工業(yè)4.0智慧生產(chǎn)制造解決方案

　　一、總述

　　1.1、 建設(shè)背景

　　隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度越來越高，機器接管了大部分體力勞動，同時也接管了一部分腦力勞動，工業(yè)生產(chǎn)能力超越了人類的消費能力，人類進入了生產(chǎn)過剩的時代，產(chǎn)品的生命周期也隨之大大縮短，從前的大批量生產(chǎn)會造成產(chǎn)能過剩，以往的一刀切的的辦法做出來的產(chǎn)品，不能適應(yīng)現(xiàn)在用戶都需要。

　　互聯(lián)網(wǎng)改變了這個局面，人與人，人與廠商，可以低成本的實現(xiàn)連接，從而讓每個人的個性需求被放大，人們越來越喜歡個性化的東西。但是個性化的東西需求量沒有那么大，這就需要工業(yè)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、小批量、定制化的生產(chǎn)。

　　實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，需要業(yè)務(wù)系統(tǒng)提出的需求，通過制造執(zhí)行系統(tǒng)負責(zé)執(zhí)行、監(jiān)控和管理生產(chǎn)，智能生產(chǎn)制造是在原有的管理系統(tǒng)與機器互聯(lián)的基礎(chǔ)上，增加生產(chǎn)設(shè)備與原材料的管理、機器與機器之間的管理，通過對生產(chǎn)原材料的管理，能實現(xiàn)產(chǎn)品定制化、多品種、小批量生產(chǎn)。

　　采用RFID電子標進行原材料管理，能跟蹤記錄每個元器件相關(guān)的所有屬性，包括生產(chǎn)流程、下個工序、自身顏色、尺寸，甚至能延生到組裝成成品后的編號、流向地或者定制的客戶信息，能根據(jù)客戶的需求進行精細化生產(chǎn)，在原材料開始流入生產(chǎn)時，就逐步進入定制化生產(chǎn)環(huán)節(jié)?？刂破髂芘cRFID電子標簽無線通訊，能簽替換原有的條碼技術(shù)，RFID電子標簽?zāi)苓h距離讀取及批量讀取，避免條碼必須可視才能讀取的缺點，能在檢測工位能自動識別并添加質(zhì)量數(shù)據(jù)，出入庫能批量識別自動出入庫，能自動識別順序，大大提高生產(chǎn)水平，避免人為操作失誤或者漏操作帶來的不利影響。同時RFID電子標簽表面印刷有芯片條碼，能兼容舊有的設(shè)備，避免資產(chǎn)浪費。

　　RFID技術(shù)在智能生產(chǎn)制造方面主要有以下優(yōu)勢：

　　1、 可以不用接觸，整個過程無需人工干預(yù)，能夠完成數(shù)據(jù)的自動化采集并且還不容易損壞;

　　2、 對在運轉(zhuǎn)狀態(tài)的物體也可以進行信息的采集，并且能夠同時識別多卡，操作比較便捷;

　　3、 可以適用于生產(chǎn)環(huán)境惡劣、人員無法達到、數(shù)據(jù)存儲量較大、數(shù)據(jù)傳輸實時性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸能可靠有效的進行等一系列要求。

　　總體上來講，RFID在智能生產(chǎn)制造、倉儲、物流的工作環(huán)境中對數(shù)據(jù)的實時采集有很大的應(yīng)用前景，實現(xiàn)了從原材料、工廠制造、銷售、客戶需求一體化的管理，可靈活的按時生產(chǎn)、按需生產(chǎn)、按順序生產(chǎn)等，實現(xiàn)真正的智能生產(chǎn)制造。

　　下面通過對汽車制造行業(yè)零配件生產(chǎn)廠的生產(chǎn)過程說明，來闡述工業(yè)4.0智能生產(chǎn)制造解決方案。

　　1.2、 建設(shè)內(nèi)容

　　汽車生產(chǎn)面臨多平臺，多車型，柔性化要求極高，如果采用傳統(tǒng)的零件拉動方式，則需要在倉庫內(nèi)針對每種零配件準備足夠的庫存，隨著車型的增加汽車生產(chǎn)廠產(chǎn)線的面積將不足以支持零件的擺放和生產(chǎn)的正常運作。

　　排序拉動(JIS)通過車輛上線序列及整車BOM，將同類零件歸類，按與整車生產(chǎn)一致的序列擺放向供應(yīng)商進行零件拉動，零件排序拉動方式可以幫助汽車制造企業(yè)節(jié)省廠內(nèi)零件使用面積，提高零件周轉(zhuǎn)率，并進一步提升工程生產(chǎn)的柔性化。

　　作為為汽車制造廠家提供漆件的零配件供應(yīng)商，需要使用RFID技術(shù)，從注塑開始綁定RFID電子標簽，實現(xiàn)緩存區(qū)入庫、噴漆排序、檢驗加工、漆件倉庫、預(yù)檢、裝配排序、終檢、出庫排序、出廠核驗等全流程自動數(shù)據(jù)采集及質(zhì)量控制，以實現(xiàn)大件產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、庫存控制，優(yōu)化產(chǎn)線、倉儲管理規(guī)劃，滿足汽車制造廠拉動排序(JIS)的需要，創(chuàng)新管理模式，提高管理水平，進一步突破生產(chǎn)建設(shè)及倉儲管理瓶頸，達到工業(yè)4.0智能生產(chǎn)制造的建設(shè)水平。

　　二、系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1、 建設(shè)范圍

　　通過RFID系統(tǒng)的建設(shè)，對用戶生產(chǎn)過程中的主物料流進行跟蹤、監(jiān)控、注記、統(tǒng)計。

　　監(jiān)控范圍：

　　全廠區(qū)車間的物流出入口、人員出入口、廠區(qū)對外的出入口、產(chǎn)線、工位及倉庫;

　　監(jiān)控對象：

　　所有大件產(chǎn)品(保險杠+門檻+擾流板);

　　可擴展：

　　人員門禁、產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)器具自動立體倉庫;

　　監(jiān)控物流鏈：

　　注塑件→塑件緩存區(qū)→噴涂上件區(qū)→噴涂下線檢驗區(qū)→漆件倉儲→裝配預(yù)檢→裝配總成件終檢→裝配排序→廠區(qū)大門查驗。

　　大件存及識別形態(tài)：

　　單個或批量注塑生產(chǎn)、排序(多種形態(tài))、工位檢驗、批量出入庫、出廠查驗;

　　運輸形態(tài)：

　　側(cè)開門、后開門、集裝箱。

　　2.2、 建設(shè)重點與難點

　　系統(tǒng)及設(shè)備部署簡單，在廠區(qū)生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定可靠，可維護性好，能通過管理平臺監(jiān)控及管理所有設(shè)備，是系統(tǒng)成功的基礎(chǔ);

　　能精確識別塑件噴涂前的位置及預(yù)裝排序和裝配排序，是項目成功的關(guān)鍵;

　　設(shè)備支持雙信號輸出，采集數(shù)據(jù)能在傳輸?shù)讲杉?wù)器的同時，能傳輸相同的數(shù)據(jù)到本地的工作站，大大提高系統(tǒng)的實時性，保證數(shù)據(jù)的完整性，以應(yīng)付不同的異常狀況，是項目成功的保障。

　　2.3、 系統(tǒng)功能及架構(gòu)

　　系統(tǒng)主要由分體式批量識別設(shè)備、一體式識別設(shè)備、通道門、手持式移動采集設(shè)備以及集中采集服務(wù)器組成，所有讀寫器的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)讲杉?wù)器并存儲到數(shù)據(jù)庫中，同時支持本地RS485接口傳輸?shù)奖镜豂PC(工作站)，各功能區(qū)(工段)的讀寫器將讀取到的RFID數(shù)據(jù)上傳到特定的采集服務(wù)器，并通過數(shù)據(jù)接口與上級系統(tǒng)(WMS/MES/TMS)對接。

　　2.3.1、 系統(tǒng)功能模塊

　　系統(tǒng)功能模塊由標簽綁定模塊、固定式設(shè)備集中采集服務(wù)、手持終端采集及異常處理，數(shù)據(jù)通過中間件服務(wù)器共享數(shù)據(jù)庫的方式與現(xiàn)有的MES、WMS、TMS進行對接，如下圖所示：

　　2.3.1、 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　硬件架構(gòu)如下圖所示：

　　所有設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與采集服務(wù)器進行通訊，現(xiàn)有MES通過數(shù)據(jù)庫與采集服務(wù)器進行對接，所需數(shù)據(jù)全部在采集服務(wù)器上通過數(shù)據(jù)庫中間件獲取，減輕現(xiàn)有系統(tǒng)改造難度，同時能劃清工作職責(zé)，便于后期維護及排查問題，并能增加服務(wù)器的安全性，能最小化的開放提供最大化的改造，提升生產(chǎn)效率。硬件架構(gòu)如下圖所示：

　　所有設(shè)備能支持同時兩路輸出，一路RJ45輸出，一路RS485輸出，在輸出數(shù)據(jù)到采集服務(wù)器的同時，能輸出一路數(shù)據(jù)給現(xiàn)場工作站進行質(zhì)量數(shù)據(jù)輸入，提高HMI的響應(yīng)速度，提高每個節(jié)拍的生產(chǎn)效率。同時在網(wǎng)絡(luò)堵塞或者中斷的時候，能不影響現(xiàn)場的工作，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時，能同步上傳網(wǎng)絡(luò)中斷期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

　　2.3.1、 系統(tǒng)中間件及機構(gòu)

　　采集服務(wù)器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過過濾，將有用的信息插入到數(shù)據(jù)庫中，MES等系統(tǒng)在處理業(yè)務(wù)邏輯中，當需要識別塑件或漆件信息時，系統(tǒng)自動查詢當前工位或工序所采集到的RFID標簽信息，然后進行翻譯找到相關(guān)信息并進行處理，從而代替原來手工掃描條碼的步驟，通過RFID遠距離無線識別實現(xiàn)自動化生產(chǎn)管理流程。