生产线的分类，按范围大小，分为产品生产线和零部件生产线；按节奏快慢，分为流水生产线和非流水生产线；按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。

智能生产线规划是智能工厂规划的核心环节。生产线规划就是指将原材料（如毛坯、半成品等）、生产设备、物流设备、附属设施和各种作业（如仓储、搬运等）依照工厂生产流程做适当的安排与布置，以达到工艺流程排布合理、生产物料运输合理，从而使工厂的生产活动顺利有序地进行。

（1）智能生产线的规划原则。

①整体原则。

统一把制造相关要素“人”“机”“物”“法”“环”“测”“信息”有机统一起来，妥善分配资源，充分保持平衡。

②工艺原则。

生产线布置应符合生产工艺要求的原则。

③顺畅原则。

布局时应使产品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞，生产流程连续化，无迁回或倒退。

④搬运原则。

尽量将生产中物料的搬运移动减至最低限度，缩短搬运时间，增强生产效率，降低成本。

⑤空间原则。

各种设备以及生产单元间保留适当的空间，以利于操作人员的活动与物料的必要搬运；充分利用立体空间。

⑥通用原则。

要考虑相同设备或相似设备互相使用的可能性和方便性。

⑦安装原则。

根据设备大小及结构，考虑设备安装、检修及拆卸所需要的空间和面积以及顺利进出车间的要求和相应的起重吊装设备。

⑧柔性原则。

面对工序变化、增加等能随机应变、充满柔性，以便于以后的扩展和调整。

⑨管理原则。

规划适当的附属设施及信息化区域，便于生产线的总体管理（例如仓库管理、物流管理、计划管理、刀具管理、MES机分布、看板）。

⑩安全原则。

布置得使工人既能安全又能轻松作业，要考虑工人疏散和防火灭火措施等。

（2）智能生产线的规划思路。

①整体工艺布局思路。

车间规划要有利于进行专业化、流程化管理，为信息化奠定基础；整体布局符合一个分流原则、辅助功能板块就近原则、物流进出口独立原则、人车料分流原则，实现工艺流、物流、产品流、信息流的有效融合；车间布局尽量采用工装、机加、涂装一体化及装配试验一体化原则；装配生产线重点提升装配过程中的物料、质量流程管理和质量追溯，强化试验数字化管理；机加单元及柔性线功能区清晰，物流简洁，严控线边物料及物流次数，减少工序转运，工序间转运充分考虑智能化；装配生产线及分线部分物料采用拉式配送制，装配生产线设计实现专业化、流水化设计，物流尽量柔性自动化，分装总装进行合理分流；为大幅提升装配生产效率，物流采用桁架、辊道、穿梭车、KBK、积放链等复合物流，尽量支持自动化及半自动化柔性生产；通过虚拟数字技术远程编程，与设备数据互联，短时间内完成换型；打磨、焊接、涂胶、去毛刺等劳动密集型工序，对环境影响比较大，采用在线内应用机器人配吸尘装置完成；各车间根据对生产资源的需求，设置工装、模具、刀具库，采用高位立体库和高位回转库，可以快速根据订单和工艺进行自动配料；仓库设置有打读码装置、扫码枪、管理软件，可以对出入库设备进行有效的数据管理；物料由订单驱动，RGV或AGV小车按照订单通过MES系统的优化路径将物料从仓库配送到指定地点，工具和工装配送按照订单配送到指定地点。

②物流布局思路。

在充分研究产品与工艺的基础上，最大程度规划与设计出“一个流”模式的精益生产方式（同步），外部零件入口，成品出口，降低外部车辆对车间的影响；车间物流弱化对天车、叉车等车间唯一及非环保类物流资源的依赖；装配线物流根据零件不同，多姿态零件以AGV为主，少姿态零件以辊道、链板、滑橇输送线为主。

③能源规划思路。

通过智能制造大幅度提高设备的有效利用率；充分满足工艺要求的前提下，合理设计厂房结构，最大程度减少能源浪费；利用节能技术和节能装备与设施；充分利用储能技术，利用峰谷平电价降低成本；实施能源的智能管理；科学规划设计建筑空间布局与隔热防热措施与技术；照明、通风，大幅降低建筑能耗。

（3）智能生产线的规划准备。

智能生产线规划设计的前期工作，主要包括以下4个方面的内容。

①明确产品需求。

通过初步沟通，了解产品真正的需求和痛点；了解产品需求及行业现有设备及工艺和管理模式；提出针对性的智能化自动加工工艺再造技术方案，并和产品需求方就其可行性进行仔细探讨；产品需求方详细交流，达成比较明确的需求文件。

②确定各种限制性条件。

生产线工作环境条件包括温度、湿度、振动、粉尘、噪声、电磁、化学气体等；场地和空间（设备进出及安装）条件、设备布局规划、前期自动仓库和无人小车运行线路、安全通道限制；水、电（容量、电压波动、接地）、气[压力（负压）、流量]、除尘设施条件；车间生产组织和管理形式、安全管理强制要求的限制；生产线操作和维护维修人员能力水平的限制等。

③生产线的初步方案设计。

仔细研究被加工零件的材料和结构特点、成型过程、加工精度、使用要求等，确定适合智能化自动加工的工艺流程，确定工件输入和输出的状态和方式，选定主要加工工序的加工方法及设备（含工件定位及装夹方法）；初步确定工件检测方法及仪器设备，确定工件传送的方式及其装置或设备；初步估算主要工序的加工或检测时间节拍，分解主要工位的动作，确定不可分解的最长工位的节拍时间；根据用户需求和节拍平衡原则，分别确定各主要的加工工位数量；初步规划生产线的布局方案，根据初步方案设计，选定控制系统和确定控制方案；确定伺服电机系列；完成生产线时序图的初步设计；根据时序图给定的各动作节拍以及估算的负载，初步计算各驱动电机的转速、转矩、功率和惯量；初步选定伺服电机。

④有关工艺设备和技术的实验验证。(www.daowen.com)

加工设备和工艺，特别是新工艺的验证能否满足精度和效率的要求；检测设备，特别是激光检测和视觉检测能否满足精度、效率及环境适应性的要求；传感器的准确性（重复精度）和响应特性；控制系统的抗干扰能力。

（4）智能生产线的规划方案。

智能生产线的规划，需要根据生产线要生产的产品族、产能和生产节拍，采用价值流图（VSM）等方法来合理规划。智能生产线的总体规划如图6.2-1所示。

图6.2-1　智能生产线的总体规划

在智能生产线的总体规划中，智能装备和仓储物流构成智能生产线的自动化、数字化硬件基础。智能装备和仓储物流配备有传感器、二维码和射频识别装置，传感器和识别装置所采集的设备监控、制造检测和物料信息数据，按照一定的安全通信协议收集起来，与虚拟仿真数据一起，经工业数据总线交由生产管控模块进行分析处理，显示实时生产状态并生成决策，并由工业数据总线传输到各个执行端迭代循环。生产线网络是双向数据集成传输模块的支撑，分为总控系统网络和执行系统子网络，分别对接生产管控模块和各功能硬件子模块。

智能生产线的智能性主要取决于上述软硬件模块，但真正的智能特征体现在系列智能使能技术对人员分析和决策过程的支撑。智能使能技术将人从繁重的数据分析计算工作中解放出来，以超高效率和准确性为人类决策提供依据（甚至直接决策），将从数据中提炼形成的经验知识应用到生产线中，重新收集分析数据并不断获取新的知识。

智能生产线更详细的设计，主要包括以下几个方面。

——机台布局设计。机台布局的详细设计包括生产线主机、外观、操作站（控制面板）、外电柜及电缆（桥架），冷却机组及管道、压缩空气系统、真空泵及管道、除尘设备及管道等，需要满足工件加工检测工艺流程的要求，满足工件传送要求，满足精加工和检测对环境（振动、粉尘、电磁干扰等）的要求，同时方便人工巡检观察，满足生产线上下料及安装调试、设备维护维修空间的要求。

——机械结构设计。包括3D模型及工程图绘制；功能部件比如电主轴、滚珠丝杠、直线导轨、减速机、气缸及气液增压缸等的计算选型，传感器比如光栅尺、对刀仪、位置/压力/温度传感器等的选型；同时，需要校核伺服电机选型，重要结构和部件的强度、刚度以及动态特性校核等。

——检测方案及算法程序设计。电子塞规、对刀仪等接触式检测；各型号光电传感器的光电感应检测；气缸活塞位置传感器等磁感应检测；点光源、线光源距传感器的激光检测；相机、光源配置的机器视觉检测；另外，还包括各种图像识别和数据处理算法及其程序设计。

——控制方案及软硬件设计。包括选定控制系统，控制信息传送方式及控制系统硬件结构设计，控制系统功能模块和界面设计，以PLC程序设计。

——外观设计。外观的功能方面，包括操作面板、线/管等安装的基础，设备和人员的安全防护，环境保护和装饰美化设备等。外观设计的要求方面，要满足功能需求，适合车间总体环境要求（造型、颜色等风格协调），方便设备维护维修，以及尽量减少占地面积。

——仿真验证。包括模型结构验证、运动的正确性验证、检验设计虚拟模型的干涉、辅助PLC控制程序设计等。

（5）智能生产线的关键技术。

智能生产线建设与运行中涉及的关键技术主要有：生产布局建模仿真与优化、生产资源规划与动态调度、对多源信息的全面和实时采集、多源信息在生产系统各要素间的动态通信、基于实时生产状态的数据资源聚合和分析决策、数字量驱动的车间/生产线精准运行等关键技术。这些关键技术是赛博物理生产系统技术的重要组成部分，是建立自组织、自学习、自适应和自优化的生产系统的核心技术。

（6）智能生产线的建设要点。

①生产线工艺布局。

军工产品批量较小且种类多样，单个零件加工工序数量和种类都较多，且存在多型号混线生产情况，实际生产过程中会出现很多问题且较难解决。通过虚拟仿真技术建立大量设备模型，可以快速实现智能生产线布局设计，在虚拟环境快速模拟生产线布局及生产线上的工艺流程、制造过程、物流过程、人因工程，达到生产线综合性能最优化。在虚拟空间实现各生产要素的集成和优化，将生产过程中的冲突与失误暴露在仿真验证阶段，最大程度解决生产线工艺布局不合理带来的物流浪费、任务负荷不合理等问题。

生产线的流畅运行，必须建立在每个生产节点正常工作的基础上。智能生产线获取零件数字化模型后，应用数字化三维工艺设计与仿真技术完成现有资源状态下的工艺规划、工艺设计和工装设计，预先分析、评估产品制造过程的工艺性，降低物理验证成本。

②生产线智能化集成。

集成代表制造企业核心能力的先进制造工艺技术和管理流程，配以信息化和智能化技术集成来实现核心工艺过程的自动化、数字化和智能化是智能升级的必修课。另外，数字化编程技术是实现先进工艺技术和发挥高端数字装备潜力的重要辅助技术。开展关键零部件基于模型特征的自动识别和自动化编程技术，实现工艺参数自动加载和刀具的自动选取调用，是实现生产线智能化集成的重要技术环节。

另外，依赖先进传感技术，实现智能生产线对数据的实时获取，最终实现从定性定量相结合的检测到全定量检测、从模拟检测到数字化检测的转换。首先，零件形貌尺寸的检测在传统制造过程中就是关键的检验工序，用以表征复杂零件的加工能否满足设计图样要求。传统生产线允许不同工序间的装夹以保证核心参数的必要检测，但是在智能生产线中，对流程的自动化要求迫使必要的检验环节在线实时化。其次，贯穿设计、工艺、制造、检测的唯一零件数据源要求在加工过程中的全尺寸符合性，集成在智能装备上的在线传感装置获取的零件状态与三维数据源的反复比对反馈是智能生产线自决策和自执行的依据。基于以上情况分析，针对相应典型零件开发适用的先进传感技术是智能生产线集成的必需技术之一。

③生产线实时监控。

自动化是智能化的基础，所以要达成传统装备向智能装备的升级，通过自动化控制技术完成软硬件的集成运行是必不可少的。实现自动化的基础包括自动化设备、工业机器人、工业芯片等设备器件，还有与硬件配套的运动控制逻辑、可编程逻辑控制器程序以及外化的嵌入式软件或工业软件。各种工业软件被植入生产设备的嵌入式系统中，按照预先设定的逻辑算法控制相关硬件完成受控动作，通过电子看板显示生产线实时的生产状态，达到自动化控制、监测、管理各种设备和系统运行的目的。

④生产线的自动识别。

物物互通以及人物互通是智能制造的基本特征，也是完成智能生产线集成的重要方面。军工智能生产线的建设包括各种设备、工装、物料、产品甚至人员的集成，其中工装、物料、产品和人员的频繁流动，要求智能生产线具备精确识别各种生产资料的能力，这既是达到数字化生产的要求，也是航空发动机行业保密和安全生产的要求。对工装物料等生产资料的自动识别技术一般包括射频识别和二维码识别技术，还包括在检测过程中使用的机器视觉等技术；对人员的自动识别技术一般包括虹膜、指纹、声音和面部识别等生物识别技术。

⑤生产线的仓储物流。

在生产线层级范围内，仓储物流涉及物料存储及管理、物料传送和物料装卸等方面的技术，执行系统在自动识别技术的辅助下完成相应的物料运送任务。物料存储设备一般为自动化立体仓库，配有二维码打标识别技术，能根据生产线要求管理并准确提供所需物料；物料传送通常采用工业机器人及其控制系统来执行，配合自动导引（AGV）小车及传送带等自动化设备完成零件物料的搬运和装卸，实现物料在智能生产线的有序流动；装卸单元需要具备物料信息读取和传输功能，一般采用射频识别（RFID）技术识别刀具及工装夹具信息。

⑥生产线的数据传输。

数据集成传输技术是实现设备及系统互联互通，支撑装备、软件、测量仪器等各种指令及数据传递的通道，是集成各要素形成有机整体的纽带，涉及接口层、互联层和传输层相关技术。面对庞大的数据量和数据类型，单一要求数据集成传输网络的兼容性是远远不够的，如何梳理和表达不同来源的数据类型，考虑在不丢失数据价值的前提下完成数据的集成与传输才是建设企业网络的最终目的。数据集成与传输网络要解决企业内信息集成中实现异构数据整合与实时分析的问题，需要涉及工业数据总线和通信协议等技术。

（7）智能生产线的装配、调试及优化。

①生产线的装配。

认真制订装配工艺及其检验标准，严格按照工艺规定的方法和标准执行，同时注意细节，比如螺钉防松、电线及气管的排布等。

②生产线的调试。

划分调试阶段，明确各阶段的调试内容，制订调试方案，注意调试顺序及有关细节，比如确认极限开关及有关传感器的有效性，确认有关逻辑关系的正确性等。

③生产线的优化。

主要是生产线机械结构的优化，传感器及功能部件的选型优化，动作顺序及逻辑关系的优化，生产线时序图的优化，检测方案硬件及算法优化，控制系统软件优化等。