智能移动终端精密组件柔性生产数字化深度结合研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 08 日 作者简介：张步跃（1970），男，汉族，江西吉安人，助理工程师，本科，研发方向为模具设计与制造及企业管理。-187-智能移动终端精密组件柔性生产数字化深度结合研究 张步跃 张步进 王兰君 颜港成 东莞市广正模具塑胶有限公司，广东 东莞 523000 摘要：摘要：随着移动智能终端市场的快速增长，智能移动终端精密组件行业进入了高质量发展阶段，其产品具有结构复杂、加工精度要求高、自动化程度低、工艺技术难度大，产品批次多，品质要求高、交付周期短等特征。为了更好地适应市场需求和满足客户个性化需求，对智能移动终端精密组件生产的工艺技术要求越来越高，针对当前行业的现状及需求，提出了一种基于数字化柔性生产线的智能移动终端精密组件的工艺技术路线。对数字化柔性生产线进行了设计、规划和分析，并从工艺参数设计、制造过程控制等方面对数字化柔性生产线进行了分析，提出了一种面向智能移动终端精密组件的数字化柔性生产线设计方案。关键词：关键词：智能移动终端；精密组件；柔性生产；数字化深度 中图分类号：中图分类号：TP311 0 引言 随着全球信息技术的发展和智能终端产品的普及，智能移动终端精密组件行业进入了快速发展阶段，其产品结构复杂、加工精度要求高、自动化程度低、工艺技术难度大，为了更好地适应市场需求和满足客户个性化需求，对智能移动终端精密组件生产的工艺技术要求越来越高。因此，针对当前行业的现状及需求，提出了一种基于数字化柔性生产线的智能移动终端精密组件的工艺技术路线。智能移动终端精密组件行业在近年来获得了快速发展，尤其是在移动互联网、人工智能、物联网等相关技术领域，智能移动终端精密组件行业具有广阔的市场前景。在当前我国制造业向高质量发展转型的大背景下，智能移动终端精密组件行业必须进一步加快数字化和智能化转型步伐，以智能制造为核心推动制造业高质量发展。基于此，本文研究了一种面向智能移动终端精密组件行业的数字化柔性生产线，包括数字化柔性生产线设计、规划和分析，以及数字化柔性生产线工艺参数设计、制造过程控制等方面内容。最后通过案例分析说明了面向智能移动终端精密组件行业的数字化柔性生产线的具体应用。1 研究背景 近年来，随着我国制造业转型升级步伐的不断加快，以工业机器人、工业物联网、5G、大数据、云计算、人工智能等为代表的先进技术得到快速发展，并逐步向制造业各领域渗透应用，带动了我国制造业的全面升级。智能制造已成为国家“十四五”规划及 2035年远景目标纲要中明确提出的发展方向。我国制造业数字化转型如火如荼，取得了一系列显著成效，但同时也面临着诸多挑战，主要包括：制造业数字化基础薄弱、产业体系尚不健全、技术能力有待提高等。为此，国家层面积极推动制造业数字化转型升级，出台了一系列政策和标准，并提出了具体的目标和举措。2020 年 2 月 13 日，工信部印发了关于推动 5G 加快发展的通知（工信厅信通院），明确提出加快 5G 网络建设步伐。2020 年 10 月 30 日，工信部印发关于深入推进制造业数字化转型的指导意见（工信部联信管202075 号），进一步明确了我国制造业数字化转型的目标和举措。1.1 国内外研究现状 在智能移动终端精密组件行业中，国外企业如美国苹果公司、日本索尼公司、德国西门子公司等，均建立了高度智能化的生产基地。其在产品设计和制造过程中，通常会根据市场需求进行多次快速迭代，通过大量试验来确定最终产品的规格和型号，然后再进行大规模生产。在此基础上，美国苹果公司率先实现了全球首款可折叠智能手机的量产。国内企业如华为、OPPO、vivo、小米等也在智能移动终端精密组件行业中获得了成功应用。随着我国制造业向高质量发展转型的大背景下，国内智能移动终端精密组件行业也将中国科技期刊数据库 工业 A-188-会迎来新一轮的技术革命和产业变革。为了更好地满足客户需求，提升产品质量和效率，降低成本，提高客户满意度，国内企业必须进一步加快数字化和智能化转型步伐。1.2 研究内容与技术路线 本文提出了一种基于数字化柔性生产线的智能移动终端精密组件生产工艺技术路线，主要包括以下内容：（1）对智能移动终端精密组件生产车间进行数字化柔性生产线规划，包括生产线布局设计、布局优化、产线规划以及生产设备选型等；（2）对智能移动终端精密组件生产车间进行数字化柔性生产线工艺参数设计，包括设计工序时间、工序数量、工艺参数等；（3）对智能移动终端精密组件生产车间进行数字化柔性生产线制造过程控制，包括工序自动识别、制造过程自适应控制以及自动排程与调度等；（4）对智能移动终端精密组件生产车间进行数字化柔性生产线的智能化改造，包括设备管理系统的数字化改造、MES 系统的数字化改造和 ERP 系统的数字化改造。本文所研究的技术路线适用于智能移动终端精密组件生产车间，其技术特点是：（1）采用多种柔性生产工艺技术，能够满足不同客户个性化需求，提高了生产效率和质量；（2）采用在线检测和故障诊断技术，实现了生产过程的智能化管理；（3）采用信息管理技术实现了对整个制造过程的全生命周期管理；（4）采用信息网络技术实现了生产车间内各设备之间及与外部系统之间的实时信息交互。2 柔性生产线及数字化柔性生产线概念 柔性生产线是指一种能够在制造过程中根据用户订单的变化进行自动调整，从而实现快速响应和快速柔性生产的生产线。柔性生产线最早于 20 世纪 60 年代提出，主要解决机器与人之间的协调问题，实现了机器与人之间的协调以及机器与产品之间的协调，从而使生产过程趋于动态和优化。随着计算机技术、信息技术、自动化控制技术及其它现代制造技术的发展，柔性生产线已经从原来简单的只考虑生产过程中的工艺参数优化和机器设备间协调，发展到更加关注产品生命周期各环节的协调，特别是通过信息、管理和网络技术的应用，柔性生产线实现了生产过程中各个环节信息系统之间的集成，形成了一种多功能、自动化、网络化、高度集成化的新型制造模式。2.1 柔性生产线概述 柔性生产线由数控机床、加工中心、搬运机器人、自动传送系统、质量检测系统等组成，其主要功能是：（1）根据用户订单需求，选择相应的生产设备进行加工；（2）根据生产进度，进行相应的物料输送；（3）实现工件的自动传送；（4）实现对产品的检验和质量检测；（5）根据生产状况和加工对象变化，对生产线进行调整，以适应市场变化；（6）实现产品质量保证和持续改进。2.2 柔性生产线一般包括五个子系统：（1）控制子系统：完成对生产过程的自动控制和管理；（2）物流子系统：完成物料及半成品的搬运、存储和配送；（3）信息子系统：实现与其它部门之间信息的传递和共享；（4）管理子系统：对生产线上各个设备进行管理，保证生产线正常运转；（5）生产过程子系统：完成生产过程中各种工艺参数的确定、控制和优化。2.3 数字化柔性生产线是智能化生产的关键 数字化柔性生产线是智能化生产的关键，其核心是运用现代计算机技术、自动化控制技术、通信技术和管理技术等实现智能化生产，数字化柔性生产线将成为智能制造的基础。目前，国内外不少企业都在进行数字化柔性生产线建设，但对于智能移动终端组件这一细分行业而言，如何将数字化柔性生产线与产品设计、工艺规划、生产制造、设备管理、质量控制及客户服务等各个环节深度融合，才能真正实现数字化柔性生产线的智能化生产。目前国内智能移动终端组件企业在数字化柔性生产线建设方面的研究仍处于起步阶段，对其认知不足，对于智能移动终端组件企业而言，构建一条高效、可靠的数字化柔性生产线是非常必要的。3 智能移动终端组件的工艺技术路线 智能移动终端组件的生产过程包含了产品设计、模具设计、电子元器件的采购及加工、精密加工、表中国科技期刊数据库 工业 A-189-面处理和装配等环节。随着移动智能终端行业的快速发展，产品更新换代加快，对生产工艺技术要求越来越高，而传统的生产线自动化程度低，难以满足快速变化的市场需求。针对智能移动终端组件生产的现状及需求，将智能移动终端组件生产过程划分为精密加工、注塑成型、表面处理和组件装配四个阶段。其中精密加工包括开模、冲孔、切割和装配；注塑成型包括注塑、整形、冲切、品质检验；表面处理包括表面涂层、光学镀和喷涂等；装配环节涉及到电子元器件的安装、夹具定位和模具定位等。智能移动终端组件产品结构复杂，尺寸规格差异较大，各加工环节间相互影响较大，因此需要综合考虑产品加工精度及自动化程度。根据不同产品的生产工艺及质量要求，智能移动终端组件可分为结构件（如壳体）和五金件（如中框组）两大类。智能移动终端组件加工过程中对关键设备进行选型，以满足产品加工精度要求。通常采用车床作为主要的加工设备，对关键零部件进行精密加工；同时根据工艺要求选择合适的检测设备，确保产品质量。在智能移动终端组件生产过程中需要控制多个环节。首先需要对模具钢料及铜料进行采购，采购回来后需对模具钢料及铜料进行开模和冲孔，然后根据产品工艺要求进行精密加工；之后进行模具配件的组装，然后根据工艺要求进行注塑成型；最后进行表面处理和装配。由于结构件种类繁多、规格差异较大，因此在生产过程中需要对其进行精密装配1。由于智能移动终端组件结构复杂、加工精度要求高、自动化程度低、工艺技术难度大，因此需采用数字化柔性生产线进行生产。4 数字化柔性生产线的规划及分析 以某客户的产品为例，该客户的产品是一款基于智能手机的智能移动终端结构件组件。智能手机结构件主要是由带五金注塑件的前壳、光学镀膜表面处理加天线贴合以及防尘、防水性能的辅料、带有不同色彩效果的电池盖以及摄像头支架、音量键、电源键等一系列组件构成。整套产品的结构相对复杂、尺寸把控严格、重量较重、精度要求高，通过精密加工、注塑成型、表面处理、组件装配等工艺路线后，才能形成合格品出售至客户。期间前后工序之间的结构设计、品质管控、交付周期、外观效果、装配效率都将影响到终端客户的整机交付计划。传统订单模式下机型规格工艺单一、并且大批量交付的情形不复存在，智能手机市场转入多品种小批量多批次生产模式的需求，需对该产品进行设计规划2 目前，柔性生产线主要有以下特点：（1）生产线中应用了大量智能检测设备；（2）自动化程度高，减少了人工干预；（3）可实现多品种小批量生产模式。为满足客户对产品不同类型、不同尺寸、不同工艺参数下的需求，以及适应其多品种小批量多批次生产模式，针对该客户的产品类型和尺寸，设计了一条数字化柔性生产线，如图 3 所示。该生产线包括以下三个功能模块：（1）设计柔性生产线；（2）开发相应软件模块；（3）使用传感器识别产品种类和尺寸。其中，设计了一种可根据客户需求进行配置和调整的柔性生产模式，并且该生产线具备快速切换、配件标准化、信息共享、自动配送等特征，该模式能够满足该客户在产品多样化和多品种小批量生产模式下的需求3。4.1 柔性生产线规划 为了适应其多品种小批量多批次生产模式的需求，满足其在产品多样化和多品种小批量生产模式下对生产线的要求，采用柔性生产线设计理念，设计了一条智能移动终端精密组件柔性生产线。该柔性生产线主要由以下三个功能模块组成：（1）智能检测模块：该检测模块包括产品缺陷检测模块、尺寸检测模块和外观检测模块等。其中，产品缺陷检测模块对所需检测的产品进行识别，并通过激光扫描的方式对产品进行定位；尺寸检测模块根据产品类型和尺寸选择相应的检测设备；外观检测模块根据外观结构尺寸对产品进行识别并定位。（2）自动装配及输送系统：该系统包括自动搬运机器人、自动上料机器人、自动焊接机器人等。其中，自动搬运机器人采用机械手方式进行物料搬运，机械手将物料送至自动焊接机器人处，由焊接机器人完成产品的焊接。（3）机械手臂及末端执行器：该机械手采用电机驱动的方式，其末端执行器可与机械手进行配合，通过机械手臂将工件抓取并放入到指定位置4。4.2 开发相应软件模块 根据该客户产品的特点，开发了相应的软件模块，用于采集设备运行数据。软件模块包括以下功能：中国科技期刊数据库 工业 A-190-生产线控制；设备运行状态监测；设备异常报警；设备故障诊断；（5）故障显示及数据存储。生产线控制模块用于采集设备运行数据，通过软件程序，对传感器、执行器的工作状态进行实时监测。在该客户的智能移动终端产品中，存在多种不同类型的精密组件，因此需要对这些不同类型的精密组件进行分类管理，以实现其快速装配。在生产过程中，需要对产品进行自动分选、自动装配，以确保产品质量满足客户需求。因此，在该客户的智能移动终端产品中，采用了智能化分类管理方式，如图 4 所示。其中，分类管理是基于产品信息管理模块完成的。首先，通过扫描二维码等方式获取智能移动终端产品的相关信息；然后，对获取到的相关信息进行解析、处理和存储；最后，将信息传递给分类管理模块。根据上述方法建立了智能移动终端产品信息管理模块，通过该模块完成智能移动终端产品信息的采集、处理和存储工作。其中，可实现对智能移动终端产品的自动分类管理和装配。其中，自动分类包括两种类型：（1）按照智能移动终端产品的类型、尺寸和工艺参数等信息进行分类；（2）按照产品信息中所包含的数量和类型等信息进行分类5。5 结语 随着电子产品智能化、电子化水平不断提高，智能移动终端精密组件行业也得到了快速发展，并逐渐形成了以智能移动终端精密组件为核心，集材料、工艺、设备为一体的产业集群。该产业集群的形成，为智能移动终端精密组件行业的发展提供了良好的环境和广阔的市场。但由于智能移动终端精密组件产品结构复杂、自动化程度低、工艺技术难度大等特点，传统的生产方式难以满足其生产需求，因此，为了提高产品质量和生产效率，需要建立一条智能化、数字化、自动化程度高的生产线。参考文献 1邓颖瑶,李秋娴.服务广东“制造业当家”广东联通 5G 赋能工业企业数字化转型N.人民邮电,2023-09-12(007).2王沛.制造企业智能化转型的影响因素及其作用机理研究D.西安理工大学,2023.3王加志.数字化转型对企业高质量发展的影响与对策N.财会信报,2023-06-19(005).4吕家欣.数字化精益生产对企业网络位置跃迁的影响D.北京信息科技大学,2023.5王佳莹.企业能力视角下马钢股份数字化转型对绩效的影响研究D.山东大学,2023.