柔性制造：打造工厂智能化的核心

　　在中国工信部发布的《工业互联网创新发展行动计划》中曾提出：“鼓励消费品、汽车、钢铁等行业企业基于用户数据分析挖掘个性需求，打造模块化组合、大规模混线生产等柔性生产体系，促进消费互联网与工业互联网打通，推广需求驱动、柔性制造、供应链协同的新模式。”对此，业内人士表示，作为智能制造的重要内容，柔性制造将成为制造业未来发展的驱动因素之一，是智能工厂建设的核心体现。

　　何谓柔性制造，当前比较通用的说法是：柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并赢得竞争全胜的智能制造技术。按照规模大小可分为柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造线（FML）、柔性制造工厂（FMF）。

　　柔性化生产能力的构建

　　目前，消费方式正逐步由标准化、单调统一向定制化、个性差异转变。如汽车行业加速探索乘用车用户直连制造，钢铁行业小批量订单需求增长等。传统大规模量产的生产模式已无法在可控成本范围内满足个性化需求的敏捷响应和快速交付。工厂亟需通过构建柔性化生产能力，以大批量规模化生产的低成本，实现多品种、变批量和短交期的个性化订单的生产和交付。

　　这一过程的实现主要通过四个方面的协同来实现“柔性”：

　　1）产品模块化快速开发

　　基于数字化建模工具和数据管控平台，依托产品模块库、设计知识库和配置规则库等，根据设计需求，选择、配置和组合产品模块，并通过参数化设计快速修改模块设计，进而产生定制化产品的设计方案、工艺方案等。

　　2）柔性资源配置与动态调度

　　泛在连接各类生产资源，实时感知生产要素状态，面向小批量定制工单，精确制定主生产计划、物料需求计划、车间任务排产，柔性配置和组织生产资源，并实时根据订单状态和异常扰动，动态调整计划排程，调度生产资源。

　　如老板电器通过生产要素的全面互联感知，构建工业指挥大脑，以小批量定制工单驱动，基于数据模型和智能算法优化生产资源配置，实时进行调度，设备综合效率提升23%，生产效率提升45%。

　　3）柔性与自适应加工

　　依托柔性可重构产线、柔性工装夹具和柔性线上物流搬运系统，基于数据对单件或小批量产品进行精准识别、资源匹配和生产全过程的精确控制，进而实现工艺流程不同，作业内容差异的多品种变批量定制产品的柔性生产。

　　如TCL构建基于5G的可重构柔性液晶生产线，结合5G边缘计算，实现按订单快速调整产线布局，自动更新设备参数等，转产时间缩短93%，产能提升10%。

　　4）柔性供应链系统

　　打通产业链供应链，建立面向研发、生产、运营等业务的供应链协同机制，基于跨企业的数据共享和实时反馈增强供应链资源柔性配置、业务动态协同和变化快速适应能力，进而实现供应链对定制需求的敏捷响应和快速交付。

　　如广汽埃安构建供应商协同平台，打通多级供应商数据渠道，推动“客户、生产、供应、物流”各个环节紧密协同,建立定制订单联动的柔性供应链体系，能够准确传递定制订单的供货需求，快速组织生产和交付采购订单，定制化能力提升35％。

　　自适应生产变化的产线柔性配置

　　产线柔性配置是根据不同订单生产要求，动态配置产线的人、机、料、法等生产要素的过程。生产中产线配置效率对工厂整体生产效率和生产成本有着较大影响。在自动化、信息化时代，工厂以专用设备、固定流程的自动化产线为主。首先较为标准、固化的生产模式对品种和批量的变化极其敏感，缺乏资源动态配置能力；其次需要换产时，产线配置周期长，工作量大，投入成本高；同时也不具备对各类生产扰动的动态响应能力，生产韧性较差。

　　面向多品种变批量的高效、低成本生产的需求，依托智能化、柔性化装备，应用成组工艺、柔性装夹、5G设备组网、智能控制等技术，搭建柔性生产线，实现精准匹配订单配置人、机、法等要素，快速组织生产和响应需求变化。产线柔性配置显著缩短订单切换时产线配置准备时间，消除了大量等待浪费，提升了生产效率，同时柔性资源配置使得工厂能够快速响应紧急插单、订单取消、物料延迟等扰动事件，保障生产的连续性与平稳性。

　　产线柔性配置目前在家具、家电、汽车、消费电子等行业的机械加工、焊接装配、表面涂装、整机装调等生产过程中得到应用，当前制造业中产线柔性配置主要包括以下三类典型应用模式。

　　快速重构设备布局实现工序柔性：基于5G网络开展设备工控无线组网，需要时能够快速添加、剔除或者移动各工序的加工设备，进而重构工序组合来适应不同制程的生产要求，如电路板柔性SMT产线，LED液晶面板柔性生产线等。

　　自适应切换加工程序和工装实现作业柔性：采用数控机床、机器人等通用加工装备，自主识别工件类型，切换相匹配的加工程序、刀具或者装夹等，进而适应作业内容的变化，如航天精密零件柔性加工生产线，乘用车白车身柔性涂装生产线等。

　　动态调整产线物流路径实现过程柔性：工件在线上流转过程中，自识别工件类型，依托柔性物流，自动调整和改变产线物流路径，精准控制工件流向的加工设备，进而适应加工流程的变化，如复杂电装备柔性脉动式装配线、羊绒纱线柔性生产线等。

　　智能工厂中的柔性制造

　　作为国家首批智能制造试点示范企业之一，三一重工位于长沙的“18号工厂”，其智能化制造车间实现了生产中人、设备、物料、工艺等各要素的柔性融合。两条总装配线，可以实现69种产品的混装柔性生产。

　　按照传统生产模式，一条生产线只能生产一个或几个规格的产品，而在智能生产线上，可根据订单要求的不同，同时上线生产不同的产品。那么，这些传统生产模式难以做到的事，智能柔性的生产线又是如何完成的？“18号工厂”给出了答案。

　　厂房的整个柔性制造生产系统包含了大量数据信息，包括用户需求、产品信息、设备信息及生产计划，依托工业互联网络将这些大数据联结起来并通过三一的MOM（制造运营管理）系统处理，制定最合适的生产方案，最优地分配各种制造资源。

　　“以前一条生产线所能生产的车型是有限的，有可能每个生产线的生产量都不饱和。现在生产线对生产的车型没有限制，极大降低了运营成本。”一汽集团工程与生产物流部副总经理张晓胜介绍，“一条生产线生产不同的车型要切换不同的资源，这需要我们收集生产计划数据以及车型、工装、夹具等的数据。”

　　据张晓胜介绍，依托数字化技术，工厂实现了对生产线上设备的预测性维护。“我们给设备上那些容易损坏的配件装上数据传感器，设备运行过程中，配件的温度、电流、电压还有振动幅度等数值都被实时采集，我们通过分析这些数值的波动曲线，可以提前三个月预测到问题，不会在设备生产中出现需要更换配件的问题。”

　　流水线上的每一辆汽车也实现了全流程可监控。“我们的每辆车都有一个专属二维码，在生产过程中，每一环的信息都会录入二维码中，上传到智能平台系统里，工作人员能清楚地知道每一辆车在哪个位置，库存多少。包括车的质量信息，比如说轮胎上螺栓拧紧的力矩值，线与线之间的连接情况，这些数据都要进行上传。”张晓胜说。

　　（本文综合整理自中央纪委国家监委网站和中国信通院）