案设计

采用先进、成熟、实用的开发技术，保证智能化系统具有极高的安全性、可靠性和容错性。系统采用模快化和开放式系统结构，以适应系统灵活组网、扩展和系统升级的需要。同时通过系统集成将对不同厂家不同类型的产品有机的联系在一起，实现资源、信息共享，提高设备的利用率，降低能耗节约能源。“涂装智能数字化工厂设计制造平台”典型系统拓扑如图1所示。

采用成熟的数字化设计技术，如虚拟技术、智能化技术，满足企业环境的产品全生命周期管理等，搭建涂装智能数字化工厂制造平台，实现涂装产品的智能制造，有效提高企业的设计和研发、生产、检测等方面的能力。

智能涂装过程包括设计过程的智能化、涂装过程的自动化、涂装工艺的优化、生产管理的信息化和维护服务的敏捷化、远程化等。本方案利用工业物联网技术搭建一个网络 CPS （涂装智能信息物理融合平台），使得 CPS让涂装物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实涂装生产过程的融合，将网络空间的高级运算能力有效运用于涂装生产过程之中，从而将在生产制造过程中与设计、开发、生产有关的所有数据通过传感器采集并进行集成和分析，形成可自律操作的智能生产系统。

2 数字工厂组成

涂装智能数字化工厂制造平台实现3个方面的集成。一是生产设备的横向集成，包括：（1） 智能设备内部自动化系统（机器人、控制器、传感器、伺服和传动、人机界面和智能移动终端等）的网络化;（2）生产线上设备与设备之间的联网;（3）生产线和生产线之间、车间和车间之间、工厂和工厂之间的联网，这是实现智能制造的物理基础[7]。二是信息的纵向集成，是指主要设备互操作性和关键信息一致性的问题得到解决，采用统一的数据库和软件平台对设备资产数据和生产过程数据进行初步的管理，数据和信息可以自上而下的方式和自下而上的方式有效流动，从而为下一步的大数据分析和高级智能决策奠定内容基础[8-9]。三是企业价值链和产品生命周期集成，首先把设备产品的概念设计、创新研发、生产制造、安装调试、运维升级、报废拆解直至进入再循环的整个生命周期集成起来;其次将制造企业的需求分析、订单获取、物料供应、仓储运输直至售后服务的整个循环集成起来。

推动涂装产品的生产和制造能力的数字化、网络化和自动化，终端产品制造实现精益制造和敏捷制造，实现企业由资源驱动型向信息驱动型转变[10]。

涂装智能数字化工厂系统采取层次化、模塊化、冗余性等设计方式。涂装智能数字化工厂制造平台包括如下子系统：（1） 涂装智能化制造系统软件;（2）涂装自动生产线;（3）配套技术设备和工业网络通讯终端。

3 涂装智能化制造系统软件

融合 PLM （产品全生命周期数据管理平台）的智能化设计制造平台的搭建，完善涂装企业数字化设计能力，利用涂装产品全生命周期数据平台，实现产品和制造过程的标准化和自动化，解决涂装产品数字化设计制造与 ERP 等其它企业信息系统的整合应用[11]。

基于涂装现场业务支持，实现涂装过程数字化、可视化的监控的软件需求方案如图2所示。

该方案构建具有如下优点：建立起支撑多公司、多组织、多工厂的数字化模型，满足以后的扩展和应用;实现管理端到现场端纵向贯通，从计划调度管理到现场设备层的互联互通;生产过程的实时数据、生产实绩，可以实现自动采集、转换，并结合生产线实体布局，可以进行实时的监控和展示;设备状态及参数可实时采集，支持设备维护保养及提醒预示。

4 自动化生产线

自动化生产线主要包括蒙皮和壁板吊挂生产线工艺流程、滑撬平铺自动喷漆生产线工艺流程和金属手动喷漆生产线工艺流程3种工艺类型[12-13]。

（1） 蒙皮和壁板吊挂生产线

蒙皮和壁板吊挂生产线主要包括钢结构平台、遮蔽及除尘室、喷漆室（自动喷漆室/手补喷漆室）、流平室、油漆烘干室、强冷室、送风空调（喷房循环空调）、送风空调（除尘新风空调/手喷房新风空调/强冷新风空调）、调漆室、洁净间及风淋室、积放输送系统（蒙皮对喷线/收到喷漆线）11个部件构成。蒙皮和壁板吊挂生产线布局如图3所示。

（2） 滑撬平铺自动喷漆生产线

滑撬平铺自动生产线主要包括钢结构平台、预热区、除尘区、喷漆室及人工翻面室（自动喷漆室/手补喷漆室）、流平室、油漆烘干室、强冷室、送风空调（喷房循环空调）、送风空调（除尘新风空调/手喷房新风空调/强冷新风空调）、调漆室、洁净间及风淋室、滑撬输送系统12个部件构成。滑撬平铺自动生产线布局如图4所示。

（3） 金属手动喷漆生产线

金属手动喷漆生产线主要包括除尘室、喷漆室、流平室、油漆烘干室、强冷室、送风空调（除尘新风空调/手喷房新风空调）、洁净间7个部件构成。金属手动喷漆生产线布局图如图5所示。

5 结束语

涂装智能数字化工厂制造平台具有以下特点。

（1） 具有“一核心”：该方案的核心就是智能工厂“大数据”为核心。

基于各个模块开放的软、硬件接口，获取智能工厂实时“大数据”，采取共用“数据仓库”的方式，建立智能工厂“大数据”集成平台，为“四化”的实现提供支撑[14]。

（2） 具有“四化”：装备自动化、工艺数字化、过程可视化、决策智能化。

①装备自动化：涂装生产线的设备都是采用智能控制器、智能传感器、工业机器人、自动输送线、AGV小车等装备，所有装备都具有智能控制、自动控制的能力，并且具有工业互联网的接口，为设备互联提供基础条件[15]。

②工艺数字化：设计过程采用数字化工具和技术平台，通过无纸化传递，提高设计效率。同时，通过三维技术识别干涉，减少设计过程中存在的质量问题。

③过程可视化：涂装生产过程都利用可视化的系统进行监控，操作人员可以方便观察现场方式的一切情况。

④决策智能化：构建企业生产过程大数据分析能力，使“数据”转化为“洞察”，再由洞察产生行动，不仅要从技术上提升洞察分析能力，也要从组织、管控、能力角度同步提升，真正实现“感知—洞察—评估—响应”闭环的顺利运作与循环提升。

通过在涂装车间采用自动智能喷涂，可以提升效率、稳定质量，消除污染工位作业、提高涂料利用率和实现节能环保的价值。

参考文献：

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第一作者简介：廉迎战（1963-），男，硕士，副教授，研究领域为控制科学与工程，已发表论文23篇。

（编辑：刁少华）