智能化车间建设自动化装备的规划浅析

王金虎， 姜 钊， 吕 伟， 王 帅， 赵来安

（中电科能源有限公司， 天津 300384）

1 智能化车间概述

智能化车间的成功建设不仅单指生产与制造层面，也没有十分明确的目标点，而是全部运营模块各个层面逐渐升级之后，互相融合匹配后的成果[1-3]，是一个迭代交替上升的过程。总的来讲，智能化车间的表征，即智能制造典型特征，可以归纳为以下4 个环节：

1）动态感知：全面实时感知监测物理空间和网络空间对象，所处的行为状态和数据。包括产品、装备、生产线、企业、供应链。

2）实时分析：对获取的各类数据进行及时、快速的分析、处理、赋予意义。基于场景，构建模型，使得数据不断“透明”，满足业务需求。

3）精准执行：将决策赋予到执行系统，控制或调整执行系统的操作。执行系统可以是产品、装备、生产线、企业和供应链。

4）自主决策：按照决策规则，根据分析结果，自主做出合适的判断决策。决策机制（规则）来源于积累的规律、经验和知识[4]。

作为智能制造全流程应用较早与效果较好的行业，国外卫星总装生产运营环节已实现了关键生产环节的智能化应用，国外某卫星总装车间布局如图1 所示。由图1 可以发现：

图1 国外某卫星总装车间布局

1）自动化生产现场不仅有自动化生产装备，还有大数据分析应用、增强现实等数字化应用终端；

2）自动化生产现场的物料及半成品调配均有AGV 进行配送，在出入库环节，也有协作机器人参与搬运，并应具有物料信息追溯手段；

3）具有多项生产环节中的检测环节，并在生产端上层具有管控平台，实时对生产现场进行跟踪、分析和决策。综上所述，作为智能车间的生产执行环节，自动化装备的优良与智能化车间的建设息息相关，如图2 所示。

图2 装备层与智能车间关系

2 自动化装备规划环节注意事项

1）车间布局方面：单机装备外形应规整、整体设计时应合理利用装备内部空间，结构应紧凑合理，装备内部布局规范、美观、符合人机工程学；装备的上下料位置与装备内的工艺环节流转方式与方向，要考虑车间整体布局（因为车间的整体布局暗含了产品全流程的工艺环节顺序，单机装备的布局要服从整体布局）；装备的整体尺寸要结合车间真实状态，同时考虑车间高度、网络预留、布线空间、承重安装等外在因素；

2）装备调试方面：装备的安装、维修维护、装备（整线）迁移、装备（整线）复制；

3）生产线单机装备其他层面可能设计的因素：装备的开关门（美观、便捷、空间）、重要元器件选型（如视觉系统、对位系统、机械手、关键零部件）（适配度、经济性、可靠性）、操作面板位置（空间合理性、可操作性）、电气水路走线型号（空间合理性、维修便捷性）、重量（地面承重、安全性）、上下料设计（产品品种兼容性、流转形式）、电路、气路、真空、网络等接口参数（包含装备内外的走线，接口位置和朝向）要求[5-7]；

4）装备美观方面：由于参观与6S 等现实需要让整条生产线，尤其是每个生产单元保证生产装备、模具、工装、仪表等与所有生产管理有关的物品的整齐、同色、同质感、同尺寸、规格。其中颜色的选定要结合具体的工况（厂房、产品、布线等）相结合，整体要美观大方。非标装备全流程设计过程，如图3 所示。

图3 自动化装备全流程研制过程

3 自动化装备研制过程注意事项

自动化装备作为智能化车间的基本构成单元，其研制环节的过程把控意义重大，不仅涉及到工艺优化与变更的前期准备工作，还包含装备研制过程中的风险规避，主要包含：

1）要完成关键核心零部件对产品或半成品进行预实验、预仿真，以减小装备研制风险；在装备开发过程中，装备负责人要与装备开发商积极沟通，在设计的整个过程中，都要参与对错误进行规避，对失误进行弥补；

2）优秀的非标设计团队十分重要。另外，要积极通过寻找类似行业、展览会、网络等不同平台来汲取先进生产模式、工装模具、先进工具等为我所用[8-11]；

3）装备验证试验与验收过程中，对装备的功能性指标要有规范性的准则进行约束。准则可分为两类，一为技术性准则，即机械装备的设计、制造、使用等环节中的各项性能指标一定要达到相应的规范标准。其不仅包括静态技术指标，也包括动态技术指标。比如，装备的功率、强度、使用年限、效率等静态技术指标；还有热稳定性、抗磨损性、抗摩擦等动态技术指标。因此，在进行设计工作的时候，一定要保证装备零件的技术指标，不要对装备的使用产生影响[12]。

4 结语

现阶段制造企业正面临着多品种变批量，高质量低成本，柔性制造快速响应，节能节拍与环境友好等制造需求，在这样的背景及内外部环境下，企业可以通过以智能制造与数字化网络技术为抓手，推动企业在产品制造、技术与服务等各个方面的创新与升级。对外强化产业链协同、充分发挥本行业内的核心企业带动作用，打造产业整体优势，积极开拓新的市场空间；对内聚焦核心竞争力，提高内部协同效率，同时应注重自动化装备的研制与关键环节风险点规避，逐步迈向智能化的设计生产与服务，达到创新推动、降本增效的目的。