基于智能制造技术的智能机械制造工艺分析

洪哲成， 王亮亮

（1.浙江金贝能源科技有限公司， 浙江 杭州 311500； 2.浙江耀昇新能源有限公司， 浙江 杭州 311500）

0 引言

目前，我国连续多年光伏发电机、光伏产品的出货量位居世界首位，在未来拥有巨大潜能，但同样光伏产业存在很多方面的问题，如传统光伏电池制造过程数字化程度较低、产业生产效率和质量无法达到预期标准，给企业提升自身核心竞争力带来严重阻碍。因此，相关行业要提高对智能化技术的重视程度，合理利用该技术实现智能制造转型，从而有效提高光伏电池产业的效率和质量[1]。

1 智能制造概述

目前，在国内还未给智能制造有统一定义，但政府部门提出描述性定义：智能制造是以智能技术为基础，将智能技术应用到所有制造环节，如生产、设计、服务等，让整个制造过程具有精准控制自执行、智慧优化决策等，其拥有降低资源能源消耗、提高生产效率、缩短产品研究期限等优点。从某方面来看，上述是通过描述智能制造的主要功能、核心技术、经济目标等，从不同方面来体现出智能制造对我国工业转型的重要性，也能充分发挥智能制造在优化光伏电池制造工艺方面应有的价值[2]。

2 深度剖析光伏电池智能制造车间的总体架构

光伏电池智能制造体系结构主要包括生产管理层、过程控制层、决策支持层、系统集成层、智能装备层等方面。从执行制造、设备监控来分析核心系统不同方面，合理利用智能化技术来构建基于智能制造体系的软件平台，实现从底层设备到生产经营的全方位管理，进一步实现日常信息沟通。

1）智能装备层：智能化装备作为整个智能车间的基础环节，其存在大量控制设备和通讯设备，如自动化装备、质量检测、工艺装备等智能装备。

2）生产管理层：其主要包括一种用于监控、分析、优化企业能源消耗的EMS 能源管理系统，号称“生产计划层与现场控制层连接桥梁”的MES 制造执行系统，以及负责企业原材料、半成品和成品的仓储、运输与配送管理的仓储物流管理系统。主要是对和生产车间有直接联系的资源进行管理，如人、环、料等资源。通过利用MES 技术，从不同方面来控制车间日常生产工作，实现整个车间生产工作的精细化管理。

3）系统集成层：是以企业信息门户平台为核心，将企业OA 办公自动化系统、ERP 系统、产品研发管理系统相结合，全面控制产品产业，如产品设计、财务、采购等[3]。

4）过程控制层：集中控制车间全部智能化设备，将所有设备运行情况详细呈现在工作人员面前，有利于工作人员及时处理报警事件，远程控制部分设备的日常运行情况，确保设备运行效率。

5）决策支持层：通过结合企业实际情况，基于互联网技术来构建企业数据中心，从不同方面来分析底层业务数据，进一步挖掘潜在的业务数据资源，智能化质量分析、设备分析、生产绩效、业务职能分析、控制数据等流程，为管理层做出正确决策提供有力的数据支持。

3 光伏电池智能制造车间的关键技术

将智能技术应用到光伏电池制造中，让光伏电池制造向智能化方向发展，有效提升光伏电池制造效率和质量。以转型升级、提质增效为目的，通过合理利用数字化和自动化技术，从不同方面来分析光伏电池智能制造车间建设过程中所需的关键技术，如车间全流程管控系统、车间物流自动化、光伏装备智能化升级等，将这些先进的技术应用到光伏电池制造中，形成全新的光伏电池智能解决措施，有效提高行业核心竞争力[4]。

3.1 装备智能化升级技术

由于传统制造技术在控制能力与传感能力等方面存在一定的不足，无法完全满足现代企业的实际发展需求，所以相关企业要提升对智能技术的重视程度，将智能技术和光伏电池生产相结合，实现光伏电池生产流程智能化升级。首先，提升光伏电池生产系统的信号感知能力。随着智能技术的加入，衍生出各种传感器，如温湿度传感器、位置传感器、压力传感器等，能从不同方面来准确感知设备运行的基本情况，将所有数据建立成质量检测模型，来实时收集产品质量数据；其次，提高光伏电池生产的自动化水平。通过设置自动工艺控制系统和全自动上下料系统，有利于企业实现设备无人值守；最后，加强设备控制能力。智能技术有利于企业研究制造设备和数字系统集成通信连接口，通过合理利用RFID 技术来追踪生产工艺，并将设备数据全部传输到MES 系统，实时接收MES 所反馈的信息，精细化控制自身设备。

3.2 车间物流自动化技术

目前我国使用最频繁的是天然气、石油、煤炭等不可再生资源。根据专业人员预测，我国现存石油储备量只能用到本世纪中期，煤炭资源使用时间相比于其他能源而言，使用年限较长，但始终有用完那天，一旦不可再生资源消耗殆尽，会给人们日常生活带来非常严重的影响。由于部分国企的光伏电池车间自动化程度不足，多半采用人工物流传输或人工上下料等方式进行生产，这种传统生产方式根本无法确保生产的质量，很容易给产品带来严重污染，甚至会影响到产品信息数据。针对该种问题，工作人员要加强对智能化技术的重视程度，在车间物流流程充分融合自动化技术，比如，将自动化设备、AGV 小车、工业机器人和光伏电池生产相结合，是实现物流自动化的重要环节。在正常情况下，工业机器人通常应用在复杂场所的上下料、设备物料信息转换等方面；充分利用车间物流自动化调度系统及相关设备，能恰到好处地满足车间全生命周期生产的实时需求[5]。

3.3 工业互联网技术

通过工业互联网技术，实现生产线设备之间的实时互联与数据交换，提高生产过程的自动化程度。比如，采用物联网技术，实现生产设备的远程监控、故障诊断和预测性维护，降低设备故障率，提高生产效率。并帮助企业实现供应链的透明化，实时跟踪原材料、半成品和成品的库存信息、物流信息，从而优化生产计划与库存管理。同时，通过对数据的实时分析，可以及时解决供应链中的问题，提高供应链的整体运行效率。实时监测光伏电池生产过程中的能源消耗情况，通过对数据的分析，为企业提供节能降耗的建议或方案，提高能源利用效率，从而，实现对生产线的安全监控，实时收集和分析设备、工艺、环境等方面的安全数据，及时发现潜在的安全隐患，采取相应的预防措施，保障生产安全。

3.4 车间全流程管控系统集成技术

3.4.1 车间业务流程分析

车间信息流程管控在光伏电池智能制造车间中具有至关重要的作用。管理层可通过ERP 系统发布生产订单，包括订单数量、产品规格、生产工艺等信息。生产订单是车间生产活动的基础，为生产流程提供指导。执行层根据生产线实际情况，通过智能排版系统对生产订单进行优化，自动生成现场生产工单信息。实时采集生产现场的各类数据（如设备状态、工艺质量情况、能源消耗、生产进度等），将采集到的数据进行分析与处理，识别生产过程中的异常情况，为生产流程提供实时的优化建议，并对生产进度进行有效监控与调整，确保生产计划与实际生产情况的一致性。

3.4.2 系统集成接口设计

在光伏电池车间系统集成接口设计中，首先应了解光伏电池车间各个系统之间的功能需求（如数据传输格式、通信协议、数据加密等方面的需求）。根据需求选择合适的通信协议（如TCP/IP、HTTP、MQTT、Modbus 等），选择通信协议时要考虑数据传输速度、可靠性、实时性等因素。设计数据传输格式时，应保证数据的可读性与可解析性，可采用JSON、XML、CSV等格式，并确保数据格式与通信协议完美兼容。由于光伏电池车间中涉及到的敏感数据和设备信息需要保护，因此在设计接口时，应充分考虑数据加密与安全措施。比如，使用SSL/TLS 加密、数字签名、访问控制等方式来保护数据安全。与此同时，接口设计应具备一定的错误处理和容错能力，能够及时发现并处理通信过程中的异常情况（如丢包、延迟、数据损坏等）。为了便于维护人员理解接口设计，还应编写详细的接口文档，包括接口功能、参数说明、示例代码等。伴随着系统的需求变化，也需要对接口设计进行合理化调整，因此，可制定相关维护策略，确保接口设计要具有一定的扩展性，能够方便地添加新的功能。充分考虑不同系统间的兼容性，以便实现系统的无缝集成。故而，光伏电池车间系统集成接口设计需要综合考虑需求、通信协议、数据传输格式、数据加密与安全、错误处理与容错机制、接口文档与维护，以及兼容性与扩展性等因素，以实现各个系统间的高效、稳定、安全的通信。比如，在管理系统当中可充分利用Web Service接口来实现不同管理系统的信息交互、共享功能。

3.4.3 车间全流程集成管控体系

随着智能化技术和行业不断融合，逐渐普及到社会各领域，不同行业为满足发展要求，选择提高自身核心竞争力，如果仍然使用以往的方法和模式是无法满足企业发展需求的。在信息化时代背景下，必须要引入适合企业发展的技术，以技术为基础，将科技成果转换为生产力。伴随行业内部竞争力愈演愈烈，必须要确保企业在技术上的领先地位，才能提高企业核心竞争力。因此，智能化技术应运而生，智能化技术属于一种综合性较强的全新概念，并不是某一种单一型技术，实际上包含了控制学、管理学等方面的内容，目前智能化技术与电气工程自动化控制更为密切，两者已完成了各方面的深度融合。通过上述研究发现，通过合理利用透明管理、全过程生产数据、系统基础等管理方法，能对智能制造车间进行全过程管控，使之成为一种系统化集成管理体系，融合多系统数据实时联动、异构网络系统互联互通等技术，使光伏电池智能化管控系统得到进一步完善，并具备自动化、柔性化等方面的功能优势，有利于收集数据资源、监控资源、仓库管理等方面数据，给企业智能化管理和生产带来帮助，有利于企业实现可持续发展。

4 结语

目前我国光伏新能源产业正面临从高速发展到高质量发展的关键阶段，企业要合理利用智能化技术，来提升智能制造建设的效率，帮助企业推动光伏电池智能制造建设可持续发展。基于此，通过分析光伏电池不同方面，将转型升级、提质增效作为研究方向，利用自动化技术来分析光伏电池智能制造车间建设过程中所需的关键技术，如车间全流程管控系统、车间物流自动化、光伏装备智能化升级等，将这些先进的技术应用到光伏电池制造中，形成全新的光伏电池智能解决措施，从而提升电池生产效率，控制生产成本控制，进而提高行业核心竞争力。