第12章 智能制造的应用实例

——建设方案《智能制造应用基础》高等教育出版社第12章智能制造的应用实例

12.112.2智能制造在西门子技术升级中的应用智能制造在梅钢企业的应用12.1节智能制造在西门子技术升级中的应用第12章

智能制造的应用实例12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-背景12.1.1背景西门子以数字化技术为核心，持续推动工业转型。其数字化企业解决方案整合AI、边缘计算等前沿技术，通过MindSphere物联网平台实现从设备到云端的无缝连接。工业边缘计算（IndustrialEdge）作为关键创新，支持数据就近处理，提升响应效率。同时，Sinamics变频器等智能设备可接入MindSphere，实现设备状态监测与预测性维护。针对不同规模企业，西门子推出三大MindSphere应用包（连接监控、分析预测、数字化转型），并借助Mendix低代码平台降低中小企业数字化门槛。在数控系统领域，SINUMERIK系列（如802/840）通过数字化指令精确控制机械设备，展现其在工业自动化领域的深厚积累。这些技术共同构成西门子从车间到管理层的全链条数字化赋能体系。

12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能超精机12.1.2智能超精机超精加工的特点：1）能有效地减小圆形偏差2）能有效的改善横截面的几何形状误差3）能去除磨削变质层，降低表面粗糙度4）能使表面具有参与压应力5）能够在加工表面形成合适的纹路6）能使工作接触支撑面积增大

12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能超精机12.1.2智能超精机超精加工对轴承工作性能的影响：1）提高轴承的旋转精度、减低轴承的振动和噪声2）提高轴承的承载能力3）提高轴承的润滑效果，减小磨损4）减少轴承工作时的发热

12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能超精机12.1.2智能超精机方案总体架构设计1）方案思路西门子的SINUMERIK840dsl数控系统广泛应用于车削、铣削、钻削、磨削等工艺，并最多具有10个方式组、10个通道、31个进给轴/主轴，可以满足多通道同时插补进给的加工要求。

2）系统配置数控系统主要配置如下：SINUMERIK840dslNCU720.3BPN（PLC317-3PN/DP），SIMATICIPC427E（装载Win10系统、PCUBasesoftware软件、SINUMERIKOperate软件以及SIMATICWinCCRuntimeAdvanced软件）、TCU、MCP483CPN、HT2手轮、NX15.3、ET200SP从站、ALM（可调节性电源模块）、DMM（双轴电机模块）、SMC20、TM120、1FK系列伺服电机、1PH8系列主轴电机、1FN直线电机、海德汉光栅尺等。系统选项功能配置如下：附件的进给轴/主轴（A00）、附加的通道（C10）、异步摆动功能（M34）、异步中断子程序及同步动作（M43）、耦合功能专家组合包（M74）等。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能超精机12.1.2智能超精机3）系统设计基于设备的工艺及功能需要，系统设计为两个通道、6个进给轴和4个旋转轴。通道1配置3个进给轴和1个旋转轴；通道2配置3个进给轴和3个旋转轴（其中一个旋转轴为主轴），使用TIAWINCC开发OEM界面，用于人机交互

图12-6

系统网络图12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能超精机12.1.2智能超精机

图12-7系统控制OEM界面12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能超精机12.1.2智能超精机

图12-8系统所需PLC程序12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能超精机12.1.2智能超精机

图12-9系统NC程序12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

（1）背景及目标智能料架技术是一种发展中的新技术，尚没有定型产品。在结构上各厂家正在摸索和开发，智能料架技术由硬件和软件两部分组成，库管人员借助移动式采集终端（PDA）对接ERP、MES等系统，实现按灯光指示快速收发料的操作。在每个库位安装LED灯，通过亮、灭、闪等动作信号完成物料的上架、收发料、备料、退料、低位预警等操作，提高了库管人员的工作效率，降低了企业的制造成本。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

智能料架技术的投入可达到以下目标1）管理主机通过现场机（单片机）能对货架存放的物品进行简便直观的录入，方便迅速的查询，灵活的分类统计；2）能通过数据库查询并显示所需物品存放的位置；3）能通过计算机智能控制货架的开启与关闭。如遇故障或停电可手动控制进行操作；4）货架上有易于设置的标识，以方便管理人员对库存物品的管理；5）货架上有故障和误操作报警装置，以便了解系统的工作状态；6）货架宜采用安全的低压直流电供电，采用微电流触摸开关。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

（2）方案总体架构设计1）方案思路在入库时：放物料时，PDA扫描物料，计入时间及数量，同时料架指示灯亮，在根据指示灯放入某一个框架中，并存入系统中。在进行出库时：取物料时，点击需要取的物料，同时料架指示灯亮，此时再扫描物料，计入时间及数量，并存入系统中，所有出入库都在系统中可查。2）方案构成（a）仓位管理采用数据收集器（PDA）读取产品条码，查询产品在仓位的具体位置，实现产品的全方位管理。（b）产品入库放物料时，PDA扫描物料，计入时间及数量，同时料架指示灯亮，再根据指示灯放入某一个框架中，并存入系统中。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

（c）产品出库取物料时，点击需要取的物料，同时料架指示灯亮，此时再扫描物料，计入时间及数量，并存入系统中。（d）仓库退货根据实际退货情况，扫描退货物品条码，导入系统生成退货单，确认后生成退货明细等。（e）库存预警根据企业实际情况为仓库总量、每个品种设置数量上下线进行报警提示，及时地进行生产、销售等的调整，优化企业的生产和库存。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

3）系统配置在智能料架技术中系统主要配置如下：VisualStudio（装载Win10系统）、MicrosoftSQLServer数据库、西门子S7-1500系列PLC、ET200SP从站等。系统选项功能配置如下：数据库引擎服务、客户端工具连接、客户端工具SDK、Web服务器、常见HTTP功能、应用程序开发、管理工具等。4）系统设计智能料架的设计中主要是出入库管理，分为系统操作界面、PDA数据采集以及系统数据管理系统操作图：12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

图12-10

系统操作图12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

图12-11PDA数据采集界面在其使用过程中通过PDA数据采集APP进行系统的使用与查找。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

（3）方案优势1）物料管理料架的物料可随意存放，系统自动提醒可用库位，员工按信号指示灯操作即可；料架操作简单，对员工技能要求低。2）仓储空间料架的存储空间相对较大。3）先进先出料架能够自动计算物料入库时间，准确实现物料的先进先出，用信号指示灯提醒员工取料位置。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-智能料架技术12.1.3智能料架技术

4）发料效率料架允许对接ERP/MES系统，员工按不同的颜色信号可多任务快速入库和出库。5）防错防呆料架取料采用信号灯控制，出库和入库都通过扫描号直接完成自动校验。6）自动计入数量料架能够根据入库出库自动计入数量。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

（1）背景及目标电线电缆是用以传输电（磁）能，信息和实现电磁能转换的线材产品。主要可以分为三大部分：线芯、绝缘层和保护层。线芯产品进行电流或电磁波信息传输功能的最基本的必不可少的主要构件。主要材料有铜、铝、铜包钢、铜包铝等导电性能优良的有色金属制成（铜的纯度要在99.95%以上）。绝缘层：包覆在导线外围四周起着电气绝缘作用的构件；主要材料有PVC、PE、聚丙烯PP等。保护层：保护电缆绝缘层在敷设和运行中，免遭机械损害和各种环境因素的破坏；主要材料：PVC、PE、橡胶、铝等。以期达到以下目标：运用特殊样式的丝杆，在升温的设备中转动，将由料仓中带来的塑料往前压挤，使塑料匀称的熔融（即熔化），根据对应的模具，使塑料压挤成持续性的所须要的各种形状的塑料层，挤包在线芯和电缆线上。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

2）生产过程1）整体生产过程电缆生产线主要生产过程：单丝拉制、单丝退火、导体绞制、绝缘挤出、冷却成缆。2）生产流程图以框图加箭头的方式表述某企业生产电缆的实际工艺流程，其中“△”表示关键工位，“○”表示特殊过程。图12-12

某企业生产电缆的实际工艺流程12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

3）作业工位设计（a）单丝拉制：拉丝是生产电线电缆的第一道工序，导电材料在常温下用拉丝机穿过拉伸模孔减小截面，增加长度，增加强度。（b）单丝退火：电芯拉伸后通过预热设备加热到一定温度，然后通过再结晶提高单丝的韧性、降低单丝的强度，关键是防止电芯氧化。（c）导体绞制：加热后的电芯通过绞线设备进行绞制，这一步是为了提高电线电缆的柔韧性，方便敷设和安装，导电芯由多根单丝绞合而成。从导电芯的绞合形式，可分为规则绞合和不规则绞合。不规则绞线分为束绞线、同心绞线、特殊绞线等。（d）绝缘挤出：挤塑固体绝缘层，挤出的绝缘材料包覆在导电电芯上；塑料绝缘挤出的主要技术要求：偏心度、光洁度、密度。（e）冷却成缆：绝缘线缆通过自然冷却，鼓风降温，再按规则绞合起来收线；最后一步保证电缆成型后的圆度和稳定性以及绝缘层的完整不被破坏。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

4）生产设备（a）拉丝机拉丝机的工作原理是对金属线材施加拉力，使之通过模孔，以获得与模孔尺寸形状相同的制品。通过拉丝可以得到尺寸精确，表面光洁及断面形状复杂的制品，并且在整个长度上断面完全一致，还能提高产品的机械性能。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

4）生产设备（b）退火设备冷变形金属加热时会发生回复和再结晶：温度升高使原子动能增加，首先发生回复过程降低内能；继续升温则形成新晶粒，完全再结晶后金属强度下降、塑性恢复，内应力消除，性能回归变形前状态。线材经退火再结晶可完全恢复原始性能。图12-14退火设备12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

4）生产设备（c）绞丝机图12-15绞丝机实际生产中，线芯由多根导体绞合而成，以增加截面，适应不同需求。绞丝机通过电机驱动，利用变速齿轮箱调节绞合速度，改变绞合节距，适用于不同直径的线材。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

4）生产设备（d）绝缘挤出机图12-16绝缘挤出机绝缘挤出机利用特定的螺杆在加热的机筒中旋转，由料斗送来的塑料向前挤压，使得塑料均匀的塑化，之后通过模具使塑料挤压成连续性的塑料层，挤包在线芯上。挤塑过程可分为三个阶段：塑化阶段、成型阶段、定型阶段。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-电缆生产线12.1.4电缆生产线

4）生产设备（e）收线机图12-17收线机收线机由主动装置、夹紧装置、收线盘、料架等部分组成。由主动装置带动快速夹紧线料收绕到收线盘以至料架中，从而实现收线功能。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-汽车尾门组装生产12.1.5汽车尾门组装生产

（1）背景汽车尾门作为汽车重要的子系统，不仅本身结构复杂，而且与相邻的总成和子系统存在严格的装配关系，受力复杂。汽车尾门组装分内板、下饰板、扰流板以及玻璃。尾门内板是尾门结构中最主要的承载体，为了使装配更严谨，并将目标汽车尾门内板与和对应的汽车尾门外板进行总成。将尾门组装生产线分四条线：内板、下饰板、扰流板以及玻璃，每条生产线分别有对应很多装配工位，装配工位都有对应的装配零件，同时装配工位对应每台显示器，汽车尾门生产线主要是进行组装，首先是零件组装，再是半成品组装，所以分四条生产线用于半成品的小零件组装，最终再组装半成品，根据每个工位的装配，最终组成一个合格的尾门产品。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-汽车尾门组装生产12.1.5汽车尾门组装生产

（2）尾门组装线工艺路线1）下饰板：下饰板检验、冲孔、下饰板清洗、下饰板火焰、下饰板支撑块装配、下饰板底涂；2）扰流板：扰流板检验、扰流板清洗、扰流板火焰、刹车灯装配、扰流板底涂、止水部件；3）内板：内板检验、内板清洗、装配骨架、内板火焰、内板底涂、冲洗管装配、线束装配、内板涂胶；4）玻璃：玻璃检验、玻璃底涂；5）内板、下饰板、扰流板装配后再组装成半成品，在经过装配LOGO、外板玻璃接着面底涂、玻璃压合、尾灯装配、PBD装配、门锁装配、雨刷电机装配、通电测试、自动检具（检测合格不合格）、成品料架下线。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-汽车尾门组装生产12.1.5汽车尾门组装生产

（3）设计优势1）提高生产效率通过四条生产线同时进行工作，不仅可以提高生产效率，使得车间管理条理有序。2）技术稳定可靠按规定的程序进行操作或控制的过程，并可以在较长时间内保持状态基本不变。3）降低生产成本，缩短生产周期通过每条生产线分别有对应很多装配工位，每个工位都有对应的生产操作，可保证生产均衡性。12.1智能制造在西门子技术升级中的应用-汽车尾门组装生产12.1.5汽车尾门组装生产

4）提高生产质量每个工人通常只从事所在工位负责的部分，加上半自动化生产设备，随着时间的推移，工人的熟练程度逐渐提高，速度加快，生产质量进一步提高。（4）生产流程1）汽车尾门组立生产线包括焊接、涂胶、装配、冲压等流程，再经过人工装配形成半自动化生产线。2）汽车尾门组立生产线每个工位都有不同的工艺，包括工艺时间、装配某个零件的的扭矩、涂胶时间、火焰时间等，所有工艺流程都是一一对应生产。3）汽车尾门组立生产线降低了尾门总成和车辆的成本，减轻人员工作强度。12.2节智能制造在梅钢中的应用第12章

智能制造的应用实例12.2智能制造在梅钢的应用-分析信息化水平现状12.2.1分析信息化水平现状

图12-18

梅钢信息化系统12.2智能制造在梅钢的应用-建立力学性能预测系统12.2.2建立力学性能预测系统

图12-19力学性能在线预测系统12.2智能