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摘要 機械工業第六設計研究院有限公司副總經理，教授級高工，國務院津貼專家，中國機械工業集團科技專家，中國機床工具協會磨料磨具分會專家委員會主任委員趙新力做了題為《涂附磨具綠色智能制造--...
機械工業第六設計研究院有限公司副總經理，教授級高工，國務院津貼專家，中國機械工業集團科技專家，中國機床工具協會磨料磨具分會專家委員會主任委員趙新力做了題為《涂附磨具綠色智能制造--涂附磨具生產線綠色智能化》的專題報告
我國的經濟發展模式正在從生產力要素驅動向創新驅動轉變，從產品市場向資本市場轉變，全力推進“中國制造2025”，互聯網+、和“一帶一路”戰略。我國涂附磨具行業面臨著第三次工業革命和工業4.0及世界經濟格局的變化、新興國家的興起和互聯網經濟發展帶來的機遇和挑戰。涂附磨具在國民經濟發展中具有重要的戰略地位，未來的涂附磨具將是智能制造。綠色智能制造是國家重點支持的關鍵戰略領域。要將行業的發展與國家戰略融為一體，實現行業生產方式的轉型升級和再造，加速行業的可持續健康發展，實現涂附磨具生產的綠色智能制造是行業企業發展必由之路。
我國的涂附磨具行業與我國眾多傳統行業一樣，經歷了由生產要素（資金、設備、土地、勞動力等）拉動的快速發展期。目前面臨著嚴峻的挑戰：資源難以長久支撐；環境壓力加大；用戶的需求越來越高；出口與其它的國家的貿易摩擦加大；行業主要產品產能過剩，勞動力成本提高，部分地區出現不足；市場競爭加劇，利潤空間被擠壓，企業的運營費用增加等。而市場急需的高端產品由于設備和技術原因卻沒能力生產。這一切都迫使涂附磨具企業走向創新驅動和綠色智能方向轉型提升，以提升企業關鍵競爭能力，降低生產成本。
涂附磨具生產的綠色智能制造涵蓋原布處理系統、砂帶制造生產線系統、產品轉換系統、生產過程中的廢水處理和廢氣處理系統和包裝系統等組成。涉及生產、技術質量和研發、供應、營銷、及管理與戰略、財務與資本運作和資源匹配與調度等全過程和全方面的全生命周期。智能制造通過底層的涂附磨具產品、裝備、生產、研發數字化的建設，實現產品數字化、裝備智能化、生產數字化、研發數字化的工廠，為管理、決策提供理性的決策依據；其次利用物聯網的技術和設備監控技術加強信息管理和服務；最后加上綠色智能的手段和智能系統構建整個綠色現代的“智慧工廠”。實現信息化帶動工業化，工業化促進信息化良性循環。實現涂附磨具綠色智能制造。
2.我國涂附磨具生產和裝備發展簡述和國內外智能制造發展狀況
我國的涂附磨具是在解放后才發展起來的。1960年，在上海砂輪廠建成了當時我國最寬（1000mm）的平跑式干磨砂布生產線。1964年，從民主德國引進的懸掛干燥式砂布砂紙生產線在鄭州的中國第二砂輪廠建成，是我國引進的第一條涂附磨具生產線。這條涂附磨具生產線對我國涂附磨具產業的發展起了不可替代的作用。
從80年代初至90年代中，中國第二砂輪廠和上海砂輪廠先后從聯邦德國引進了成套涂附磨具生產線，使我國涂附磨具產業實現了質的飛躍。從20世紀末開始，我國涂附磨具生產規模不斷擴大，廠家眾多，品種齊全。如今，我國成為世界涂附磨具第一大國。
至2015年，國內共引進Peter Schwabe Gmbh生產的涂附磨具大卷制造生產線17條和多條布基處理生產線。國內基本形成了品種和系統完整的原布處理設備、涂附磨具生產線裝備、砂帶轉換設備、砂頁盤自動生產線等全部涂附磨具生產裝備的設計制造和生產能力，我國部分涂附磨具生產企業的部分設備的數字化和智能化水平已經向國際先進水平靠近；一些骨干行業生產企業的裝備水平有了很大提高，其部分工藝和裝備水平達到了與國際接軌的一流現代化水平，但我國涂附磨具全行業總體總體工藝和裝備水平與國際磨料磨具先進企業相比還有一定差距，特別是在生產工藝、自動化和設備及全廠信息集成化的綠色和智慧生產方面。
目前，我國涂附磨具正向先進涂附磨具產品制造技術和和配套的全套涂附磨具裝備智能化裝備方向提升和發展。涂附磨具生產線設備的自動控制、涂層的精密控制（包括射線測厚）、集成測控技術研究，原布處理裝備的開發和研究，砂帶轉換設備自動化、數字化的研究和開發，超硬材料（人造金剛石和立方氮化硼）涂附磨具專用生產線的開發和高分子薄膜涂附磨具專用生產線的開發，都面臨迫切需求。
在涂附磨具智能制造方面，國際領軍的著名涂附磨具企業在涂附磨具智能制造處于領先地位，其特征是：實現了生產裝備的數字化和自動化，生產運行管理實現了數字化和信息化，目前正在向建立大數據和云計算為特征的全體系智慧化制造和服務體系。我國目前在部分骨干企業部分實現了關鍵生產設備或生產線的自動化，和生產管理方面部分信息化和數字化，在全體系生產運行管理數字化和信息化方面剛剛起步，在以大數據和云計算為特征的全體系智慧化制造和服務體系方面已著手行動。
3.涂附磨具智能制造的主要內容
按照綠色智能理念進行涂附磨具生產的綠色智能制造，內容包括建立涂附磨具生產數字化工廠模型，并對自動配料系統、砂帶原布處理生產線、涂附磨具制造生產線、涂附磨具轉換生產線、廢液廢氣處理系統以及生產線系統集成和智能監控系統分別進行了系統模擬仿真。應用數字化車間的理念實現涂附磨具車間的規劃、生產、運營全流程數字化管理。磨具產品信息貫穿于設計、制造、質量、物流等環節，實現涂附磨具生產的全生命周期管理（PLM）。
涂附磨具生產的綠色智能制造對生產工藝的改進，通過數字化車間的生產控制系統、資源管理系統、能源管理系統、產品追溯系統、視頻監控系統的建立，實現涂附磨具車間的工藝、生產、管理、監測、物流等環節的集成優化，采用網絡化技術、大數據技術實現企業智能管理與決策，全面提升企業的資源配置優化、操作自動化、實時在線優化、生產管理精細化和智能決策科學化水平。
要實現涂附磨具生產的綠色智能制造，涂附磨具生產的自動化、數字化是信息化和智能制造的基礎，自動化、數字化和信息化是智慧化智能制造的基礎和主要組成之一。綠色是現代砂帶工廠必須具備的條件。
涂附磨具生產的綠色智能制造是從自動化、數字化、通過智能化和信息化到智慧化，實現工業化與信息化的深度融合。自動化、數字化只是智能化的前身，以數字化為基礎，以信息化帶動自動化，以自動化促進信息化，并從智能化尋求提高。自動化與智慧化智能制造最大的差異于數據庫的建立與分析。
智慧化涂附磨具智能制造的總體應用架構可構建為智能裝備生產檢測控制層、通信層、平臺層和應用層。
智能裝備生產檢測控制層，包括生產工藝裝備自動化和數字化，實現生產和產品技術質量控制的智能化和優化，如：原材料處理、配料與輸送體系工藝裝備；原布處理工藝裝備體系；砂帶制造線裝備和工藝檢測和控制保障裝備體系；配套環保處理和能源保障裝備體系；配套能源管理和安全及消防和工業衛生檢測和裝備體系等的生產線的自動控制和在線檢測與控制體系。智能裝備生產檢測控制層還負責識別物體和采集信息。
通信層，負責將來自感知互動層的各類信息通過基礎承載網絡傳輸到應用服務層，包括三網融合下的通信網、互聯網、衛星網、廣電網等，而且網絡傳輸層可以通過升級以滿足未來不同的傳輸要求。通信層，主要關注感知層初步處理的數據經由各類網絡的傳輸問題，通信層涉及到不同網絡傳輸協議的互通、自組織通信等多種網絡技術。
平臺層，負責對智慧化砂帶工廠數據資源進行劃分構建基于云計算的礦山數據中心，并構建生產一體化監控平臺。
應用層，負責數據庫的建立與分析，包括全廠ERP 系統，OA系統等全廠數字信息化等管理系統，結合戰略管控需要進行業務管理創新，實現涂附磨具制造生產指揮調度、安全生產檢測、生產經營智能決策、資源管理系統監控與預測等業務應用。
涂附磨具生產的綠色智能制造的體系構成如下：
圖1 基于信息化涂附磨具智能化的綠色制造體系建立
圖2 涂附磨具綠色智能制造項目子系統組建
涂附磨具生產綠色智能制造生產管理體系采用先進的數字化工廠理念，是以產品全生命周期的相關數據為基礎，采用實時、信息集成、決策、改進等信息化手段對產品完成從訂單到成品全生命周期的有效管控。涂附磨具生產過程，包括原布處理生產線、砂帶制造生產線、產品轉換線以及輔助子系統（廢水與廢氣處理，生產包裝線）；并將生產管理系統、能源管理系統、生產視頻監控系統、環境監控系統進行有效集成，設計涂附磨具生產加工的數字化工廠和智能物流系統。
圖3 涂附磨具生產綠色智能制造數字化工廠生產系統集成圖
圖4 涂附磨具綠色智能制造的生產能源管理系統
涂附磨具砂帶生產車間采用先進的數字化工廠理念設計，是以產品全生命周期的相關數據為基礎，采用實時、信息集成、決策、改進等信息化手段對產品完成從訂單到成品全生命周期的有效管控。
圖5 涂附磨具綠色智能制造生產管理系統
涂附磨具綠色智能制造的實施是一項系統工程，作為新建或已有的涂附磨具企業，可采取不同的實施策略。其實施涵蓋傳統企業運營當中規劃、設計、技術改造、建設、生產、管理、監控等生產和管理整個過程和運營中的高效、安全、環保問題，及業務、財務和管理間信息的緊密集成和流程的高效協同。涉及制造線裝備和工藝檢測和控制保障裝備體系；配套環保處理和能源保障裝備體系；配套能源管理和安全及消防和工業衛生檢測和裝備體系。ERP 系統，OA系統等的建設。涂附磨具智能制造體現在高度信息化、自動化和高效率，終極目標之一是實現智能化最優生產和運營。
以國內某企業的設計為例，介紹涂附磨具綠色智能制造實施的探索。
首先，按照涂附磨具綠色智能制造的理念，按照全生命周期的理念，進行工廠的設計、指導建設和運行和維護。為企業提供數字化資產。搭建了圖1-圖5的體系。第二，按照涂附磨具的特點分項實施綠色智能制造。
（1）數字化原布處理生產線：
涂附磨具的原布處理，包括：驗布卷布機、液壓雙卷卷繞機、燒毛退漿機、全幅清洗機、浸漬拉幅機、刮漿機和配料工序等一系列的工序。
圖6 數字化原布處理生產線
（2）數字化涂附磨具制造生產線：涂附磨具的制造，包括：開卷機，印刷機，底膠機，重力和靜電植砂機，膠準備系統，干燥溫控通風系統，補膠機，收卷機，固化爐等工藝設備。
圖7 數字化涂附磨具生產線
（3）數字化涂附磨具產品轉換線涂附磨具產品轉換線包括：揉曲機，分切機，磨邊機，帶壓機，帶切機，帶涂機等裝備。
數字化涂附磨具砂帶轉換設備采用人機界面實現人與機器的交互，每臺設備控制器采用小型PLC,將所有PLC組成網絡與涂附磨具產品轉換線工作站進行通信。根據數字化車間管理系統下派的生產任務信息，自動制定機臺作業計劃，由PLC完成控制任務。并將生產過程中的設備狀態、運行參數、產品種類、數量等信息實時傳送給產品轉換線工作站。
圖8 數字化涂附磨具生產轉換線
（4）涂附磨具全生命周期信息管理系統產品生命周期包含產品需求信息收集、產品設計、產品生產和產品市場生命周期管理。建立詳細、直觀和可行的數字化產品信息，從而發現和解決關鍵問題。
涂附磨具全生命周期信息管理系統以MES信息技術為手段，采用先進的自動控制技術、條形碼技術、RFID技術，并以現代生產管理理念（如TPS、TQM、OEE、LEAN等）為理論依據，覆蓋了涂附磨具生產企業生產的全工序，實現了涂附磨具全生命周期的信息化管理，為涂附磨具企業生產管理提供一套完整的解決方案。
圖9 涂附磨具產品全生命周期管理系統
圖10 涂附磨具全過程數據追溯流程圖
根據市場需求確定產品訂單，企業獲取訂單信息以后經生產管理部門轉換成對應原材料配方，輸入配方到配方自動管理系統，根據產品需求的數量和緊迫性確定配方循環的次數和配方排列順序的先后。備配料系統根據生產管理信息系統的提示，確定目前生產需準備的原料，由備配料系統進行本系統的作業。此外，備配料系統的狀態和統計數據由觸摸屏通過以太網形式傳輸進入中控室集控系統中，實現重要數據實時監測、保存和歷史數據查詢的功能。現場的看板信息通過中控室生產管理與看板管理軟件進行管理，展示物料的批次、訂單號、班組等生產排程信息。
準備好物料自動將配方代碼信息輸入至控制系統中， PLC控制系統可智能識別每次配料的配方、數量和每次送料的工位等信息，從而可以實現物料智能追蹤。系統跟中央控制室智能生產線控制集成系統建立通訊，在控制集成系統中“配料管理系統”畫面顯示，智能監控配料系統中各設備的運行狀態，同時方便記錄物料輸送情況，生產報表便于查詢。
在原布處理工序、涂附磨具生產工序、轉換工序通過各自的數字化信息管系統均能動態監控整個產品生產過程的工藝參數、設備運行參數的實時和歷史數據，以及通過其在線設備故障診斷系統，使維護人員及時發現運行不穩定的生產線的設備并及時修復。所有這些信息化手段實現了實現對應產品訂單號、產品規格、數量等信息動態、智能追蹤。
涂附磨具產品下線后，由成品質量檢驗管理系統對產品盡心質量檢查，經檢測符合要求的產品運至包裝區進行包裝，同時將該批次產品不合格產品數量、規格、不合格原因等信息傳輸至中央控制室，作為生產改進、銷售及發貨依據。
檢驗合格的產品經過產品信息的錄入進入工廠倉儲管理系統，并與企業ERP系統對接，供相關管理人員調用查看。
發貨時，由數字化物流管理系統保證產品安全、準時到達客戶。客戶在使用時，如果有關本產品使用中的問題將通過售后服務系統實 現可其本產品追溯，包括質量分析、生產回溯，從而找到問題所在，改進生產。
鑒于篇幅所限，涂附磨具綠色智能制造的其他內容不再在此贅述。
總之，涂附磨具綠色智能制造的實施一般按以下過程逐步實施：1.）資源配置和使用數字化和智能智慧化；包括建立砂帶工廠的ERP系統，建立全廠多功能網絡系統，實現全廠資源的優化配置和使用。2）.生產設備的綠色智能化；包括配套環保處理和能源保障裝備體系；配套能源管理和安全及消防和工業衛生檢測和裝備體系等的生產線的自動控制和在線檢測與控制體系。砂帶生產線的設備具有智能控制功能，包括各類工藝參數的檢測與在線控制、產品產品生命周期管理、安全性、可追蹤性與節能技術等，而這些功能的來源，都必須透過砂帶生產線傳感器的建置，將所產生的訊息設備端延伸到IT數據中心的端對端企業連結架構，實現砂帶生產線設備智能化。3）.生產自動化和數字化和綠色智能；指涂附磨具生產全過程設備和輔助配套功能設備實現自動化和數字化和綠色制造，透過整合讓整個生產過程達到綠色智能化目標。4）.管理體系數字信息化和綠色智能；包括自動化系統管理、資源管理系統、OA系統和能源管理管理系統等。實現全廠管理數字信息化。能源和綠色節能管理方面，數字化地實現從資源、材料、設計、制造、廢棄物回收到再利用處理，形成綠色產品生命周期管理的循環，綠色ICT的加值應用，伸至綠色供應鏈的協同管理、綠色制程管理與智慧環境監控等，協助上下游廠商與客戶之間共同創造符合環保的綠色產品。5）工廠運行綠色智慧化，實現涂附磨具綠色智能制造。
5．結語
我國涂附磨具企業要積極迎接和面對“中國制造2025”，互聯網+、和“一帶一路”戰略帶來的機遇和挑戰，加快實施涂附磨具制造從自動化、數字化、通過智能化和信息化到綠色智能制造的智慧化，實現工業化與信息化的深度融合，實現涂附磨具生產的綠色智能制造，是我國涂附磨具行業企業發展的必由之路。
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