輕合金型材擠延車間智慧管理系統開發

文｜郭爽爽 孫德河

輕合金型材擠延車間智慧管理系統以智能控制方法為理論基礎，以輕合金型材擠延生產線核心工藝裝備和關鍵檢測裝備為對象，應用數據實時采集映射、三維輕量化、虛擬現實、工業互聯網和大數據技術，建立數字化和可視化的擠延車間狀態全面監控系統，基于工業通信的擠延工藝裝備和生產管理集成系統，以及基于大數據的擠延型材質量深度分析系統，形成專用于輕合金型材擠延車間的智慧管理系統（SMS，Smart Management System)，完成擠延型材從毛坯入車間到入成品庫的全工藝過程管控，生產現場全面感知、型材質量深度分析和物料跟蹤追溯為主的全生產過程管控，助力大型輕合金型材擠延質量和效率水平再度躍升。

一、系統組成

輕合金型材擠延車間智慧管理系統的根本目標是實現擠延生產線裝備協同高效運行，各工序銜接有序和生產管理全面滲控，構建涵蓋全工藝過程和全生產過程的擠延生產業務管理系統，實現輕合金型材擠延車間柔性化、數字化和智能化管理。

智慧管理系統（SMS)主要包括擠延工藝裝備、擠延生產管理、型材質量深度分析、物料跟蹤追溯、人員管理模塊。

二、 系統功能

通過搭建擠延生產業務管理系統，包括各工序現場的數據采集、裝備監控、生產執行、生產物流、物料管理和人員管理等，解決擠延生產現場管理、型材質量管理和物流跟蹤管理三個方面問題，全面提升車間生產管控、追溯能力和資源利用效率。

（一）數據采集

實時采集擠延車間生產現場的各類裝備數據（運行參數、狀態數據和質量數據等），并將其用于擠延生產過程大數據分析。比對生產現場實時采集數據與生產任務和質量指標，對超出指標范圍的數據進行報警，及時了解裝備運行波動，保障生產和質量安全。

（二）生產執行

根據生產訂單添加設計文檔，并根據產品設計圖展開產品工藝設計，對產品工藝生產實際情況進行登記。根據工藝設計對某個批號的物料清單進行在庫數量查詢，并由倉庫進行數量確認，最后提交審批。對生產情況進行登記，包括完成狀態及所用工時等。

根據每個工藝流程，設定不同的參數，如可將這組參數抽象為一個名為“配方”的實體；每種型材有各自的屬性如名稱和材料等，可抽象為一個名為“工件”的實體?！芭浞健迸c“工件” 兩個實體之間是多對多的關系，一個配方可以生產出多個工件，一個工件也可以對應多個配方，從而產生不同的“生產數據”。

利用配方與工件形成的“生產數據”，可依據數據時間段查找并提取出對應歷史生產數據，該歷史生產數據可作為工藝人員離線分析與改進工藝的依據。

（三）物料管理

入庫登記：當采購物品到貨并經過檢驗合格后，在待入庫任務列表中顯示結果，倉庫管理人員選擇某個批次的物品進行入庫， 系統會自動更新物品庫存量。

物品庫存統計分析：對當前物品的庫存情況按照分類進行統計分析，記錄物品的基本信息、已分配量、采購量、在庫量、在庫單價、存放區域和貨架等信息，并查看物品在庫量的變化趨勢。

出庫登記：當生產車間對某個工序所需的物品預約成功后， 倉庫待出庫任務列表中會列出目前所有預約但未領取的物料，選擇某一物品即可出庫，出庫后自動扣除庫存。

（四）能耗管理

優化智能節能系統國產化選型方案，將生產線的能耗進行存儲、記錄，生成報表進行數據分析，給出班能耗、單位產量能耗和針對生產工藝的單位產量能耗。

（五）設備維護管理

實現設備的基本信息，包括名稱、規格和存放地點等的創建、修改、刪除和查詢。對設備維修情況進行記錄，記錄維修時間、維修問題、原因分析、處理結果和費用等信息。

建立核心工藝設備和關鍵檢測設備的智能在線管理系統，對設備狀態進行在線監控及記錄，確認設備運行狀態，并對狀態記錄進行深度挖掘，對監控關鍵點的數值變化趨勢進行分析，以預估設備關鍵點狀態發展，對設備運維提前預警。

（六）人員管理

人員基礎信息維護，建立人員基本檔案；班組定義與出勤維護；人員工作時間收集與工時統計；人員技能、資質管理，綁定技能、資質與人員等主體對象；將人員作業管理關聯產量、質量及物料信息。以人員的實際工作產出、質量、出勤、生產效率等真實參數為依據，核算員工績效與工時利用率，實現人員精細化管理。

三、關鍵技術

（一）基于數據庫的全時數據監控和記憶系統

生產線各裝備的實際情況采用虛擬技術集中到中央控制室，在中央控制室就能實時監控裝備及生產線實際運行及產品實際生產狀態，實時顯示的三維模型可實現與現場數據采集系統的數據映射，在監控界面的三維模型上，不僅能直觀體現車間實際生產擠延型材產品時的設備運行過程，還可將現場采集的數據與三維模型關聯并進行對比，進行擠延型材質量監控，并支持所有裝備及生產線工藝數據和生產管理數據的全時段記憶和動態回放。

（二）同步實現全工藝過程管理與全生產過程管理

對于大型輕合金擠延生產，其車間管理水平還處于各裝備獨立管控狀態。首先，在工藝過程方面，各工序間的銜接機制和數據傳輸，尤其是型材檢測和記錄，因型材規格大、形狀復雜，缺少相適應的在線自動檢測核心技術，一直處于無法自動感知狀態，需要人工實現；其次，在生產過程方面，主機的壓制過程控制、前期的物料管理和后期的成品管理均已經實現了信息化，但是目前還沒有打通物料→生產→成品的全生產管理過程。因此，特別需要一套打通從毛坯進入車間到型材進入成品庫的全工藝過程和全生產過程集成管理系統，尤其是能兼顧擠延型材質量在線檢測的管理系統。

基于工業通信總線和工業互聯網技術，將大型輕合金擠延型材核心技術裝備、關鍵檢測裝備與生產管理軟件高度集成，通過搭建智慧管理系統，實現擠延型材在工藝過程中各工序的生產數據采集、傳輸和分析，生產過程中的作業管理，包括核心技術裝備監控、型材質量檢測和控制、生產物流、物料和人員管理等，同步實現擠延生產過程管理滲入擠延工藝過程的每個工序，擠延裝備的每個指令和動作。

（三）基于大數據的產品質量深度分析系統

以全時數據監控和記憶系統為基礎，對所有擠延型材的過程檢驗結果進行記錄，實時控制擠延型材質量，保證下線即為合格產品。同時建立擠延型材質量歷史分析系統，在同一個工藝流程內，對檢測的每一種類型材的同一特征值進行縱向記錄，對比型材同一個工藝流程中同一特征值的變化規律，對擠延型材的質量發展趨勢進行預估，判斷后續型材質量發展趨勢，在可能出現質量問題時提前進行干預，保證擠延型材生產質量穩定和可控，且始終保持較高水平。

四、結束語

輕合金型材擠延車間智慧管理系統以輕合金擠延智能車間為目標，提出圍繞大型輕合金型材擠延裝備及生產線開發新型擠延車間智慧管理系統，可以使我國擠延生產組織模式向工藝裝備與生產管理服務智能一體化方向發展，形成更低成本、更高性能和更大柔性的生產管理體系和車間智慧生態網絡。