高校、企业数字化车间管理及模块化分区转型的应用

2022-02-25江苏信息职业技术学院茆政明

数字技术与应用 2022年11期

江苏信息职业技术学院茆政明

基于高校数字化车间发展的现状，对企业中的数字化车间进行分析和研究，在大数据、数字化、万物互联技术上，研究数字化车间实施的关键技术问题，针对智能化、工业化以及多设备集中的产线问题，给予了重要的建议和应用性措施。在工业化、数字化、智能化、互联性众繁交互的社会，许多企业、工厂产业格局都已经发展的快速且有各自突出的优越性。在全国的企业工厂越来越多的运用数字化来解决企业的管理问题，数字化可以对设备基本状态信息、产出产品的检测数据结果进行汇总，设备利用率、远程控制程序的传输、产品制作以及订单完成情况进行统计，还可以监测工件的打包、入库、订单送货等。如果车间内的生产流程都对以上步骤涉及，并应用数字化于生产当中，推进车间管理和运行，这样就会非常高效的提高效率和对企业在人力资源方面大大节省资本。

1 数字化车间的本意

数字化车间的构想，是企业和高校现存在的车间从老式人员使用、管理方式更替到数字化管理模式，原本管理方式老旧，在很大程度上需要人员值班、登记、记录、看守等。在岗位设置上，原始方式更多的是人员的在岗和人员多少的问题，而数字化车间的构想与实施能更方便掌握企业和高校的设备的使用情况，可以包含仓库、车间、各室、平台内的设备，这就是整个数字化建设的转变关键，从管理人员的减少到无人在岗，都能对车间内情况有全面的了解和记录。过去的高校的车间在对机床的使用分为多种情况：课堂教学、实验实训、比赛训练、科研技术、课题研究等，这些大多数在使用中都无法全面记录使用情况，或者漏记漏填，使得数据不够完整，对需要找寻的实时数据不能详尽找出。而随着数字化车间的管理，软件能够采集信息、监测使用情况、停工情况以及部分安全性能的监测，从而运用数字化手段来推动车间的监管智能化。

1.1 使用数据的回收，实时订单数据显示

车间数字化建设一旦完成，通过服务器对订单的管理，设备信息的收集，在服务器和设备之间进行实时的数据传输，通过软件处理得到所有数据的直观的图表信息，并能展示在屏幕端，能够直观感受到数字化车间的整体运行状态。对于数字化车间里订单的监管，能够监测到的数据包括：使用者、设备台套数、设备所在区、机器开启状态情况、设备目前状态（转速、刀具号、程序段，加工时长等）、加工状态、基本工序名、程序数等，还可以通过摄像头监测目前的加工场景，监测刀具、产品的实时加工情况。此类信息的收集与展示与老旧模式的对比，能更好的显示实时性的信息，同时收到机床报警信息，操作者能及时处理突发情况，而靠人员管理或看守的管理模式是达不到这样的优越性的。例如在高校的多数车间内，应用数字化车间进行管理实训秩序，往往比人员管理更快捷、精准。再者，增加了无纸化办公的效率，减少了数据填写，资源浪费。

1.2 实时监控，统筹办公

数字化车间的使用，必然使信息更全面的被监测到，而强于人员的管理，所包含的信息量也远远大于人员检查、记录。数字化车间在使用中，运用网络进行数据采集，从服务器发出指令，每台机床反馈信息，在PC 端能够通过专业软件服务器进行监控与采集，传输信息与指令，从而达到协调各区域。在整个服务器中，每台设备均是一个节点单元，它既能与服务器进行点与点之间的传输，同样也能进行自我的控制和单机操作，这样整个车间的运作实施，对于人员多、设备少的，往往更有效的进行统筹管理。

1.2.1 人员管理

在数字化车间系统内，管理型人员需分配好各自权限，包括任务管理、下发，材料管理、刀具管理、工期时间管理等，在不同权限下，有效布置，能在有计划的生产过程中，精准的制定生产计划所需；生产型人员，对计划任务进行排产分配，制定工序，完成产线试生产等。通过管理，人员在一定程度上，得到了充分利用，也在使用过程中，职责更加明确。使得整个管理过程，更加有针对性，在以后的管理过程中，能够更加完善管理制度。

1.2.2 设备使用管理

与企业不同，高校的设备更多是使用在实训课堂，少部分在横向课题上有计划的使用。在实训环节中，设备并不能按照企业标准进行完整性的生产和开发，对比学生仅在学习过程中，单一的使用设备，进行练习、试加工，这些简单数据，在车间的使用记录上，能简单体现，并记录在册；而少部分的计划使用，明确了加工任务、时长，把设备的使用制定计划，从而使得设备在使用过程中，数据得到较为全面记录，安全等问题得到实时监控和记录。

1.2.3 刀具管理

现阶段，对于刀具使用管理的企业、高校并未见效。企业、高校在每年采购加工刀具方面，投入大量资金，针对每一把刀具、刀片使用情况，并不能记录全面信息，使得刀具的管理，以及成本的管控更加难以记录。数字化车间需要对在其中的视觉下刀具、刀片管理进行效率的提升。从刀具使用的生命周期分析，包含刀具的基础信息、采购信息、加工过程中信息、库存信息、计划使用信息、品牌信息等，评判刀具最终综合使用信息，能节约成本和效率的提升。

1.3 分区转型管理

车间在数字化实施以后，更多的是在于区域化的管理，区分与旧的车间体系，从灰暗、黑色格调、油污严重，到光鲜亮丽、7S 管理的数字化车间，从大的方面讲，数字化车间需要的是产线化的车间，它能作为一个模型进行复制，一旦需要多条线路，只要某一条试运行正常，其他条线路只需要进行复制，或者在其上附加某些工位或台位即可。在一条产线的运行，所占区域，即可分为一个区域，在这个区域里，更多的是与其相关的工序所需要的设备，都是围绕某一工件至其加工完毕进行的组装机械自动化设备，分区域可以对产线实现的功能进行分类。而不是就一种机床进行扎堆、集中放置使用。以加工单元为例，多数的车床、铣床、磨床等去材加工机械通过自动线进行组合，实现的是加工模块功能，若更换组合方式，产线功能能实现的包括：加工区、清洗区、检测区、分装区、物流区、仓储区等。对于区域功能的管理，需要数字化手段来实施监管，同样数据的检测也极其重要。

1.3.1 区域划分作用

区域是管理设备的点域集中化，针对不同机床所在某个集中区域，进行点阵布局，节省工件在加工过程中的搬运时间，充分利用空间环境，在最短时间内，进行下一个工序的生产与质量管控，从而达到在生产过程中节省时间。区域的划分，在对应的订单上，能从订单出发，进行定制所在区域中的机器的种类和所需其他配套设施。企业不会先定制出产线，再到接收订单，而是根据订单情况，以订单中所需要的加工工艺方法选择相关工艺设备进行分析，针对订单中的产品所涉及的加工机器和产量大小，进行产线内设备的增加或者减少。在高校中，对于设备的集中使用，趋于大众化，以智能制造产线为例，里面包含的设备有高速铣、电火花机、物料库、机械臂、三坐标机，通过贯穿式联合使用，在针对精密模具电极的加工过程中，首先，在物料库中存储零件毛坯，高速铣进行电极加工；三坐标机对加工完成的工件进行测量；合格后，再进行电火花机的加工。以类似模式的组合机床线路，在较多的企业中已经存在，但在高校的实训车间和精密实验室中，仍占比不足，有待增加，开发使用。

1.3.2 区域内产线的作用

产线针对项目的开发使用，集中了多台设备，如：数控车床、数控铣床、磨床、线切割、电火花机以及机器人互联、互通使用。在一般性产品的生产中，把生产的工艺路线与设备的种类相匹配；在产线化的生产中，又与订单的种类相关联。产线的制定，在节省人力、物力方面确实产生了很大的变化，同时也为企业节省人力资本。

2 在工业集中、互联性强的时代，数字化车间需待开发探究

2.1 打牢基础，针对信息，强化功能使用需求

当下，工业快速发展时代，国家在数字化覆盖面上做了很多，从万物互联出发，数字化车间需要稳重求进，达到了一定的先进性、优越性，也使得整个车间自动化程度提高到某一高度。总览多地数字化车间的建设，各有千秋，多种多样，在所有的车间大致功能相差不多，但DIY 化严重，考虑到系统兼容性、成本节约、人员易学习上手，需制定相对统一标准，使其合理规划功能和用途，把控设备的使用，从上料、搬运、加工、测量、再加工，放电加工、测量、回库等步骤制定加工工艺，有一相对固定的尺寸误差标准、加工需求标准，到判断加工精密级别等，再到使其达到易学、易控、易维护。同时，强调用人标准，由于设备多自动化、多产线化、多智能化特点，通过教学平台的使用，以及产学研的合作促使数字化车间在使用过程中能够孵化出一批专业化人才，同时也能提高非本专业人员专业水平和车间的高质量发展。

2.2 数字化车间使用，记录数据、工序查看、优化次序

数字化车间在使用过程中，对其功能进行逐个试运行，同时在服务器端进行查阅、检索、导出、导入，充分体现技术与数字化相匹配融合。一方面，通过打样测试，能够完成对数据的监测、管理，包括生产订单、操作人员、使用材料等；另一方面，针对订单的生成，服务器需满足数字化的操作，实时记录、监测员工处理订单、查看订单、优化订单，更好的节约时长；在监控区，能看到员工对订单的现场处理，同时对材料的利用率也大大提高，继而节约成本，减少工时。

2.3 信息集中，管控区域分析

对于一个数字化车间服务器来讲，既要对每台设备的信息数据的实时监控和监测，又要对订单的详情进行合理分析，再到订单的下发，都需要系统来保障分析结果的可靠。在对每个区域化设备的使用过程中，订单下达之后，针对数字化车间来说，专业人员对技术上的分析，能够更好的处理订单，这也让技术与数字相融合，来保障基础的课程实施、课题开发、横向生产等。分区的设计，更好的合理分布任务，样件的任务制定、调试生产以及自动化产线的订单生成，都能完整的在试运行下进行工作，也通过了数据的采集和数字订单的完整性收集。在技术方面，人员的长期经验对生产所要达到的成品，有着极其重要的作用，但一个完善的数字化车间的运作，不仅仅靠的是技术人员的成熟技术，也不可或缺的需要先进的数字化系统来分管任务，并进行有效的布置及监测。

2.4 数据采集，利用大数据分析

当前，大数据系统能对生产线的生产过程进行信息采集，在服务器端可以结合生产管理体系软件，对生产过程进行管理、管控，确保安全、正常生产。同时，每条产线也进行实时数据采集，管理者能多角度分析生产过程的合理、合规性，在发现问题时能及时针对出现问题机床进行加工参数修改或暂停生产进行工序诊改，从而达到最优化的路径。

2.5 产线化生产，提高成品率

在对工业化车间的改进，受到更多先进技术的融合，很多企业、院校都试着往数字化方向改造，也往突出点、核心点技术进行学习，改变了企业原本发展方向，造成院校专业布局调整。同时，使一些高、精、尖问题得以展现和有待解决。首先，建设成为数字化车间，应满足设想的需求，从数据的流畅、集中、高效性来运作，在机床设备上进行传输，从而提高产线的加工效率。一方面，数字化车间在高、精、尖领域的运用，可以减少人员的参与，对一些技术可以从减少人员方面进行保护知识产权的泄露；另一方面，在车间的使用上，企业多以复杂、繁琐、量大等特点的产品进行生产，急需多加工设备、多产线、多检测人员的参与，来完成产品的制造，提高产品的合格率。所以从数字化车间的意义上来讲，我国需要更完善的数字化车间，对零件的加工技术，机床刀具使用寿命监测技术，机械手、机械臂参与度、料库等柔性单元设备的技术参与，才能更好的发展工业时代下的数字化车间的建设。