CHAPTER 01 智能制造
便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式
苏州华数机器人有限公司
——应用概述——
本项目采用国产高速高精钻攻中心及数控系统、自动化生产线与机器人、智能在线检测装备和包装装备、工业软件等建设形成便携式电子产品结构模组精密加工数字化智能车间及高度柔性化的自动生产线系统。在国产CAPP、PLM、MES、云数控系统等工业软件支持下，本项目提升了企业信息化、智能化、协同化水平，达到全制造过程数据透明化，完成了基于实时制造数据的自动化调度系统，实现了便携式电子产品结构模组在批量定制环境下的高质量、规模化、柔性化生产，并达到改善生产效率、提高产品质量、降低制造成本的目的。
——技术突破——
加工全流程采用机器识别技术，实现工件全流程信息追溯；运用机床指令域大数据分析实现工艺参数评估与优化、实时断刀监测、机床健康诊断、无传感器热误差补偿及大批量机床状态实时监控；运用生产大数据建立工艺知识库，进行三维加工工艺优化；运用在线检测和加工误差实时反馈技术实现工件的智能质量闭环控制；运用智能刀具管理系统对刀具进行全生命周期管理；通过大数据平台实现基于实时数据的动态生产调度系统。
——重要意义——
本项目所形成的便携式电子产品结构模组精密加工智能制造新模式对我国劳动力密集型企业转型升级具有典型示范意义，并对区域智能化建设带来显著的推动作用。
——研究机构——
苏州华数机器人有限公司
苏州胜利精密制造科技股份有限公司
苏州富强科技有限公司
苏州富强加能精机有限公司
武汉华中数控股份有限公司
艾普工华科技（武汉）有限公司
武汉开目信息技术有限责任公司
武汉创景可视技术有限公司
苏州凡目视觉科技有限公司
——技术与应用详细介绍——
一、总体介绍
本项目针对3C行业普遍存在的“批量加工”和“批量转移”的现象，采用先进的钻攻中心生产线布局与自动化测量、闭环控制工艺，将生产线按照流程布局组成柔性化的作业单元，辅以必要的自动化产线设备，构成灵活的适应多品种混流生产的柔性加工单元。以模块化钻攻中心单元应对规模批量加工的订单品种需求；以高度柔性化的加工单元应对多品种小批量或频繁换线产品的混流加工需求。
项目分为上、下两层，由总共179台高速钻攻中心、10台高速高精钻攻中心、96个六关节机器人组成了19条机加生产线，每条产线配备独立的工件清洗机和高精度激光在线检测机。其中一楼有8条生产线，二楼有11条生产线。根据场地条件，每条产线配备4～5台上下料机器人、7～12台钻攻中心。除线头、线尾的机器人外，线中机器人配置地轨，负责3～4台钻攻中心的上、下料操作。另外还有一条由6台打磨机器人组成的自动打磨线。现场配备一座总容量为3260个库位的数字化立体仓库，分上、下两层部署，利用7台AGV小车为19条机加工产线配送物料、回收工件。另外还在二楼配置有一座智能刀具库，利用RFID系统，通过刀具管理系统对整个车间的刀具进行管理。
项目按纵向集成的技术需求，分为4个层次，如图1-1所示。最底层是由高档数控机床、机器人以及自动化物流设备构成的设备层；在设备层之上，由各类传感器、数据采集装置构成了用于多源异构数据采集的传感层；在传感层之上，由MES、CAPP、WMS等智能软件构成了软件层；最后由大数据中心、展示终端等构成了决策层。本项目通过功能清晰的层次划分及各层次之间有机的整合，形成了拓扑结构合理、兼容性强、具有先进性的国产集成方案。
图1-1 纵向集成的技术需求的4个层次
二、项目特点
本项目技术特点可总结为：“三国”“六化”“一核心”。
1.“三国”
本项目采用完全自主可控的国产智能装备、国产数控系统、国产工业软件。
（1）智能制造车间核心设备全部采用国产智能装备
a.高速钻攻中心/高速高精钻攻中心（自主品牌）：主轴最高转速分别为20000r/min和40000r/min，定位精度0.01mm，重复定位精度分别为0.006mm和0.003mm。
b.高精度检测机（本项目研发）：借助激光线扫描相机，采用2D/3D视觉检测技术，使自动生产线上自动完成工件的量测，避免了人工操作，确保测量的精确性和可重复性，测量精度达到2μm，实现快速高精在线测量。
c.工业机器人（自主品牌）：有效载荷12/20kg，重复定位精度±0.08mm。
（2）国产智能装备全部采用国产数控系统
a.高速钻攻中心/高速高精钻攻中心采用完全自主知识产权的华中8型全数字开放式高档数控系统。
b.工业机器人采用具有自主知识产权的华数II型机器人控制系统。
（3）智能制造车间全部采用国产工业软件
a.三维机加工工艺规划系统（CAPP）：由武汉开目信息技术有限责任公司开发提供，快速生成工件的机加工工艺。
b.产品生命周期管理系统（PLM）：由武汉开目信息技术有限责任公司开发提供，支持海量数据处理。
c.制造执行系统（MES）：由艾普工华科技有限公司提供，包括制造数据管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，支持移动端展示。
d.虚拟智能工厂（VIF）建模仿真软件：由创景可视技术有限公司提供，基于完全自主研发的虚拟仿真平台，为行业领先产品。
2.“六化”
本项目形成高度柔性化自动生产线系统，在国产工业软件和云数控大数据平台的支持下，实现便携式电子产品结构模组在批量定制环境中的高质量、规模化、柔性化生产。
（1）加工过程自动化
车间建立了由立体仓库、AGV小车、标准料箱、通用托盘、倍速链传送带以及工业机器人组成的车间自动化物流系统，并部署了自动清洗机、检测机等自动化设备。物料从入库到出库之间的全部生产环节均可自动完成；当某台设备出现故障时可从系统中自动切出，其任务由其余同类设备接管，避免全线停产。
同时，产线具有高度的柔性，通过APS、MES、WMS系统的实时监控和快速调度调整，可以进行单线生产、混线生产、串线生产等多种生产模式，适应不同种类工件的生产需求，发挥最大生产效率。
（2）制造资源物联化
本项目应用RFID技术，通过与设备控制系统集成，以及外接传感器等方式，实现了机机互联、机物互联和人机互联，并由SCADA系统实时采集设备的状态、生产报工信息、质量信息等，从而将生产过程中涉及的全部制造资源信息进行了高度的集成，并且打通了所有系统的信息通道，实现了生产过程的全程可追溯。
（3）制造系统数字化
本项目基于制造资源的物联化，通过实时数据驱动的动态仿真机制，形成人、产品、物理空间和信息空间的深度融合，建立虚拟工厂与物理工厂相互映射、深度融合的“数字双胞胎”，实现实时感知、动态控制和信息服务。通过信息系统对物理工厂进行可视化监控，实时查看设备状态、质量信息、生产实况和生产实绩，同时进行分析与决策，对物理工厂进行智能控制。
（4）质量控制实时化
工件在机床中加工完毕后由机器人送入在线检测机检测，检测完毕后机器人根据检测结果将不合格品放入不合格品料箱，将合格品放入工件托盘，保证不合格品即时分拣；同时检测数据上传至云平台，对同一机床加工的产品历史检测数据进行检索与对比，当对比结果符合设定的情形时，触发自动刀补流程，将信息传递给产线控制器，产线控制器计算刀补参数并下发给目标机床调整刀补，将刀具误差补偿回来，实现工件质量的实时全闭环控制。
（5）决策支持精准化
从生产排产指令的下达到完工信息的反馈，实现了全闭环控制。通过建立生产指挥系统，管理者可以随时精确掌握工厂的计划、生产、物料、质量和设备状态等资源信息，了解和掌控生产现场的状况，提高各级管理者决策的准确性。
（6）制造过程绿色化
本项目中使用太阳能供电、钻攻中心油雾分离系统、切削液循环利用系统以及产线集中排屑系统，实现高效利用能源、减少污染排放，践行绿色制造理念。
3.“一核心”：大数据云平台
本项目以大数据云平台为数据集成核心，如图1-2所示。与以往车间网络化的重大区别在于智能车间的工业软件不再是不可或缺的数据节点，而是“生长”在大数据中心之上的一个应用，提升了系统集成的便利性。
图1-2 大数据云平台
同时，对采集到的机床大数据进行分析、建模、比对，实现了一定程度上的智能化应用。例如：对加工工艺进行评估和优化、实时监控机床健康状况、自动补偿机床热变形、实时监测刀具状况、自动规避主轴共振等。而且通过建立机床故障维修数据库，对机床出现的异常状况进行远程在线诊断，大大缩短了机床维护维修时间，降低了运维难度。
——特邀点评——
这个项目综合采用国产高速高精钻攻中心及数控系统、自动化生产线与机器人、便携式电子产品结构模组智能清洗和包装装备、工业软件等软、硬件装备，打造了19条自动化生产线，并利用大数据云平台打通了各个工业软件的信息通道，形成了完整的便携式电子产品结构模组自动化、柔性化加工数字化车间，对于推动离散型金属加工行业智能制造整体能力与核心生产竞争力的提升，以及推广行业智能化制造、区域智能化制造具有深远意义。
——董景辰 教授、中国工程院制造业研究室首席专家、国家智能制造标准化专家咨询组副组长、工业和信息化部智能制造专家咨询委员会委员
大力推行数字化、网络化、智能化制造，是建设制造强国的最重要的对策。本项目是一个高水平的数字化、网络化工厂，并且具有较强的智能功能，如运用大数据进行3D加工工艺优化和热误差补偿、机床状态实时监控和健康诊断、实时断刀监测等，在3C加工领域具有引领意义和推广价值。
——屈贤明 国家制造强国建设战略咨询委员会委员、工业和信息化部智能制造专家委员会副主任
智能制造是中国实体经济转型升级的主要路径。发展智能制造，可以使中国制造业转型升级。本项目运用中国自主品牌的智能装备、数控系统和工业软件，建设智能制造工厂，取得了成功，对我国智能制造、工厂建设，起到了良好的示范效应。
——陈吉红 武汉华中数控股份有限公司董事长、华中科技大学教授、博士生导师、中国机床工具工业协会数控系统分会理事长