有色冶金工業(yè)數(shù)字化工廠解決方案應(yīng)用

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摘要：現(xiàn)階段，新型的技術(shù)成為了企業(yè)獲取市場競爭力的主要核心關(guān)鍵要素。在此背景下，需要有效地解決數(shù)字化化工廠的問題，有效地運(yùn)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化化工廠的建設(shè)。本文主要研究了有色冶金工業(yè)數(shù)字化工廠解決方案應(yīng)用案例，旨在實(shí)現(xiàn)技術(shù)的革新和創(chuàng)造。

關(guān)鍵詞：有色冶金工業(yè)；數(shù)字化工廠；建設(shè)

0引言

現(xiàn)階段，對于數(shù)字工廠的建設(shè)需要實(shí)現(xiàn)對智能制造的不斷推進(jìn)和應(yīng)用，保證其在現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下實(shí)現(xiàn)對信息化和工業(yè)化的高度融合發(fā)展和推動，促進(jìn)現(xiàn)代化智能化的發(fā)展和促進(jìn)，在我國的制造行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，其有色冶金行業(yè)的工廠數(shù)字化建設(shè)需要保持高度的重視，充分體現(xiàn)出科學(xué)技術(shù)的主導(dǎo)作用，對于智能化的作業(yè)階段可以實(shí)現(xiàn)，其中包含了手工、自動化流水、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化、網(wǎng)絡(luò)化智能化的階段。現(xiàn)階段，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化作業(yè)已經(jīng)在制造類的企業(yè)當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用，信息化和工業(yè)化得到了有效的融合，在此作用下需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化的分析。

1數(shù)字化工廠概述

數(shù)字化的工廠結(jié)合其數(shù)字仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來在實(shí)現(xiàn)對工廠產(chǎn)品的研制，對于產(chǎn)品的研發(fā)和制造生產(chǎn)可以提供出一系列優(yōu)化升級建議，可以最大限度的體現(xiàn)出現(xiàn)代的工業(yè)化信息化[1]。現(xiàn)階段當(dāng)中隨著產(chǎn)品需求的不斷變化和更新，因此為了對研發(fā)的周期時(shí)間成本進(jìn)行縮短，降低生產(chǎn)成本，對于企業(yè)的文化質(zhì)量和效益進(jìn)行有效的提升，需要借助于數(shù)字化工廠的建設(shè)來進(jìn)行企業(yè)核心競爭力的提升。在此種情況下，需要實(shí)現(xiàn)信息化和工業(yè)化的高度融合，進(jìn)行數(shù)字化工廠的科學(xué)研究，利用將虛擬設(shè)計(jì)和物理設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效的鏈接，對于信息化和工業(yè)化的深入融合起到一定的促進(jìn)和推動作用。數(shù)字化的工廠具有廣義和狹義的概念，其本身涉及到的內(nèi)容也在角度的變換下產(chǎn)生區(qū)別。數(shù)字化工廠在有色冶金企業(yè)當(dāng)中，需要基于核心制造企業(yè)來作為主要的出發(fā)點(diǎn)，對于實(shí)際的生產(chǎn)管理任務(wù)實(shí)現(xiàn)最大限度的滿足，同時(shí)也可以保證其企業(yè)本身的產(chǎn)品研發(fā)和對產(chǎn)品提供的售后服務(wù)能力進(jìn)行最大限度的提升，在數(shù)字化工廠的建設(shè)當(dāng)中需要實(shí)現(xiàn)向前延伸和向后推移的狀態(tài)，其中主要有四個(gè)生命周期，需要實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)，對產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，還要實(shí)現(xiàn)對企業(yè)的科學(xué)管理，最后對服務(wù)做出科學(xué)化全面化的保障[2]。

2智能工廠的建設(shè)方案和體系

2.1智能工廠體系架構(gòu)

在智能制造的基礎(chǔ)和前提作用當(dāng)中，數(shù)字化的工廠屬于其基本的內(nèi)容，對于其組成，在企業(yè)當(dāng)中進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)和制造的統(tǒng)一管理和控制，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的頂層研發(fā)制造管理高度集成，其中管理層、操作層、控制層、現(xiàn)場層主要是借助于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，從而對生產(chǎn)管理到工業(yè)網(wǎng)的底層網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)有效連接，對于生產(chǎn)過程的管理、監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場執(zhí)行、采集現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備和物料數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)要求可以做到有效的提供。在產(chǎn)品研發(fā)的過程當(dāng)中需要實(shí)現(xiàn)建模仿真操作，根據(jù)其產(chǎn)品本身的變化來對生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充足和運(yùn)行，保證其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量以及工期的完整性，最終可以為生產(chǎn)制造過程中的流程優(yōu)化和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)制造提供支持[3]。對于數(shù)字化工廠的建設(shè)主要可以分為四個(gè)層級進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析，其中分別為設(shè)備資源及控制層、數(shù)據(jù)庫層、管理層以及協(xié)同層這四個(gè)層次。針對設(shè)備資源及控制層當(dāng)中，包含了多個(gè)設(shè)備，在硬件設(shè)備當(dāng)中，包含多個(gè)設(shè)備設(shè)施，比如傳感器、射頻識別機(jī)器等，并且和硬件相關(guān)的可編程的控制系統(tǒng)也是非常重要的，數(shù)據(jù)庫層當(dāng)中，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)類別的數(shù)據(jù)庫建立，比如設(shè)計(jì)類、工藝類、制造類、管理類、試驗(yàn)類、標(biāo)準(zhǔn)體系庫等，對于數(shù)據(jù)來說可以在實(shí)際的操作運(yùn)行過程當(dāng)中儲存在自己具備的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，在數(shù)字化工廠的建設(shè)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，數(shù)據(jù)占據(jù)了其框架體系的第二層位置，可以為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的工程來提供出基本的數(shù)據(jù)支持。因此在管理層當(dāng)中需要設(shè)計(jì)出其相關(guān)的管理部門，比如產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、工藝工裝管理、制造執(zhí)行系統(tǒng)等。針對協(xié)同層來說，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合管理和信息的共享，比如產(chǎn)品的全生命周期，即為PLM，企業(yè)的資源計(jì)劃系統(tǒng)，即為ERP，企業(yè)的物資供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，即為SCM等多個(gè)系統(tǒng)，對于廠區(qū)內(nèi)不同部門之間的協(xié)作可以實(shí)現(xiàn)最大化的發(fā)展，針對于其二維系統(tǒng)架構(gòu)來說如圖1所示。

2.2關(guān)鍵技術(shù)

其中涉及到了多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，在建模、仿真以及數(shù)據(jù)等方面都需要實(shí)現(xiàn)完成，數(shù)字化工廠建設(shè)的建模技術(shù)方面，可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的科學(xué)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證操作并且將其產(chǎn)品的性能做出提前的預(yù)估和分析判斷，為后續(xù)的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)的理論根據(jù)。在這個(gè)過程當(dāng)中需要借助于模型定義技術(shù)（MBD技術(shù)）的各種要素來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模型的建設(shè)，針對于其模型的分類可以將其劃分為多個(gè)模塊，其中需要實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，對工藝的設(shè)計(jì)規(guī)劃和對實(shí)驗(yàn)的證明等多個(gè)部分的功能，如圖2所示。對于仿真技術(shù)，其作用相當(dāng)于其核心價(jià)值部分，在其推測數(shù)據(jù)的得出過程當(dāng)中，主要是依據(jù)與其數(shù)字化模型和仿真系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)其得出的結(jié)果和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對工廠建設(shè)方案的優(yōu)化和改革，在對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的過程當(dāng)中，需要借助于仿真技術(shù)來進(jìn)行科學(xué)化的操作控制，其中包含了多個(gè)方面的技術(shù)。在產(chǎn)品的全生命周期當(dāng)中，包含了多個(gè)數(shù)據(jù)文件清單，此需要對其邏輯單元當(dāng)中存在的單一數(shù)據(jù)源進(jìn)行約束條件的簡歷，實(shí)現(xiàn)對不同的單元部門所存在的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化解決，在產(chǎn)品全生命周期當(dāng)中，進(jìn)行產(chǎn)品階段和部門的劃分，對于多個(gè)階段當(dāng)中出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和分析，比如設(shè)計(jì)BOM、工藝BOM、制造BOM、采購BOM、銷售BOM、服務(wù)BOM等數(shù)據(jù)，最終來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性產(chǎn)出。

2.3數(shù)字化工廠建設(shè)內(nèi)容

在本文對色冶金數(shù)字化工廠的建設(shè)過程當(dāng)中，需要實(shí)現(xiàn)對其的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造以及企業(yè)化的管理和保障等四個(gè)部分的內(nèi)容項(xiàng)目。針對研發(fā)涉及數(shù)字化方面，在基于需求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)和三維模型的獲取和管理優(yōu)化和改進(jìn)，其中需要涉及到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)階段。產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段需要根據(jù)其原理樣機(jī)來進(jìn)行構(gòu)建條件和產(chǎn)品性能與功能的數(shù)字化驗(yàn)證手段，工藝規(guī)劃的重點(diǎn)需要將其工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)動態(tài)以及優(yōu)化條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)，對虛擬試驗(yàn)的驗(yàn)證需要實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證虛擬測試和條件，利用虛擬樣機(jī)來實(shí)現(xiàn)對數(shù)字環(huán)境的物理實(shí)驗(yàn)全過程的體現(xiàn)。針對生產(chǎn)制造數(shù)字化的優(yōu)化、監(jiān)控和管理來說，可以對于其制造的質(zhì)量和效率進(jìn)行提升。企業(yè)本身的數(shù)字化管理階段，可以將信息技術(shù)和管理技術(shù)充分應(yīng)用于管理領(lǐng)域，對于企業(yè)的管理水平和經(jīng)營效益可以起到一個(gè)有效的提升作用。在支撐保障數(shù)字化當(dāng)中，需要與產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、企業(yè)管理數(shù)字化條件同步開展[4]。對于數(shù)據(jù)應(yīng)用的方案來說，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)方面需要保持其貫通性，對于企業(yè)之間的不同層級需要實(shí)現(xiàn)信息的相關(guān)關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)出其相關(guān)的數(shù)據(jù)之后使得其數(shù)據(jù)可以在生產(chǎn)線當(dāng)中發(fā)揮其巨大的作用，不會再次轉(zhuǎn)換。對于企業(yè)來說，借助于對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)類型來實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)規(guī)劃，以此來全面的檢測出其工藝設(shè)計(jì)的合理性。在這個(gè)過程當(dāng)中，對企業(yè)的生產(chǎn)線運(yùn)行過程當(dāng)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要保證其企業(yè)的信息平臺所保存的數(shù)據(jù)一致的狀態(tài)，因此其具備指導(dǎo)性的意義。對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來說，可以實(shí)現(xiàn)對其工藝文件和相關(guān)程序作出指導(dǎo)，數(shù)據(jù)的采集方面可以分為自動采集和人工手動采集兩種類型。根據(jù)設(shè)計(jì)好的質(zhì)檢文件來實(shí)現(xiàn)對策劃的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，保證其質(zhì)量管理的嚴(yán)格和工藝執(zhí)行的高效率。在管理數(shù)據(jù)指標(biāo)分析方面，需要對于其所采集到的數(shù)據(jù)做出合理的邏輯分析，使其相關(guān)的數(shù)據(jù)形成一定的指標(biāo)。最后，還要做出關(guān)鍵性指標(biāo)的評價(jià)和事件管理中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可行性和實(shí)用性的同時(shí)，還要保證對數(shù)據(jù)的相關(guān)的管理指標(biāo)，整體的生產(chǎn)線就可以實(shí)現(xiàn)完全的運(yùn)營，根據(jù)相關(guān)責(zé)任,進(jìn)行管理。也就是在整個(gè)的工藝生產(chǎn)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中需要借助于科學(xué)化的設(shè)備設(shè)施和策略來實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的全部生命周期的建設(shè)和完成，保證其產(chǎn)品本身的質(zhì)量可以符合國家其相關(guān)的規(guī)定。

3結(jié)語

綜上所述，數(shù)字化工廠當(dāng)中，包含著供應(yīng)鏈和生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)容，屬于一項(xiàng)綜合性、系統(tǒng)性工程。針對數(shù)字化工廠的建設(shè)，可以借助于其數(shù)據(jù)信息化的融合來實(shí)現(xiàn)，其中涉及到了人、設(shè)備、產(chǎn)品、環(huán)境要素，對于數(shù)字、數(shù)據(jù)以及信息可以起到有效的應(yīng)用。在對數(shù)字化工廠的建設(shè)過程當(dāng)中，需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)挑戰(zhàn)的同時(shí)，還要針對于組織、文化、流程和人力資源等管理做出科學(xué)的應(yīng)對，以此來實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身加強(qiáng)復(fù)合型信息化人才的培養(yǎng)。

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作者:呂蘇環(huán) 高雙飛 白翔 高澤磊 單位:金川集團(tuán)股份有限公司