华中数控打造中国版“工业4.0”智能车间

　　随着“工业4.0”的热潮从德国涌向全球，中国经济经过30年两位数的高速发展，也到了发展的十字路口，需要转型升级、提高制造业整体水平。2015年5月，国务院发布中国制造强国战略的个十年行动纲领《中国制造2025》，标志着中国“工业4.0”时代开启。“中国制造2025”的主攻方向是智能制造，重点推进“智能化、数字化、网络化”制造，是信息化、工业化深度融合的主攻方向，是传统产业进行转型升级的主要技术手段。
　　
　　2015年，华中数控股份有限公司（以下简称：华中数控）携手东莞劲胜精密构建集国产数控机床、国产机器人、自动化设备、国产系统软件于一体的3C产品智能工厂，实现了工业4.0纵向集成，形成智能制造工厂在3C行业的示范，实现高速高精国产钻攻数控设备、数控系统与机器人的协同工作，在业内实现装夹环节采用机器人代替人工操作，节省70%以上的人力；建立基于物联网技术的制造现场“智能感知”系统，改造升级现有生产制造系统，建立全制造过程可视化集成控制中心，实现对钻攻中心、机器人、物流装备等的全面支持，降低产品不良率，缩短产品研制周期，提高设备利用率，提升车间能源利用率，终实现少人化人机协同化生产。

　　

华中数控车间建设图
 

　　二、项目概况
　　
　　劲胜东城厂区智能制造项目是2015年国家94家智能制造专项之一，项目名称：移动终端金属加工智能制造新模式。项目由东莞劲胜精密组件股份有限公司牵头承担，联合开发单位还包括科研单位、国内高校、设备研发制造商、软件开发企业、金融企业等，项目负责人为华中科技大学邵新宇教授。
　　
　　项目实施目标是：实现生产效率提高20%以上，运营成本降低20%，产品研制周期缩短30%，产品不良品率降低30%，能源利用率提高15%。
　　
　　整个项目历时1年建设，目前已建成拥有10条自动化钻攻生产线的智能车间，智能车间包括180台国产高速高精钻攻中心、81台国产华数机器人、30台RGV、10台AGV小车、1套全自动配料检测系统。同时搭载全国产化的工业软件系统，包括云数控系统平台、CAPP、APS排程系统、MES生产管理系统、三维虚拟仿真系统等。基于国产数控系统的良好开放性，建立了智能工厂设备大数据平台，通过对设备实时大数据的采集、分析，实现了机床健康保障、G代码智能优化、断刀监测等智能化功能。另外还建设有1条普及型自动化钻攻推广线（20台钻攻中心机床和12台工业机器人），1条机器人自动抛光打磨生产线（12台工业机器人），1条用于智能制造人才培训的智能生产线（微缩版智能工厂，具备智能工厂各种要素）等。

　　

华中数控车间
 

　　通过以上硬件和软件的开发建设，实现了高速高精国产钻攻数控设备、数控系统与机器人的协同工作，在业内实现装夹环节采用机器人代替人工操作，节省人力；建立基于物联网技术的制造现场“智能感知”系统，改造升级现有智能化系统，建立全制造过程可视化集成控制中心,实现对加工中心、机器人、物流装备等的全面支持。
　　
　　三、项目特点
　　
　　项目具有“三国”、“六化”、“一核心”的特点。
　　
　　“三国”是指智能工厂全部使用国产智能装备、国产数控系统、国产工业软件；各参与单位充分发挥各自的特长，实行协同创新机制，基于“三国”的核心技术优势，各个硬件、软件系统之间相互深度开放并互相融合，为智能工厂的信息集成、数据集成以及各种智能化功能的实现奠定了基础，同时也保障了工业数据的安全可控。智能工厂核心的设备——配套国产数控系统的国产高速钻攻中心机床，可与进口同类产品同台竞技，打破国外垄断。

　　

国产智能装备：国产高速钻攻中心和国产工业机器人
 

　　国产工业软件：云数控、PLM、CAPP、MES、APS等
　　
　　六化”是指：装备自动化、工艺数字化、生产柔性化、过程可视化、信息集成化、决策自主化。

　　

国产数控系统：华中8型总线式数控系统
 

　　1)装备自动化：配套国产数控系统的高速钻攻中心机床，实现高速高精加工，与进口同类产品同台竞技，实现机床装备化；利用6关节工业机器人取代现场操作工人，实现加工过程自动化，提升产品一致性；通过AGV定点、自动配送混流物料，实现车间物流自动化；现场采用非接触光学自动检测，自动采集检测数据及时反馈结果，实现产品检测自动化。
　　
　　2)工艺数字化：采用三维CAPP软件系统实现机加工艺的三维数字化设计与仿真，大大提升工艺设计效率和设计质量；使用国产PLM软件，实现从设计到生产制造的产品生命周期数字化管理。
　　
　　3)生产柔性化：实现多品种、多工序混流生产，不同产品快速切换。基于RFID系统进行定点投料，实现物料有序配送；采用机器人加RGV模式实现工时动态匹配；设计通用料盘和夹具，满足产品快速换线需求；使用APS智能排程系统，实现线体间、机台间混流生产排程，多目标协同优化。
　　
　　4)过程可视化：通过车间底层各种传感器和物联网，实时采集并上传数控机床、机器人、RFID料盘、AGV、RGV等各种设备数据、物料数据、生产状态数据等各种数据，在本地云服务器上建立工厂的“数字双胞胎”，通过轻量化的三维仿真软件系统，实时监控、管理、操作车间设备；上层各种设计、管理软件系统通过网络下发生产与物料指令、工艺数据、质检标准等给车间设备，实现了工厂各种数据流的双向流通，保证了生产过程的可视化、透明化。

　　

华中数控自动化生产设备
 

　　5)信息集成化：车间采用实时工业以太网技术，实现“一网到底”，实时采集现场所有信息，通过设计统一的数据模型、统一的接口规范、统一的数据平台，实现各种多源异构数据和信息的集成，并使用服务器虚拟化技术，采用健壮性设计与配置，实现对海量信息的存储与处理。
　　
　　6)决策自主化：基于车间大数据，实现设备状况的自检测、制造过程自执行、生产管控自组织，企业管理自决策。
　　
　　智能工厂的“一核心”是指智能工厂大数据，包括工厂的人员数据、物料数据、设备数据、工艺数据、质量数据等等，通过对这些数据的集成、统计分析和应用，终实现工厂的数字化和智能化。
　　
　　四、华中数控主要工作
　　
　　1)用自主化的国产设备装备智能制造车间
　　
　　高速钻攻中心机床：
　　
　　3C行业对数控机床的高速高精加工性能有很高的要求，国外机床数控系统成本高、开放性差、不能提供定制化开发。智能工厂180台钻攻中心，全部配置华中8型数控系统，自主研发，支持SOP、RFID刀具实时管理、G代码远程管理，可采集机床实时毫秒级大数据，为工艺优化、机床健康保障、断刀监测提供支持，同等条件下加工效率高于进口系统，打破国外垄断。配套华中8型数控系统的高速钻攻中心机床具有以下优良特性：

　　

钻攻机配备国产数控系统
 

　　a)高速:快速移动可达60米/分钟、单轴加速度1G、主轴从0加速到2000r仅需1.9s、刀具转换仅需1s，能实现5000r/分钟以上的高速刚性攻丝。
　　
　　b)高精:加工精度达5‰mm,能连续运转，加工产品表面光洁度高，可靠性高，高速通过拐角不产生震动。
　　
　　c)定制化：可根据客户需求配置设备部件，如机械手、自动门、丝杆、主轴等核心零部件。
　　
　　工业机器人：
　　
　　整个劲胜智能车间配置的是国产华数机器人，华数机器人整机产品的自主国产化率已达到80%以上，除了RV减速机为进口，其余核心零部件均为国产达到了安全可控的条件。车间目前已经使用了93台机器人用于上下料，组成了柔性生产系统；使用了12台机器人应用于手机壳打磨线，实现了国产机器人应用于复杂轨迹打磨的突破，在国产机器人应用上属于首创。

　　

华数机器人
 

　　目前华数机器人的产品主要在冲压、注塑、机床上下料、喷涂、焊接、装配、3C自动化等行业中大量使用。华数机器人目前发展势头迅猛，已经将华中数控多年机器人相关技术沉淀成功产业化，机器人已经大批量生产，已在众多客户现场批量使用。
　　
　　2)产线总控系统
　　
　　产线控制系统是智能工厂“大数据”核心层，主要负责产线设备数据采集、设备监控、生产计划执行管理等，并将“大数据”、生产完工信息反馈至管理系统，帮助企业生产部门做出科学、有效的决策。
　　
　　主要功能：
　　
　　.车间设备管理网络化
　　
　　.数据采集：毫秒级实时数据
　　
　　.设备实时监控
　　
　　.生产任务自组织自执行
　　
　　.产线运行前智能化检测
　　
　　.生产派工、报工、工单管理

    产线控制系统架构：