★ 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所

编者按：

随着物联网、云计算、边缘计算、移动互联网、大数据、人工智能等新技术的飞速发展，以及IT与OT技术的进一步融合，工业制造、城市交通、电力能源、农业等各大行业领域的智慧化发展已成为必然趋势。推进各领域向智慧化发展是一项复杂而庞大的系统工程，既需要单一技术与装备的突破应用，还需要系统化的集成创新。智慧系统解决方案是推广普及智能化技术的关键手段，是促进各行业智能化水平提升的核心。

为深化智慧产业发展，进一步提升智慧产业各领域系统解决方案应用水平，现由中国自动化学会、智能制造推进合作创新联盟、工业控制系统信息安全产业联盟、边缘计算产业联盟、中国仪器仪表行业协会主办，控制网（www.kongzhi.net）＆《自动化博览》承办的2021智慧系统解决方案征集活动已正式启动，面向全行业公开征集智慧系统解决方案。本刊特开设智慧系统解决方案专栏，刊发其中优秀的解决方案以飨读者。

1　目标和概述

航空机载、弹载产品生产装配过程中会大量使用胶粘剂，中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所（以下简称：自控所）的产品生产过程中也对胶粘剂依赖很大，其中自行配制的种类近百种，常配胶粘剂品种也多达40余种，涉及60余种原料。平均每天制备5种以上，200多份。

自控所一直以来被用胶过程中的各类问题困扰着，主管领导和技术员因配胶失误受到问责和处罚多次。自控所用胶方面核心问题主要有四个方面：

（1）种类多但用胶量却极少，有些特殊胶种每次用胶需求量仅有几克。同时涉及胶粘剂配方等核心商密。

（2）常用胶的存放周期都比较短，胶粘剂有效期一般不超过3天，有的特殊胶种周期更短，严重制约制备和使用效率。一方面生产线要求快速响应、减少等待，一方面要求降本增效、压缩浪费。而胶粘剂的短周期存放特性更是加剧了这一矛盾。

（3）常会出现配错料现象。因涉及材料多达60余种，配方多达百种，过去配胶作业为纯手工操作，配胶人员需要完成原料查表、用量计算、取料、称量、混合、记录、分装、分发等操作，工序交织且繁琐，每个环节都可能出错；尽管采取了一些防错措施，但受到客观条件限制，平均每年仍会出现2次错误。

（4）配胶过程数据不可追溯，当胶粘剂出现质量问题后，却不知道问题胶用在哪些产品上。同种胶粘剂会同时在多个部门生产的多种产品上使用，由于缺乏有效的追溯手段，一旦出错就需要召回同时段生产的全部产品，甚至召回装机产品，影响面广、损失巨大。

随着用胶量快速增长，加之自控所进入一所三地的运行模式，传统的胶粘剂生产和使用方式矛盾凸显，既不能杜绝质量事故发生又无法及时满足生产现场需求，自控所在该领域的管理者和技术人员倍感压力。团队下决心建立一套先进的配胶用胶系统，支持低成本、快产出、防错配、数据可追溯。

团队通过深入调研发现，市场上没有现成的解决方案，也没有一家厂商独立开发过此类系统，一来传统胶粘剂生产企业更多关注化学配胶和大规模生产，深耕自动化的胶粘剂厂商几乎没有。二来传统的自动化公司因为市场用胶属于小众需求，也无人问津，且我们希望的基于自动化和信息化的胶粘剂生产、分发系统涉及的跨学科专业面广，既涵盖非金属材料化工，又包含自动化控制。业务流程长，研制周期长、还要求低成本，从而增大了研制风险。团队曾经带着问题找遍了国内相关行业各类大小企业，试图解决当前困局，但一旦别人深入了解上述需求后，都不约而同地打起了退堂鼓。没人干就自己干，要解决上述问题，必须通过技术创新、工艺创新来探索一条符合行业特点的新路径。团队通过从制备到使用全流程分析，各种技术对比，引进新技术，反复摸索实践，经过近两年的不懈努力，成功解决了上述问题，研制出了现在的胶粘剂全流程追溯及自动分发系统，它基于互联网云平台、人机协同。实现了四大核心功能：

（1）支持低成本的极少剂量配胶。克服了传统配胶、分胶作业因容器和管线数量庞大、结构复杂而导致的费用高昂的困难，以几块钱的方法实现了原来动辄上千元才能实现的配胶、分胶作业。通过行星式混胶机配合低成本一次性胶液盒，支持几克到几千克的配胶，通过蠕动泵配合胶液传输管实现了低成本分胶，由于本方案的胶液可实现泵外流动，无需泵体内循环，省去了大量清洗和切换的时间和成本，胶种切换只需更换几块钱的胶液传输管即可。通过模式创新、工艺创新和技术创新将自动化的高可靠、高效率特点与人工操作的低成本有机结合在一起，实现低成本、高效率、零差错的多品种、小剂量胶粘剂生产。

（2）配胶防错系统实现零差错配胶。借鉴基于按灯取料系统的手工装配思想，进行移植创新，独创了胶粘剂制备过程防错系统。将原来由人实现的控制、运算和决策功能交给设备和控制系统去实现，人只作为执行机构，按照系统提示完成少数几个简单动作，这样就可以最大程度减少分心引起的失误。此外，系统通过传感器对人工执行的动作进行检查判断，如果发现错误将不能进入下一步操作，实现全方位防错。

（3）工艺创新大幅度延长配胶存放时间。在胶粘剂特性摸透基础上，探索延长有效期的方案。经过大量研究和实验，将胶粘剂有效期延长10倍，将存放时间延长至30天。有效缓解供需矛盾，降低了存放超期的可能性。由于配制频次减少，相应减少了配胶出错的发生概率。

（4）配胶用胶数据全流程可追溯。克服了过去所有记录均为手工填写，各种记录文件由不同部门管理，信息量不足，时效性差，难以实现质量追溯的缺点。该系统打通申请、制备、存储、配送、使用等环节的数据，用数据驱动替代了原有的流程驱动模式，实现了胶粘剂全流程管控和追溯。

在该系统中，人不再是流程的控制者，而只是作为全流程中的一部分，执行无法由机器完成的作业。通过胶粘剂配置需求数量、库存量、应配制数量、现场分发柜分发量等数据分析计算来指导全流程运行，从而实现数据驱动。创造拉式生产模式下的安全库存平衡算法，实现了配制和取用的动态平衡；基于云平台开发自动分发柜，结合手机客户端，解决了过去业务衔接等待时间长、流程推进靠人催等问题，依靠移动互联和数据自动推送技术，实现7×24小时随时取胶，从而实现配胶零差错，用胶零等待的最终目标。

系统示意图如图1所示。

图1 系统示意图

2　方案详细介绍

2.1　系统运行流程介绍

首先根据胶粘剂申请数据并与当前库存进行比较，确定应当配置的品种和数量，配胶人员在智能防错系统界面选择需要配置的胶粘剂品种并在系统引导下取出对应原材料，一次只能取出一种原料，取用完放回原位；

根据配胶防错系统的提示称取相应重量的原料，

系统实时监控放入容器的原料重量并自动记录；

按配方要求称取的原料放入搅拌机进行充分混合搅拌；

将配置完成的胶粘剂分别装入标准容器；

将容器放入自动封装、标印机中完成封装并进行激光打标；

每个完成标记的容器作为一个成品被自动录入系统；

批量封装好的容器被放入冷冻储藏柜中，相当于进入成品库；

使用人员通过手机发出胶粘剂领用申请；

用胶申请定时汇总，系统自动生成出库清单；

配胶人员根据清单进行出库，并打印二次标识，用来明确使用部门、制造日期、出库日期、有效期等信息；

配送人员将二次标识完成的胶粘剂装入保温容器，按部门配送至各生产现场的智能自助取胶冷冻柜；

使用人员通过手机扫码从自助取胶冷冻柜中取出已经申请过的对应品种的胶粘剂。系统运行流程如图2所示。

图2 系统运行流程图

2.2　系统架构介绍

胶粘剂全流程追溯及自动分发系统由胶粘剂制备、存储、发放管理平台，胶粘剂制备过程防错子系统，胶粘剂封装、打标子系统，胶粘剂存储子系统，胶粘剂分发领用子系统和胶粘剂申请、领用手机客户端软件组成。系统架构如图3所示。

图3 系统架构示意图

（1）胶粘剂制备、存储、发放管理平台是整个系统的控制枢纽，具有数据通讯、处理、运算、统计、记录、查询等功能。通过该平台将处在不同空间的子系统链接为一个整体。

（2）胶粘剂制备过程防错子系统。通过人机界面、智能防错柜、传感器等设备让原来需要手工完成的查配方表、重量计算、合格判断、数据记录等工作全部自动完成，配胶人员只需进行原料取放和称重作业，避免因分心产生错误；开发工艺互锁功能，避免出现原料重量超差、重复加入同一种原料或者遗漏某一原料的错误；自主开发智能防错柜，将原来混放在一起的各种原材料分别放入防错柜可自动开闭的窗格中，每次只能取放一种原料，防止拿错；增加温湿度监控功能，当温湿度超出允许范围后会报警提示，避免因环境因素导致胶粘剂产生质量问题。

（3）胶粘剂封装、打标子系统。通过自动封装、标印机实现胶瓶自动封装、自动打印二维码，避免配胶人员手工装瓶盖并拧紧数百个瓶盖和手工打印粘贴数百张标签，大大降低了配胶人员劳动强度。

（4）胶粘剂存储子系统。胶粘剂配制完成后必须立即冷冻保存，为了延长有效期，实现批量化配胶，经过大量研究和实验，开发了低温存储柜。存放时间延长至30天，有效缓解供需矛盾，降低了存放超期的可能性。由于配制频次减少，相应减少了配胶出错的发生概率。

（5）胶粘剂分发领用子系统。该系统是基于自动售货机原理开发，将自动分发低温存储柜分别布置在各个生产现场，配制好的胶粘剂按订单提前配送，使用人员随用随取，不仅解决了集中领取时等待周期长、转运分发过程难以监控等问题，而且减少了数名配送人员。

（6）胶粘剂申请、领用手机客户端。以往申领胶粘剂主要通过电话和邮件形式，时效性差，数据无法显形化，使用手机客户端后，各种信息一目了然，实时更新，不仅提高了全流程的效率，同时降低了管理和使用成本。

3　代表性及推广价值

该系统已投用近3年，配胶量由8万份/年增加到30万份/年，未发生任何质量事故（投用前，年均2次），有效避免因召回导致的重大经济损失和企业名誉损失。

该系统为行业首创，技术领先。首先是模式创新，将传统流程型驱动运行模式改变为基于移动互联的数据驱动模式，打破时空限制，让手机从日常用品变身为生产工具，使系统随时在线，避免因时间、空间原因造成申请、制备或领用等待，同时实现数据自动统计和知识积累；其次是工艺创新，针对痛点问题，通过工艺再设计将防错设计、工艺互锁和可追溯理念落实到每一个环节中，将原有的实验性质操作进行规范化和工程化；然后是技术创新，将自动化技术、信息技术、互联网技术和工艺技术有机结合，实现人机协同，最大化减少人工操作和人工干预。

该系统的开发应用为军工领域存在多品种小批量胶粘剂人工配置生产和配送的单位提供了一套完整解决方案。建设成本低，性价比高，可移植性强，具有较高的推广价值。

摘自《自动化博览》2021年12月刊