談家具制造行業(yè)智慧工廠數(shù)據(jù)流
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摘要：工業(yè)4.0是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革，提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及基因工程學(xué)的智慧工廠。部分家具制造企業(yè)基于工業(yè)4.0，引入智慧工廠理念，以實(shí)現(xiàn)家具生產(chǎn)的信息化、數(shù)據(jù)化以及全程無(wú)人參與的自動(dòng)化為目標(biāo)，進(jìn)行了大規(guī)模的變革。本文主要研究家具生產(chǎn)制造企業(yè)中制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與各個(gè)設(shè)備（工作站）之間的數(shù)據(jù)流方式。
關(guān)鍵詞：家具；制造執(zhí)行系統(tǒng)；信息化；自動(dòng)化；數(shù)據(jù)流
2013年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，工業(yè)4.0理念正式推出。工業(yè)4.0是利用信息化技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)變革，提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及基因工程學(xué)的智慧工廠。2015年5月，國(guó)務(wù)院正式印發(fā)《中國(guó)制造2025》，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。至此，一場(chǎng)信息化、智能化的工業(yè)革命拉開帷幕。傳統(tǒng)家具制造行業(yè)基本的生產(chǎn)模式是采用電腦鋸開料、封邊機(jī)封邊、加工中心銑型鉆孔，各工序各自為政，按訂單生產(chǎn)，雖然可以使用適配的滾筒線，增加條碼標(biāo)簽等措施來(lái)提高生產(chǎn)效率，但始終不能將ERP、MES等先進(jìn)的管理手段應(yīng)用于生產(chǎn)，生產(chǎn)線依然處于半自動(dòng)，不能更進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，降低成本。目前一部分企業(yè)基于工業(yè)4.0，引入智慧工廠理念，以實(shí)現(xiàn)家具生產(chǎn)信息化、數(shù)據(jù)化以及全程無(wú)人參與的自動(dòng)化為目標(biāo)，進(jìn)行了大規(guī)模的變革。
1智慧工廠的架構(gòu)
智慧工廠的目的是最大化的提高生產(chǎn)效率、降低成本，其生產(chǎn)模式的架構(gòu)也是多種多樣，本文研究的智慧工廠具備配送、開料、封邊、鉆孔、分揀等幾個(gè)工作站。工作站之間是由MES中控管理的滾筒線，每個(gè)工作站前還需要配備掃描設(shè)備，以便識(shí)別進(jìn)入工作站的板件信息，此信息是以條形碼或二維碼來(lái)標(biāo)識(shí)的唯一信息，可在MES數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢到板件相關(guān)的所有信息，如各個(gè)工作站的完工時(shí)間，訂單信息等。配送：采用RGV小車作為運(yùn)輸工具，根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，將對(duì)應(yīng)的板材裝載在RGV上，由其運(yùn)輸?shù)介_料工作站。開料：電腦鋸接收到加工文件，排出RGV運(yùn)輸?shù)降倪@一垛板材的加工清單，根據(jù)順序開始生產(chǎn)。產(chǎn)成品貼好標(biāo)簽后經(jīng)由滾筒線逐個(gè)運(yùn)送到封邊工作站。封邊：封邊機(jī)前序掃描板件標(biāo)簽上的條碼信息，自動(dòng)更換對(duì)應(yīng)的封邊條，板件通過(guò)滾筒線自動(dòng)通過(guò)封邊機(jī)封邊，再經(jīng)過(guò)滾筒線由MES的中控分配給不同的加工中心（如通過(guò)式鉆孔中心、六面鉆等）。鉆孔：加工中心前序掃描板件標(biāo)簽上的條碼信息，從MES服務(wù)器下載此板件的加工程序并開始加工，產(chǎn)成品自動(dòng)通過(guò)滾筒流出，進(jìn)入立體倉(cāng)等待分揀。分揀：鉆孔后的產(chǎn)成品進(jìn)入立體倉(cāng)前都要進(jìn)行掃碼，所以MES中控系統(tǒng)清楚的知道每一個(gè)訂單的所有板件在立體倉(cāng)的位置，機(jī)械手準(zhǔn)確地將同一個(gè)訂單的所有板件分揀出，由包裝機(jī)打包。
2MES與各工作站及生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)流
MES調(diào)度著整個(gè)工廠的生產(chǎn)，它與設(shè)備之間以數(shù)據(jù)流方式進(jìn)行溝通。針對(duì)上述的智慧工廠生產(chǎn)模式，本文以模塊化的方式來(lái)分析MES與各工作站及生產(chǎn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流。
2.1MES—電腦鋸的數(shù)據(jù)流
設(shè)計(jì)人員將多個(gè)訂單（批次）的料單進(jìn)行揉單，經(jīng)開料優(yōu)化軟件進(jìn)行優(yōu)化后，得到一批板材利用率較高的鋸切數(shù)據(jù)（如果對(duì)板材利用率、疊板率等不滿意，可再增加訂單，理論上揉單越多，板材利用率、生產(chǎn)效率等越高）。MES根據(jù)優(yōu)化后的鋸切數(shù)據(jù)進(jìn)行排產(chǎn)，料倉(cāng)根據(jù)MES的指令將不同材料的板材以堆垛的方式裝載在RGV小車上，RGV將堆垛運(yùn)送到MES指定的電腦鋸，同時(shí)MES向此電腦鋸下發(fā)出生產(chǎn)指引文件和鋸切數(shù)據(jù)，電腦鋸生產(chǎn)過(guò)程中向MES數(shù)據(jù)庫(kù)推送完工信息、機(jī)器狀態(tài)等，如圖1所示。
2.2MES—封邊機(jī)的數(shù)據(jù)流
封邊機(jī)前序掃描設(shè)備掃描到即將進(jìn)站的板件條碼，MES向封邊機(jī)下發(fā)生產(chǎn)信息，封邊機(jī)生產(chǎn)完畢后，將完工信息、機(jī)器狀態(tài)推送給MES數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖2所示。
2.3MES—加工中心的數(shù)據(jù)流
MES會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的工藝調(diào)度板件進(jìn)不同的加工中心，充分提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，加工中心前序掃描設(shè)備掃描到板件條碼后，MES向此加工中心下發(fā)加工文件，加工中心依此加工，并將完工信息、機(jī)器狀態(tài)推送給MES數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖3所示。2.4MES—分揀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流板件通過(guò)滾筒線進(jìn)入立體倉(cāng)，MES向分揀系統(tǒng)下發(fā)訂單號(hào)（批次號(hào)）、板件條碼、倉(cāng)位等信息，分揀系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械手分揀板件、包裝機(jī)包裝等操作，完成分揀、打包，并將完工信息以及各機(jī)器狀態(tài)推送給MES數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖4所示。
3結(jié)語(yǔ)
智慧工廠信息化的核心是MES，它通過(guò)與各個(gè)工作站之間的數(shù)據(jù)庫(kù)交互，時(shí)刻接收各個(gè)工作站的信息反饋，同時(shí)下達(dá)任務(wù)給各個(gè)工作站，統(tǒng)計(jì)分析工廠生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和生產(chǎn)效率，全面高效地調(diào)度生產(chǎn)。另外MES還可以分析設(shè)備的運(yùn)行情況，預(yù)判其幾分鐘后的用電情況，智能調(diào)節(jié)工廠變壓器容量，起到節(jié)能減排的作用。MES通過(guò)與工作站及生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)流貫穿實(shí)現(xiàn)上述功能。依托智慧工廠生產(chǎn)模式的大框架制定出的數(shù)據(jù)流的方式，能夠明確家具企業(yè)需要什么功能的設(shè)備、工廠布局規(guī)劃等，能夠架起MES與設(shè)備之間溝通的橋梁，是智慧工廠不可或缺的重要環(huán)節(jié)之一。本文通過(guò)一個(gè)智慧工廠的例子，分析研究了其數(shù)據(jù)流的方式，總結(jié)了數(shù)據(jù)流在工業(yè)4.0生產(chǎn)中的重要作用。但智慧工廠的模式千百種，各有優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)也要根據(jù)各個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)模式優(yōu)化調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、降低成本的目的。
參考文獻(xiàn)：
[1][德]奧拓•布勞克曼（OttoBrauckmann）.智能制造：未來(lái)工業(yè)模式和業(yè)態(tài)的顛覆與重構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2015.9.
[2]張小強(qiáng).一本書讀懂工業(yè)4.0[M].北京：人民郵電出版社，2015.11.
作者：董慧濤 丁紅珍 單位：南興裝備股份有限公司
