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摘要 机械工业第六设计研究院有限公司副总经理，教授级高工，国务院津贴专家，中国机械工业集团科技专家，中国机床工具协会磨料磨具分会专家委员会主任委员赵新力做了题为《涂附磨具绿色智能制造--...
机械工业第六设计研究院有限公司副总经理，教授级高工，国务院津贴专家，中国机械工业集团科技专家，中国机床工具协会磨料磨具分会专家委员会主任委员赵新力做了题为《涂附磨具绿色智能制造--涂附磨具生产线绿色智能化》的专题报告
我国的经济发展模式正在从生产力要素驱动向创新驱动转变，从产品市场向资本市场转变，全力推进“中国制造2025”，互联网+、和“一带一路”战略。我国涂附磨具行业面临着第三次工业革命和工业4.0及世界经济格局的变化、新兴国家的兴起和互联网经济发展带来的机遇和挑战。涂附磨具在国民经济发展中具有重要的战略地位，未来的涂附磨具将是智能制造。绿色智能制造是国家重点支持的关键战略领域。要将行业的发展与国家战略融为一体，实现行业生产方式的转型升级和再造，加速行业的可持续健康发展，实现涂附磨具生产的绿色智能制造是行业企业发展必由之路。
我国的涂附磨具行业与我国众多传统行业一样，经历了由生产要素（资金、设备、土地、劳动力等）拉动的快速发展期。目前面临着严峻的挑战：资源难以长久支撑；环境压力加大；用户的需求越来越高；出口与其它的国家的贸易摩擦加大；行业主要产品产能过剩，劳动力成本提高，部分地区出现不足；市场竞争加剧，利润空间被挤压，企业的运营费用增加等。而市场急需的高端产品由于设备和技术原因却没能力生产。这一切都迫使涂附磨具企业走向创新驱动和绿色智能方向转型提升，以提升企业关键竞争能力，降低生产成本。
涂附磨具生产的绿色智能制造涵盖原布处理系统、砂带制造生产线系统、产品转换系统、生产过程中的废水处理和废气处理系统和包装系统等组成。涉及生产、技术质量和研发、供应、营销、及管理与战略、财务与资本运作和资源匹配与调度等全过程和全方面的全生命周期。智能制造通过底层的涂附磨具产品、装备、生产、研发数字化的建设，实现产品数字化、装备智能化、生产数字化、研发数字化的工厂，为管理、决策提供理性的决策依据；其次利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务；最后加上绿色智能的手段和智能系统构建整个绿色现代的“智慧工厂”。实现信息化带动工业化，工业化促进信息化良性循环。实现涂附磨具绿色智能制造。
2.我国涂附磨具生产和装备发展简述和国内外智能制造发展状况
我国的涂附磨具是在解放后才发展起来的。1960年，在上海砂轮厂建成了当时我国最宽（1000mm）的平跑式干磨砂布生产线。1964年，从民主德国引进的悬挂干燥式砂布砂纸生产线在郑州的中国第二砂轮厂建成，是我国引进的第一条涂附磨具生产线。这条涂附磨具生产线对我国涂附磨具产业的发展起了不可替代的作用。
从80年代初至90年代中，中国第二砂轮厂和上海砂轮厂先后从联邦德国引进了成套涂附磨具生产线，使我国涂附磨具产业实现了质的飞跃。从20世纪末开始，我国涂附磨具生产规模不断扩大，厂家众多，品种齐全。如今，我国成为世界涂附磨具第一大国。
至2015年，国内共引进Peter Schwabe Gmbh生产的涂附磨具大卷制造生产线17条和多条布基处理生产线。国内基本形成了品种和系统完整的原布处理设备、涂附磨具生产线装备、砂带转换设备、砂页盘自动生产线等全部涂附磨具生产装备的设计制造和生产能力，我国部分涂附磨具生产企业的部分设备的数字化和智能化水平已经向国际先进水平靠近；一些骨干行业生产企业的装备水平有了很大提高，其部分工艺和装备水平达到了与国际接轨的一流现代化水平，但我国涂附磨具全行业总体总体工艺和装备水平与国际磨料磨具先进企业相比还有一定差距，特别是在生产工艺、自动化和设备及全厂信息集成化的绿色和智慧生产方面。
目前，我国涂附磨具正向先进涂附磨具产品制造技术和和配套的全套涂附磨具装备智能化装备方向提升和发展。涂附磨具生产线设备的自动控制、涂层的精密控制（包括射线测厚）、集成测控技术研究，原布处理装备的开发和研究，砂带转换设备自动化、数字化的研究和开发，超硬材料（人造金刚石和立方氮化硼）涂附磨具专用生产线的开发和高分子薄膜涂附磨具专用生产线的开发，都面临迫切需求。
在涂附磨具智能制造方面，国际领军的著名涂附磨具企业在涂附磨具智能制造处于领先地位，其特征是：实现了生产装备的数字化和自动化，生产运行管理实现了数字化和信息化，目前正在向建立大数据和云计算为特征的全体系智慧化制造和服务体系。我国目前在部分骨干企业部分实现了关键生产设备或生产线的自动化，和生产管理方面部分信息化和数字化，在全体系生产运行管理数字化和信息化方面刚刚起步，在以大数据和云计算为特征的全体系智慧化制造和服务体系方面已着手行动。
3.涂附磨具智能制造的主要内容
按照绿色智能理念进行涂附磨具生产的绿色智能制造，内容包括建立涂附磨具生产数字化工厂模型，并对自动配料系统、砂带原布处理生产线、涂附磨具制造生产线、涂附磨具转换生产线、废液废气处理系统以及生产线系统集成和智能监控系统分别进行了系统模拟仿真。应用数字化车间的理念实现涂附磨具车间的规划、生产、运营全流程数字化管理。磨具产品信息贯穿于设计、制造、质量、物流等环节，实现涂附磨具生产的全生命周期管理（PLM）。
涂附磨具生产的绿色智能制造对生产工艺的改进，通过数字化车间的生产控制系统、资源管理系统、能源管理系统、产品追溯系统、视频监控系统的建立，实现涂附磨具车间的工艺、生产、管理、监测、物流等环节的集成优化，采用网络化技术、大数据技术实现企业智能管理与决策，全面提升企业的资源配置优化、操作自动化、实时在线优化、生产管理精细化和智能决策科学化水平。
要实现涂附磨具生产的绿色智能制造，涂附磨具生产的自动化、数字化是信息化和智能制造的基础，自动化、数字化和信息化是智慧化智能制造的基础和主要组成之一。绿色是现代砂带工厂必须具备的条件。
涂附磨具生产的绿色智能制造是从自动化、数字化、通过智能化和信息化到智慧化，实现工业化与信息化的深度融合。自动化、数字化只是智能化的前身，以数字化为基础，以信息化带动自动化，以自动化促进信息化，并从智能化寻求提高。自动化与智慧化智能制造最大的差异于数据库的建立与分析。
智慧化涂附磨具智能制造的总体应用架构可构建为智能装备生产检测控制层、通信层、平台层和应用层。
智能装备生产检测控制层，包括生产工艺装备自动化和数字化，实现生产和产品技术质量控制的智能化和优化，如：原材料处理、配料与输送体系工艺装备；原布处理工艺装备体系；砂带制造线装备和工艺检测和控制保障装备体系；配套环保处理和能源保障装备体系；配套能源管理和安全及消防和工业卫生检测和装备体系等的生产线的自动控制和在线检测与控制体系。智能装备生产检测控制层还负责识别物体和采集信息。
通信层，负责将来自感知互动层的各类信息通过基础承载网络传输到应用服务层，包括三网融合下的通信网、互联网、卫星网、广电网等，而且网络传输层可以通过升级以满足未来不同的传输要求。通信层，主要关注感知层初步处理的数据经由各类网络的传输问题，通信层涉及到不同网络传输协议的互通、自组织通信等多种网络技术。
平台层，负责对智慧化砂带工厂数据资源进行划分构建基于云计算的矿山数据中心，并构建生产一体化监控平台。
应用层，负责数据库的建立与分析，包括全厂ERP 系统，OA系统等全厂数字信息化等管理系统，结合战略管控需要进行业务管理创新，实现涂附磨具制造生产指挥调度、安全生产检测、生产经营智能决策、资源管理系统监控与预测等业务应用。
涂附磨具生产的绿色智能制造的体系构成如下：
图1 基于信息化涂附磨具智能化的绿色制造体系建立
图2 涂附磨具绿色智能制造项目子系统组建
涂附磨具生产绿色智能制造生产管理体系采用先进的数字化工厂理念，是以产品全生命周期的相关数据为基础，采用实时、信息集成、决策、改进等信息化手段对产品完成从订单到成品全生命周期的有效管控。涂附磨具生产过程，包括原布处理生产线、砂带制造生产线、产品转换线以及辅助子系统（废水与废气处理，生产包装线）；并将生产管理系统、能源管理系统、生产视频监控系统、环境监控系统进行有效集成，设计涂附磨具生产加工的数字化工厂和智能物流系统。
图3 涂附磨具生产绿色智能制造数字化工厂生产系统集成图
图4 涂附磨具绿色智能制造的生产能源管理系统
涂附磨具砂带生产车间采用先进的数字化工厂理念设计，是以产品全生命周期的相关数据为基础，采用实时、信息集成、决策、改进等信息化手段对产品完成从订单到成品全生命周期的有效管控。
图5 涂附磨具绿色智能制造生产管理系统
涂附磨具绿色智能制造的实施是一项系统工程，作为新建或已有的涂附磨具企业，可采取不同的实施策略。其实施涵盖传统企业运营当中规划、设计、技术改造、建设、生产、管理、监控等生产和管理整个过程和运营中的高效、安全、环保问题，及业务、财务和管理间信息的紧密集成和流程的高效协同。涉及制造线装备和工艺检测和控制保障装备体系；配套环保处理和能源保障装备体系；配套能源管理和安全及消防和工业卫生检测和装备体系。ERP 系统，OA系统等的建设。涂附磨具智能制造体现在高度信息化、自动化和高效率，终极目标之一是实现智能化最优生产和运营。
以国内某企业的设计为例，介绍涂附磨具绿色智能制造实施的探索。
首先，按照涂附磨具绿色智能制造的理念，按照全生命周期的理念，进行工厂的设计、指导建设和运行和维护。为企业提供数字化资产。搭建了图1-图5的体系。第二，按照涂附磨具的特点分项实施绿色智能制造。
（1）数字化原布处理生产线：
涂附磨具的原布处理，包括：验布卷布机、液压双卷卷绕机、烧毛退浆机、全幅清洗机、浸渍拉幅机、刮浆机和配料工序等一系列的工序。
图6 数字化原布处理生产线
（2）数字化涂附磨具制造生产线：涂附磨具的制造，包括：开卷机，印刷机，底胶机，重力和静电植砂机，胶准备系统，干燥温控通风系统，补胶机，收卷机，固化炉等工艺设备。
图7 数字化涂附磨具生产线
（3）数字化涂附磨具产品转换线涂附磨具产品转换线包括：揉曲机，分切机，磨边机，带压机，带切机，带涂机等装备。
数字化涂附磨具砂带转换设备采用人机界面实现人与机器的交互，每台设备控制器采用小型PLC,将所有PLC组成网络与涂附磨具产品转换线工作站进行通信。根据数字化车间管理系统下派的生产任务信息，自动制定机台作业计划，由PLC完成控制任务。并将生产过程中的设备状态、运行参数、产品种类、数量等信息实时传送给产品转换线工作站。
图8 数字化涂附磨具生产转换线
（4）涂附磨具全生命周期信息管理系统产品生命周期包含产品需求信息收集、产品设计、产品生产和产品市场生命周期管理。建立详细、直观和可行的数字化产品信息，从而发现和解决关键问题。
涂附磨具全生命周期信息管理系统以MES信息技术为手段，采用先进的自动控制技术、条形码技术、RFID技术，并以现代生产管理理念（如TPS、TQM、OEE、LEAN等）为理论依据，覆盖了涂附磨具生产企业生产的全工序，实现了涂附磨具全生命周期的信息化管理，为涂附磨具企业生产管理提供一套完整的解决方案。
图9 涂附磨具产品全生命周期管理系统
图10 涂附磨具全过程数据追溯流程图
根据市场需求确定产品订单，企业获取订单信息以后经生产管理部门转换成对应原材料配方，输入配方到配方自动管理系统，根据产品需求的数量和紧迫性确定配方循环的次数和配方排列顺序的先后。备配料系统根据生产管理信息系统的提示，确定目前生产需准备的原料，由备配料系统进行本系统的作业。此外，备配料系统的状态和统计数据由触摸屏通过以太网形式传输进入中控室集控系统中，实现重要数据实时监测、保存和历史数据查询的功能。现场的看板信息通过中控室生产管理与看板管理软件进行管理，展示物料的批次、订单号、班组等生产排程信息。
准备好物料自动将配方代码信息输入至控制系统中， PLC控制系统可智能识别每次配料的配方、数量和每次送料的工位等信息，从而可以实现物料智能追踪。系统跟中央控制室智能生产线控制集成系统建立通讯，在控制集成系统中“配料管理系统”画面显示，智能监控配料系统中各设备的运行状态，同时方便记录物料输送情况，生产报表便于查询。
在原布处理工序、涂附磨具生产工序、转换工序通过各自的数字化信息管系统均能动态监控整个产品生产过程的工艺参数、设备运行参数的实时和历史数据，以及通过其在线设备故障诊断系统，使维护人员及时发现运行不稳定的生产线的设备并及时修复。所有这些信息化手段实现了实现对应产品订单号、产品规格、数量等信息动态、智能追踪。
涂附磨具产品下线后，由成品质量检验管理系统对产品尽心质量检查，经检测符合要求的产品运至包装区进行包装，同时将该批次产品不合格产品数量、规格、不合格原因等信息传输至中央控制室，作为生产改进、销售及发货依据。
检验合格的产品经过产品信息的录入进入工厂仓储管理系统，并与企业ERP系统对接，供相关管理人员调用查看。
发货时，由数字化物流管理系统保证产品安全、准时到达客户。客户在使用时，如果有关本产品使用中的问题将通过售后服务系统实 现可其本产品追溯，包括质量分析、生产回溯，从而找到问题所在，改进生产。
鉴于篇幅所限，涂附磨具绿色智能制造的其他内容不再在此赘述。
总之，涂附磨具绿色智能制造的实施一般按以下过程逐步实施：1.）资源配置和使用数字化和智能智慧化；包括建立砂带工厂的ERP系统，建立全厂多功能网络系统，实现全厂资源的优化配置和使用。2）.生产设备的绿色智能化；包括配套环保处理和能源保障装备体系；配套能源管理和安全及消防和工业卫生检测和装备体系等的生产线的自动控制和在线检测与控制体系。砂带生产线的设备具有智能控制功能，包括各类工艺参数的检测与在线控制、产品产品生命周期管理、安全性、可追踪性与节能技术等，而这些功能的来源，都必须透过砂带生产线传感器的建置，将所产生的讯息设备端延伸到IT数据中心的端对端企业连结架构，实现砂带生产线设备智能化。3）.生产自动化和数字化和绿色智能；指涂附磨具生产全过程设备和辅助配套功能设备实现自动化和数字化和绿色制造，透过整合让整个生产过程达到绿色智能化目标。4）.管理体系数字信息化和绿色智能；包括自动化系统管理、资源管理系统、OA系统和能源管理管理系统等。实现全厂管理数字信息化。能源和绿色节能管理方面，数字化地实现从资源、材料、设计、制造、废弃物回收到再利用处理，形成绿色产品生命周期管理的循环，绿色ICT的加值应用，伸至绿色供应链的协同管理、绿色制程管理与智慧环境监控等，协助上下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品。5）工厂运行绿色智慧化，实现涂附磨具绿色智能制造。
5．结语
我国涂附磨具企业要积极迎接和面对“中国制造2025”，互联网+、和“一带一路”战略带来的机遇和挑战，加快实施涂附磨具制造从自动化、数字化、通过智能化和信息化到绿色智能制造的智慧化，实现工业化与信息化的深度融合，实现涂附磨具生产的绿色智能制造，是我国涂附磨具行业企业发展的必由之路。
豫公网安备41010202002335号