轻合金型材挤延车间智慧管理系统开发

文｜郭爽爽 孙德河

轻合金型材挤延车间智慧管理系统以智能控制方法为理论基础，以轻合金型材挤延生产线核心工艺装备和关键检测装备为对象，应用数据实时采集映射、三维轻量化、虚拟现实、工业互联网和大数据技术，建立数字化和可视化的挤延车间状态全面监控系统，基于工业通信的挤延工艺装备和生产管理集成系统，以及基于大数据的挤延型材质量深度分析系统，形成专用于轻合金型材挤延车间的智慧管理系统（SMS，Smart Management System)，完成挤延型材从毛坯入车间到入成品库的全工艺过程管控，生产现场全面感知、型材质量深度分析和物料跟踪追溯为主的全生产过程管控，助力大型轻合金型材挤延质量和效率水平再度跃升。

一、系统组成

轻合金型材挤延车间智慧管理系统的根本目标是实现挤延生产线装备协同高效运行，各工序衔接有序和生产管理全面渗控，构建涵盖全工艺过程和全生产过程的挤延生产业务管理系统，实现轻合金型材挤延车间柔性化、数字化和智能化管理。

智慧管理系统（SMS)主要包括挤延工艺装备、挤延生产管理、型材质量深度分析、物料跟踪追溯、人员管理模块。

二、 系统功能

通过搭建挤延生产业务管理系统，包括各工序现场的数据采集、装备监控、生产执行、生产物流、物料管理和人员管理等，解决挤延生产现场管理、型材质量管理和物流跟踪管理三个方面问题，全面提升车间生产管控、追溯能力和资源利用效率。

（一）数据采集

实时采集挤延车间生产现场的各类装备数据（运行参数、状态数据和质量数据等），并将其用于挤延生产过程大数据分析。比对生产现场实时采集数据与生产任务和质量指标，对超出指标范围的数据进行报警，及时了解装备运行波动，保障生产和质量安全。

（二）生产执行

根据生产订单添加设计文档，并根据产品设计图展开产品工艺设计，对产品工艺生产实际情况进行登记。根据工艺设计对某个批号的物料清单进行在库数量查询，并由仓库进行数量确认，最后提交审批。对生产情况进行登记，包括完成状态及所用工时等。

根据每个工艺流程，设定不同的参数，如可将这组参数抽象为一个名为“配方”的实体；每种型材有各自的属性如名称和材料等，可抽象为一个名为“工件”的实体。“配方”与“工件” 两个实体之间是多对多的关系，一个配方可以生产出多个工件，一个工件也可以对应多个配方，从而产生不同的“生产数据”。

利用配方与工件形成的“生产数据”，可依据数据时间段查找并提取出对应历史生产数据，该历史生产数据可作为工艺人员离线分析与改进工艺的依据。

（三）物料管理

入库登记：当采购物品到货并经过检验合格后，在待入库任务列表中显示结果，仓库管理人员选择某个批次的物品进行入库， 系统会自动更新物品库存量。

物品库存统计分析：对当前物品的库存情况按照分类进行统计分析，记录物品的基本信息、已分配量、采购量、在库量、在库单价、存放区域和货架等信息，并查看物品在库量的变化趋势。

出库登记：当生产车间对某个工序所需的物品预约成功后， 仓库待出库任务列表中会列出目前所有预约但未领取的物料，选择某一物品即可出库，出库后自动扣除库存。

（四）能耗管理

优化智能节能系统国产化选型方案，将生产线的能耗进行存储、记录，生成报表进行数据分析，给出班能耗、单位产量能耗和针对生产工艺的单位产量能耗。

（五）设备维护管理

实现设备的基本信息，包括名称、规格和存放地点等的创建、修改、删除和查询。对设备维修情况进行记录，记录维修时间、维修问题、原因分析、处理结果和费用等信息。

建立核心工艺设备和关键检测设备的智能在线管理系统，对设备状态进行在线监控及记录，确认设备运行状态，并对状态记录进行深度挖掘，对监控关键点的数值变化趋势进行分析，以预估设备关键点状态发展，对设备运维提前预警。

（六）人员管理

人员基础信息维护，建立人员基本档案；班组定义与出勤维护；人员工作时间收集与工时统计；人员技能、资质管理，绑定技能、资质与人员等主体对象；将人员作业管理关联产量、质量及物料信息。以人员的实际工作产出、质量、出勤、生产效率等真实参数为依据，核算员工绩效与工时利用率，实现人员精细化管理。

三、关键技术

（一）基于数据库的全时数据监控和记忆系统

生产线各装备的实际情况采用虚拟技术集中到中央控制室，在中央控制室就能实时监控装备及生产线实际运行及产品实际生产状态，实时显示的三维模型可实现与现场数据采集系统的数据映射，在监控界面的三维模型上，不仅能直观体现车间实际生产挤延型材产品时的设备运行过程，还可将现场采集的数据与三维模型关联并进行对比，进行挤延型材质量监控，并支持所有装备及生产线工艺数据和生产管理数据的全时段记忆和动态回放。

（二）同步实现全工艺过程管理与全生产过程管理

对于大型轻合金挤延生产，其车间管理水平还处于各装备独立管控状态。首先，在工艺过程方面，各工序间的衔接机制和数据传输，尤其是型材检测和记录，因型材规格大、形状复杂，缺少相适应的在线自动检测核心技术，一直处于无法自动感知状态，需要人工实现；其次，在生产过程方面，主机的压制过程控制、前期的物料管理和后期的成品管理均已经实现了信息化，但是目前还没有打通物料→生产→成品的全生产管理过程。因此，特别需要一套打通从毛坯进入车间到型材进入成品库的全工艺过程和全生产过程集成管理系统，尤其是能兼顾挤延型材质量在线检测的管理系统。

基于工业通信总线和工业互联网技术，将大型轻合金挤延型材核心技术装备、关键检测装备与生产管理软件高度集成，通过搭建智慧管理系统，实现挤延型材在工艺过程中各工序的生产数据采集、传输和分析，生产过程中的作业管理，包括核心技术装备监控、型材质量检测和控制、生产物流、物料和人员管理等，同步实现挤延生产过程管理渗入挤延工艺过程的每个工序，挤延装备的每个指令和动作。

（三）基于大数据的产品质量深度分析系统

以全时数据监控和记忆系统为基础，对所有挤延型材的过程检验结果进行记录，实时控制挤延型材质量，保证下线即为合格产品。同时建立挤延型材质量历史分析系统，在同一个工艺流程内，对检测的每一种类型材的同一特征值进行纵向记录，对比型材同一个工艺流程中同一特征值的变化规律，对挤延型材的质量发展趋势进行预估，判断后续型材质量发展趋势，在可能出现质量问题时提前进行干预，保证挤延型材生产质量稳定和可控，且始终保持较高水平。

四、结束语

轻合金型材挤延车间智慧管理系统以轻合金挤延智能车间为目标，提出围绕大型轻合金型材挤延装备及生产线开发新型挤延车间智慧管理系统，可以使我国挤延生产组织模式向工艺装备与生产管理服务智能一体化方向发展，形成更低成本、更高性能和更大柔性的生产管理体系和车间智慧生态网络。