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★ 中國航空工業集團公司西安飛行自動控制研究所

編者按：

隨著物聯網、云計算、邊緣計算、移動互聯網、大數據、人工智能等新技術的飛速發展，以及IT與OT技術的進一步融合，工業制造、城市交通、電力能源、農業等各大行業領域的智慧化發展已成為必然趨勢。推進各領域向智慧化發展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術的關鍵手段，是促進各行業智能化水平提升的核心。

為深化智慧產業發展，進一步提升智慧產業各領域系統解決方案應用水平，現由中國自動化學會、智能制造推進合作創新聯盟、工業控制系統信息安全產業聯盟、邊緣計算產業聯盟、中國儀器儀表行業協會主辦，控制網（www.miconline.com.cn）＆《自動化博覽》承辦的2021智慧系統解決方案征集活動已正式啟動，面向全行業公開征集智慧系統解決方案。本刊特開設智慧系統解決方案專欄，刊發其中優秀的解決方案以饗讀者。

1　目標和概述

航空機載、彈載產品生產裝配過程中會大量使用膠粘劑，中國航空工業集團公司西安飛行自動控制研究所（以下簡稱：自控所）的產品生產過程中也對膠粘劑依賴很大，其中自行配制的種類近百種，常配膠粘劑品種也多達40余種，涉及60余種原料。平均每天制備5種以上，200多份。

自控所一直以來被用膠過程中的各類問題困擾著，主管領導和技術員因配膠失誤受到問責和處罰多次。自控所用膠方面核心問題主要有四個方面：

（1）種類多但用膠量卻極少，有些特殊膠種每次用膠需求量僅有幾克。同時涉及膠粘劑配方等核心商密。

（2）常用膠的存放周期都比較短，膠粘劑有效期一般不超過3天，有的特殊膠種周期更短，嚴重制約制備和使用效率。一方面生產線要求快速響應、減少等待，一方面要求降本增效、壓縮浪費。而膠粘劑的短周期存放特性更是加劇了這一矛盾。

（3）常會出現配錯料現象。因涉及材料多達60余種，配方多達百種，過去配膠作業為純手工操作，配膠人員需要完成原料查表、用量計算、取料、稱量、混合、記錄、分裝、分發等操作，工序交織且繁瑣，每個環節都可能出錯；盡管采取了一些防錯措施，但受到客觀條件限制，平均每年仍會出現2次錯誤。

（4）配膠過程數據不可追溯，當膠粘劑出現質量問題后，卻不知道問題膠用在哪些產品上。同種膠粘劑會同時在多個部門生產的多種產品上使用，由于缺乏有效的追溯手段，一旦出錯就需要召回同時段生產的全部產品，甚至召回裝機產品，影響面廣、損失巨大。

隨著用膠量快速增長，加之自控所進入一所三地的運行模式，傳統的膠粘劑生產和使用方式矛盾凸顯，既不能杜絕質量事故發生又無法及時滿足生產現場需求，自控所在該領域的管理者和技術人員倍感壓力。團隊下決心建立一套先進的配膠用膠系統，支持低成本、快產出、防錯配、數據可追溯。

團隊通過深入調研發現，市場上沒有現成的解決方案，也沒有一家廠商獨立開發過此類系統，一來傳統膠粘劑生產企業更多關注化學配膠和大規模生產，深耕自動化的膠粘劑廠商幾乎沒有。二來傳統的自動化公司因為市場用膠屬于小眾需求，也無人問津，且我們希望的基于自動化和信息化的膠粘劑生產、分發系統涉及的跨學科專業面廣，既涵蓋非金屬材料化工，又包含自動化控制。業務流程長，研制周期長、還要求低成本，從而增大了研制風險。團隊曾經帶著問題找遍了國內相關行業各類大小企業，試圖解決當前困局，但一旦別人深入了解上述需求后，都不約而同地打起了退堂鼓。沒人干就自己干，要解決上述問題，必須通過技術創新、工藝創新來探索一條符合行業特點的新路徑。團隊通過從制備到使用全流程分析，各種技術對比，引進新技術，反復摸索實踐，經過近兩年的不懈努力，成功解決了上述問題，研制出了現在的膠粘劑全流程追溯及自動分發系統，它基于互聯網云平臺、人機協同。實現了四大核心功能：

（1）支持低成本的極少劑量配膠。克服了傳統配膠、分膠作業因容器和管線數量龐大、結構復雜而導致的費用高昂的困難，以幾塊錢的方法實現了原來動輒上千元才能實現的配膠、分膠作業。通過行星式混膠機配合低成本一次性膠液盒，支持幾克到幾千克的配膠，通過蠕動泵配合膠液傳輸管實現了低成本分膠，由于本方案的膠液可實現泵外流動，無需泵體內循環，省去了大量清洗和切換的時間和成本，膠種切換只需更換幾塊錢的膠液傳輸管即可。通過模式創新、工藝創新和技術創新將自動化的高可靠、高效率特點與人工操作的低成本有機結合在一起，實現低成本、高效率、零差錯的多品種、小劑量膠粘劑生產。

（2）配膠防錯系統實現零差錯配膠。借鑒基于按燈取料系統的手工裝配思想，進行移植創新，獨創了膠粘劑制備過程防錯系統。將原來由人實現的控制、運算和決策功能交給設備和控制系統去實現，人只作為執行機構，按照系統提示完成少數幾個簡單動作，這樣就可以最大程度減少分心引起的失誤。此外，系統通過傳感器對人工執行的動作進行檢查判斷，如果發現錯誤將不能進入下一步操作，實現全方位防錯。

（3）工藝創新大幅度延長配膠存放時間。在膠粘劑特性摸透基礎上，探索延長有效期的方案。經過大量研究和實驗，將膠粘劑有效期延長10倍，將存放時間延長至30天。有效緩解供需矛盾，降低了存放超期的可能性。由于配制頻次減少，相應減少了配膠出錯的發生概率。

（4）配膠用膠數據全流程可追溯。克服了過去所有記錄均為手工填寫，各種記錄文件由不同部門管理，信息量不足，時效性差，難以實現質量追溯的缺點。該系統打通申請、制備、存儲、配送、使用等環節的數據，用數據驅動替代了原有的流程驅動模式，實現了膠粘劑全流程管控和追溯。

在該系統中，人不再是流程的控制者，而只是作為全流程中的一部分，執行無法由機器完成的作業。通過膠粘劑配置需求數量、庫存量、應配制數量、現場分發柜分發量等數據分析計算來指導全流程運行，從而實現數據驅動。創造拉式生產模式下的安全庫存平衡算法，實現了配制和取用的動態平衡；基于云平臺開發自動分發柜，結合手機客戶端，解決了過去業務銜接等待時間長、流程推進靠人催等問題，依靠移動互聯和數據自動推送技術，實現7×24小時隨時取膠，從而實現配膠零差錯，用膠零等待的最終目標。

系統示意圖如圖1所示。

圖1 系統示意圖

2　方案詳細介紹

2.1　系統運行流程介紹

首先根據膠粘劑申請數據并與當前庫存進行比較，確定應當配置的品種和數量，配膠人員在智能防錯系統界面選擇需要配置的膠粘劑品種并在系統引導下取出對應原材料，一次只能取出一種原料，取用完放回原位；

根據配膠防錯系統的提示稱取相應重量的原料，

系統實時監控放入容器的原料重量并自動記錄；

按配方要求稱取的原料放入攪拌機進行充分混合攪拌；

將配置完成的膠粘劑分別裝入標準容器；

將容器放入自動封裝、標印機中完成封裝并進行激光打標；

每個完成標記的容器作為一個成品被自動錄入系統；

批量封裝好的容器被放入冷凍儲藏柜中，相當于進入成品庫；

使用人員通過手機發出膠粘劑領用申請；

用膠申請定時匯總，系統自動生成出庫清單；

配膠人員根據清單進行出庫，并打印二次標識，用來明確使用部門、制造日期、出庫日期、有效期等信息；

配送人員將二次標識完成的膠粘劑裝入保溫容器，按部門配送至各生產現場的智能自助取膠冷凍柜；

使用人員通過手機掃碼從自助取膠冷凍柜中取出已經申請過的對應品種的膠粘劑。系統運行流程如圖2所示。

圖2 系統運行流程圖

2.2　系統架構介紹

膠粘劑全流程追溯及自動分發系統由膠粘劑制備、存儲、發放管理平臺，膠粘劑制備過程防錯子系統，膠粘劑封裝、打標子系統，膠粘劑存儲子系統，膠粘劑分發領用子系統和膠粘劑申請、領用手機客戶端軟件組成。系統架構如圖3所示。

圖3 系統架構示意圖

（1）膠粘劑制備、存儲、發放管理平臺是整個系統的控制樞紐，具有數據通訊、處理、運算、統計、記錄、查詢等功能。通過該平臺將處在不同空間的子系統鏈接為一個整體。

（2）膠粘劑制備過程防錯子系統。通過人機界面、智能防錯柜、傳感器等設備讓原來需要手工完成的查配方表、重量計算、合格判斷、數據記錄等工作全部自動完成，配膠人員只需進行原料取放和稱重作業，避免因分心產生錯誤；開發工藝互鎖功能，避免出現原料重量超差、重復加入同一種原料或者遺漏某一原料的錯誤；自主開發智能防錯柜，將原來混放在一起的各種原材料分別放入防錯柜可自動開閉的窗格中，每次只能取放一種原料，防止拿錯；增加溫濕度監控功能，當溫濕度超出允許范圍后會報警提示，避免因環境因素導致膠粘劑產生質量問題。

（3）膠粘劑封裝、打標子系統。通過自動封裝、標印機實現膠瓶自動封裝、自動打印二維碼，避免配膠人員手工裝瓶蓋并擰緊數百個瓶蓋和手工打印粘貼數百張標簽，大大降低了配膠人員勞動強度。

（4）膠粘劑存儲子系統。膠粘劑配制完成后必須立即冷凍保存，為了延長有效期，實現批量化配膠，經過大量研究和實驗，開發了低溫存儲柜。存放時間延長至30天，有效緩解供需矛盾，降低了存放超期的可能性。由于配制頻次減少，相應減少了配膠出錯的發生概率。

（5）膠粘劑分發領用子系統。該系統是基于自動售貨機原理開發，將自動分發低溫存儲柜分別布置在各個生產現場，配制好的膠粘劑按訂單提前配送，使用人員隨用隨取，不僅解決了集中領取時等待周期長、轉運分發過程難以監控等問題，而且減少了數名配送人員。

（6）膠粘劑申請、領用手機客戶端。以往申領膠粘劑主要通過電話和郵件形式，時效性差，數據無法顯形化，使用手機客戶端后，各種信息一目了然，實時更新，不僅提高了全流程的效率，同時降低了管理和使用成本。

3　代表性及推廣價值

該系統已投用近3年，配膠量由8萬份/年增加到30萬份/年，未發生任何質量事故（投用前，年均2次），有效避免因召回導致的重大經濟損失和企業名譽損失。

該系統為行業首創，技術領先。首先是模式創新，將傳統流程型驅動運行模式改變為基于移動互聯的數據驅動模式，打破時空限制，讓手機從日常用品變身為生產工具，使系統隨時在線，避免因時間、空間原因造成申請、制備或領用等待，同時實現數據自動統計和知識積累；其次是工藝創新，針對痛點問題，通過工藝再設計將防錯設計、工藝互鎖和可追溯理念落實到每一個環節中，將原有的實驗性質操作進行規范化和工程化；然后是技術創新，將自動化技術、信息技術、互聯網技術和工藝技術有機結合，實現人機協同，最大化減少人工操作和人工干預。

該系統的開發應用為軍工領域存在多品種小批量膠粘劑人工配置生產和配送的單位提供了一套完整解決方案。建設成本低，性價比高，可移植性強，具有較高的推廣價值。

摘自《自動化博覽》2021年12月刊