谈家具制造行业智慧工厂数据流

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摘要：工业4.0是利用信息化技术促进产业变革，提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂。部分家具制造企业基于工业4.0，引入智慧工厂理念，以实现家具生产的信息化、数据化以及全程无人参与的自动化为目标，进行了大规模的变革。本文主要研究家具生产制造企业中制造执行系统（MES）与各个设备（工作站）之间的数据流方式。

关键词：家具；制造执行系统；信息化；自动化；数据流

2013年德国汉诺威工业博览会上，工业4.0理念正式推出。工业4.0是利用信息化技术促进产业变革，提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及基因工程学的智慧工厂。2015年5月，国务院正式印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。至此，一场信息化、智能化的工业革命拉开帷幕。传统家具制造行业基本的生产模式是采用电脑锯开料、封边机封边、加工中心铣型钻孔，各工序各自为政，按订单生产，虽然可以使用适配的滚筒线，增加条码标签等措施来提高生产效率，但始终不能将ERP、MES等先进的管理手段应用于生产，生产线依然处于半自动，不能更进一步提高生产效率，降低成本。目前一部分企业基于工业4.0，引入智慧工厂理念，以实现家具生产信息化、数据化以及全程无人参与的自动化为目标，进行了大规模的变革。

1智慧工厂的架构

智慧工厂的目的是最大化的提高生产效率、降低成本，其生产模式的架构也是多种多样，本文研究的智慧工厂具备配送、开料、封边、钻孔、分拣等几个工作站。工作站之间是由MES中控管理的滚筒线，每个工作站前还需要配备扫描设备，以便识别进入工作站的板件信息，此信息是以条形码或二维码来标识的唯一信息，可在MES数据库中查询到板件相关的所有信息，如各个工作站的完工时间，订单信息等。配送：采用RGV小车作为运输工具，根据生产任务，将对应的板材装载在RGV上，由其运输到开料工作站。开料：电脑锯接收到加工文件，排出RGV运输到的这一垛板材的加工清单，根据顺序开始生产。产成品贴好标签后经由滚筒线逐个运送到封边工作站。封边：封边机前序扫描板件标签上的条码信息，自动更换对应的封边条，板件通过滚筒线自动通过封边机封边，再经过滚筒线由MES的中控分配给不同的加工中心（如通过式钻孔中心、六面钻等）。钻孔：加工中心前序扫描板件标签上的条码信息，从MES服务器下载此板件的加工程序并开始加工，产成品自动通过滚筒流出，进入立体仓等待分拣。分拣：钻孔后的产成品进入立体仓前都要进行扫码，所以MES中控系统清楚的知道每一个订单的所有板件在立体仓的位置，机械手准确地将同一个订单的所有板件分拣出，由包装机打包。

2MES与各工作站及生产设备的数据流

MES调度着整个工厂的生产，它与设备之间以数据流方式进行沟通。针对上述的智慧工厂生产模式，本文以模块化的方式来分析MES与各工作站及生产设备之间的数据流。

2.1MES—电脑锯的数据流

设计人员将多个订单（批次）的料单进行揉单，经开料优化软件进行优化后，得到一批板材利用率较高的锯切数据（如果对板材利用率、叠板率等不满意，可再增加订单，理论上揉单越多，板材利用率、生产效率等越高）。MES根据优化后的锯切数据进行排产，料仓根据MES的指令将不同材料的板材以堆垛的方式装载在RGV小车上，RGV将堆垛运送到MES指定的电脑锯，同时MES向此电脑锯下发出生产指引文件和锯切数据，电脑锯生产过程中向MES数据库推送完工信息、机器状态等，如图1所示。

2.2MES—封边机的数据流

封边机前序扫描设备扫描到即将进站的板件条码，MES向封边机下发生产信息，封边机生产完毕后，将完工信息、机器状态推送给MES数据库，如图2所示。

2.3MES—加工中心的数据流

MES会根据产品的工艺调度板件进不同的加工中心，充分提高生产效率和设备利用率，加工中心前序扫描设备扫描到板件条码后，MES向此加工中心下发加工文件，加工中心依此加工，并将完工信息、机器状态推送给MES数据库，如图3所示。2.4MES—分拣系统的数据流板件通过滚筒线进入立体仓，MES向分拣系统下发订单号（批次号）、板件条码、仓位等信息，分拣系统通过机械手分拣板件、包装机包装等操作，完成分拣、打包，并将完工信息以及各机器状态推送给MES数据库，如图4所示。

3结语

智慧工厂信息化的核心是MES，它通过与各个工作站之间的数据库交互，时刻接收各个工作站的信息反馈，同时下达任务给各个工作站，统计分析工厂生产设备的运行数据和生产效率，全面高效地调度生产。另外MES还可以分析设备的运行情况，预判其几分钟后的用电情况，智能调节工厂变压器容量，起到节能减排的作用。MES通过与工作站及生产设备数据流贯穿实现上述功能。依托智慧工厂生产模式的大框架制定出的数据流的方式，能够明确家具企业需要什么功能的设备、工厂布局规划等，能够架起MES与设备之间沟通的桥梁，是智慧工厂不可或缺的重要环节之一。本文通过一个智慧工厂的例子，分析研究了其数据流的方式，总结了数据流在工业4.0生产中的重要作用。但智慧工厂的模式千百种，各有优势，数据流的设计也要根据各个企业的生产模式优化调整，最终实现提高生产效率、降低成本的目的。

参考文献：

[1][德]奥拓•布劳克曼（OttoBrauckmann）.智能制造：未来工业模式和业态的颠覆与重构[M].北京：机械工业出版社.2015.9.

[2]张小强.一本书读懂工业4.0[M].北京：人民邮电出版社，2015.11.

作者：董慧涛 丁红珍 单位：南兴装备股份有限公司