浅析开关设备智能制造新模式--柔性智能制造技术在数字化车间建设中的研究与应用车晓明特变电工自控设备有限公司摘要:本文详细介绍了特变电工自控设备有限公司开关柜制造以柔性智能制造技术为核心，通过互联网（Internet）技术、检测技术、质量控制技术（PLM，PDM）和生产管理技术（MES）等技术的高度融合，实现开关设备从订货、设计、加工、装配、检测、运送至发货的完整的数字化制造过程。
关键词：柔性智能制造数字化车间钣金柔性FMS 立体仓库ATS0 引言为推进智能制造和绿色制造在“一带一路”战略发挥积极作用，实现中国从制造大国到制造强国的迈进，特变电工自控设备有限公司（以下简称“特变自控”）积极研发以“柔性智能化生产线“为主的成套装备，建立内嵌全生命周期管理信息和生产制造管理信息的模块化单元库，完善与之相适应的PLM、MES与ERP 平台，实现结合互联网手段的用户协同设计，产品模型指导全生命周期和端到端的云知识管理，提升生产效率和产品质量，推进企业技术创新和转型升级，开启中国智能制造模式。
1 装备研制背景1.1 时代背景新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。
国际金融危机发生后，发达国家纷纷实施“再工业化”战略，重塑制造业的竞争优势；一些发展中国家也在加快谋划，积极参与全球产业再分工，承接产业和资本转移，拓展国际市场空间。
同时随着人口红利的逐渐消失、劳动力成本的上涨，中国制造业面临“双向挤压”的堪忧境地。
为应对这一形势，在“一带一路”战略的顺利推进，《中国制造2025》的实施，已初现端倪的市场竞争倒逼企业转型，显然，对制造企业来说，“智能制造”已是箭在弦上，不得不发。
特变自控利用已有的技术基础，研制开发以“柔性智能化生产线“为主的成套装备，通过与用户的不断深入合作，逐步完善技术，填补国内空白，占领行业先机，引领行业发展。
1.2 行业背景要实现柔性智能数字化生产车间生产管理过程，具有柔性智能制造加工、装配生产的智能数控化设备起到极其重要的作用。
截止目前，在国内只有个别的合资高压开关制造企业引进了单一的柔性制造单元，没有实现开关设备生产的设计、工艺、生产管理及制造过程柔性化生产，国内主要的开关设备生产企业仍然处于手工机械式、人工检测半自动化制造生产方式。
在瑞士、德国、意大利、日本等国的开关设备制造企业，对于开关设备制造柔性生产系统、柔性（装配）生产线、柔性加工单元已较为普及。
数控机床、加工中心、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)应用日益广泛，计算机集成制造(CIM)将使产品的设计、制造、管理、供销、财务都用计算机统一管理，实现工厂的全盘计算机管理的自动化。
同样，在柔性设备制造和技术方面，很多的厂家（美国威德曼、日本村田、意大利萨瓦尼尼等）拥有先进的基于柔性技术准备的研发能力，以及设备的产业化能力。
我国的柔性制造技术发展的相对较晚，实际应用更晚，截止目前，只有柔性制造线(FML)在汽车零件的批量加工中得到了较好的应用。
20世纪80年代末90年代初我国的部分机床厂家开始研究制造柔性制造系统FMS，由多台数控机床(加工中心)组成的多拖板、多主轴箱以及带有刀具站的柔性制造系统，可自动完成拖板的任意交换、主轴箱的交换以及通过刀具站自动调用刀具。
柔性制造单元在我国最近几年才开始研制，其结构是用一台数控机床(加工中心)配多个拖板并自动完成拖板的任意交换。
在国内这种基于柔性自动化技术的输配电设备制造技术和装备的研究还较少，实质性的研究更为缺乏。
对于输配电设备制造企业要采用先进的设备，就必须选用进口设备。
可是进口设备价格高、供货周期长、维修困难，尤其是索赔困难：同时采用进口设备，将导致企业生产成本增加，大批昂贵的进口设备也会给企业资金周转带来不利影响。
目前，国内开关设备生产线大多为刚性生产线，仅个别企业采用柔性生产方式，并且还主要依赖进口。
为打破核心装备技术长期被国外垄断的局面，改善国内装备技术落后的现状，特变自控设备有限公司研制开发以“柔性智能化生产线“为主的成套装备，开启装备制造业开关柜行业的智能制造的模式。
2 在特变自控中的应用模式2.1 特变自控简介特变电工自控设备有限公司成立于2005年3月，公司致力于为电源、电网、石油、石化、铁路、大型工矿企业提供绿色、低碳、节能、环保的智能型高低压成套电器设备，箱式变电站，电力自动化设备等智能高端产品，是特变电工重点培育的核心企业之一，是特变电工输变电产业链上重要组成部分，是自治区配电产业战略新兴核心骨干企业。
2.2 应用模式特变自控结合十年的开关设备制造的实践经验和特变电工多年来在开关行业智能设备的设计与研究成果，积极借鉴行业先进经验，消化吸收国内外众多技术成果，结合自身开关设备制造的特点，立足新疆机械制造业整体现状，把“柔性”制造技术与“智能设备”生产融合起来，形成了适应开关设备制造业智能制造的新模式---“柔性智能制造技术”建立柔性智能数字化车间是柔性智能制造数控技术在开关设备制造业的具体应用，是实现开关设备制造企业智能制造新模式的实践典范，通过由计算机系统和网络，运用制造执行系统MES将开关设备的设计、工艺、生产管理及制造过程的钣金柔性智能加工生产线FMS、柔性智能装配生产线FMS及其配套的智能在线产品检测线，并配以自动化的立体仓库ATS，来实现开关设备的从订货、设计、加工、装配、检测、运送至发货的完整的数字化制造过程。
3 柔性智能制造的应用3.1 柔性智能制造的内涵智能制造是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科相互渗透、互相交织而形成的一门综合技术。
它强调通过“智能设备”和“自治控制”来构造新一代的智能制造系统模式，最大限度实现数字化、信息化、智能化的手段集成应用，实现制造业的提质增效核心利益，对提升制造企业的核心竞争力，市场应变能力，具有重要意义。
柔性智能制造是在自动化技术、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,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性。
它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。
如何在以离散性制造，半自动化为基本特征的开关设备制造业里，以柔性智能制造技术为核心，通过互联网（Internet）技术、检测技术、质量控制技术（PLM，PDM）和生产管理技术（MES）等技术的高度融合，实现开关设备从订货、设计、加工、装配、检测、运送至发货的完整的数字化数字化、信息化、智能化制造过程，这是特变电工在探究开关行业智能制造新模式的主要内容。
3.2 柔性智能制造的构成及关键设备的应用（1）总体布局与构成在特变自控车间运用钣金柔性智能加工生产系统FMS、立体仓储系统ATS、开关柜柔性智能装配生产系统FMS、断路器柔性智能装配生产系统FMS、成品并柜单元及其配套的智能在线产品质量检测系统，生产信息化管理系统ERP及制造执系统MES，系统结构图及流程图见图3.2-1，实现开关设备制造企业柔性智能数字化。
从而实现车间设备、生产、人员、质量、物料、环境等方面的全流程的智能化、绿色化和信息化管理。
图3.2-1 系统结构及工艺流程图（2）关键设备的应用1）钣金柔性智能加工生产线钣金柔性智能加工生产线主要由冲剪复合中心、多边折弯中心和机器人自动堆垛系统组成。
利用先进的计算机控制系统、机械加工工具精确操作、新型传感器技术、智能元器件集成、自动传导输送和数学模型集成管理等技术，将机械、电器、电子和软件工程的知识彻底的结合在一起，实现物流系统和信息集成的管理和控制。
以此形成原材料的自动上料、加工、成型，成品的卸料、仓储等加工程序。
形成了高效率、大批量生产多种零部件的自动化加工生产线。
另外，利用程序集成接口，与公司的ERP等生产管理软件连接，对生产调度和计划提供有力的支持，并极大提高生产效率和设备利用率。
冲剪复合中心由自动上料装置、柔性冲剪复合系统、自动卸料堆垛装置组成，形成一条自动进料、冲剪加工、自动卸料堆垛或仓储的加工生产线，可以单独使用加工半成品和成品，也可与多边折弯中心联合使用，形成柔性加工生产线。
其核心在于柔性冲剪复合系统的运用，通过复合冲头库、一体化的直角剪、精确的机械手和板料旋转器，进行板料的冲剪。
实现了高精度、低能耗、无废料、高效率生产。
多边折弯中心由自动上料装置、多边折弯单元、自动卸料装置、机器人自动堆垛系统组成，形成一条自动进料、折弯加工、自动卸料堆垛或仓储的加工生产线，实现了板料输送、折弯加工、编程操作、诊断和控制等过程的精益化生产、自动化生产和柔性化生产图3.2-2 钣金柔性智能加工生产线三维设计图2）立体仓库立体仓库主要由立体货架、轨道堆垛机、传输机、机械手、行驶轨道和移动机器人等设备构成。
采用先进PLC集成模块化自动控制技术、射频数据通信、条形码技术、扫描技术和新型传感器等技术，形成货物储存系统、货物存取和传送系统、控制和管理三大系统，实现各个系统的集成化、智能化、信息化。
从而使原材料的储存、输送、取出过程能够在无人处理的情况下，自动化完成。
具有基本控制功能、步进控制功能、模拟控制功能、定位控制功能、网络通信功能、自诊断功能、显示监控功能。
大大提高了立体仓储线的先进性、可靠性、稳定性和实用性。
立体仓储线是集自动控制技术、通信技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。
PLC作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能。
而立体仓储线是现代物流与仓储系统的重要组成部分，具有货物存取效率高和自动化程度高、很强的入出库能力等优点。
而PLC功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化。
完全满足立体仓库工作环境和控制系统的要求。
立体仓储线与柔性加工生产线和柔性装配生产线连接起来，实现了原材料的加工、储存、运用、生产的自动化，提高生产效率，降低成本，节约能耗，提高经济效益。
图3.2-3立体仓库设计图3）成套开关设备柔性智能装配生产线成套开关设备柔性智能装配生产线主要由柜体框架组装靠模装置、装配动力滚筒线、伺服穿梭车、转运车、工位控制及动力岛、耐压隔离系统和机械手、平衡吊及电葫芦系统等设备装置和系统构成。
采用先进PLC自动化控制技术、射频数据通信技术、传感技术、扫描技术、信号传输技术等技术，形成具有信息处理、系统控制、系统监视、系统管理、自我诊断等多种功能，集信息流和物流于一体的柔性智能生产线。
该柔性智能装配生产线分为10kV、20 kV成套开关设备柔性智能装配生产线和35kV成套开关设备柔性智能装配生产线两条线。