华能（泰安）光电科技有限公司 山东新泰 271200
摘要：随着“5G”商用提速、“宽带中国”、“信息经济”、“互联网+”、“网络提速降费”和“一带一路”等一系列国家战略的实施，光通信产业快速发展，我国的光纤预制棒产业取得了长足的进步，国内以浙江富通为代表的企业实现了具有自主知识产权光纤预制棒的规模化生产。但是，我国的光纤预制棒生产工艺和国外尚有较大差距，直接表现在光纤预制棒的尺寸及成棒合格率上，从而导致预制棒的成本居高不下，并传递到下游光纤和光缆产业。
关键词：光纤预制棒；智能制造；技术
引言
近年来，全球通信业持续发展，推动光纤需求量的快速增长，光纤行业的竞争也越来越激烈。同时也推动了光纤光棒制备技术的创新升级，光纤预制棒的尺寸大幅增加，从最初的直径Φ40mm、Φ80mm到目前直径Φ150mm、Φ200mm。这使得行业的整体制造效率成倍提升，成本大幅降低。而相应的光纤预制棒检测设备却并无实质突破，当前主要应用的仍是美国PK2600检测设备，其检测能力仅能达到直径Φ100mm以内的光纤预制棒。
1基本思路
围绕光纤预制棒精益生产制造，运用自主研发的智能化短板预制棒生产设备、生产工艺仿真系统、高精度七轴数控机器人系统、智能小车（EMS、AGV和OMV）系统、智能预制棒参数检测系统、原料自动输送系统、能源智能供应系统、废水废气处理系统和环境管理系统等制造装备，利用SCADA现场采集数据，经全光环网将数据传输至企业级数据中心，通过无缝集成ERP、MES、PLM和WMS等软件，在中央集控中心中对光纤预制棒全生命制造周期集中管理和展示，并对过程工艺研发和生产过程管控进行指导，最终实现设计数字化、生产自动化、管理信息化和管控智能化的预制棒智能制造。
2光纤预制棒智能制造技术
2.1设计数字化
（1）工厂布局整体建模仿真
结合光纤预制棒生产系统的实际要求，运用SOLIDWORKS软件系统对工厂总体三维仿真设计，对相关设备和相关生产场景进行仿真建模，分析沉积工艺设备布局方案对沉积车间物流运输畅通程度、人员工作效率和沉积半成品合格率等方面的影响，并根据仿真结果提出优化的布局方案，使芯层和外包层的沉积车间设计布局更合理有效。
（2）物流设备布局及过程受力建模仿真
对光纤预制棒的芯层和外包层的粉末沉积及烧结的生产过程，及各个工序的物流对接过程进行建模和仿真，评价芯层物流流转顺序、步骤、时间以及消耗资源的合理性等。对外包半成品棒在物流运输过程中的速率和受力状态等指标进行建模和仿真，优化整个外包半成品棒流转过程效率和稳定性。
（3）生产流程可视化和生产工艺可预测优化
针对光纤预制棒生产工艺过程中的关键工艺（如芯棒沉积、烧结和延伸等），借助科学理论、专家知识和历史数据等，通过自主开发算法的仿真软件实现其数字化和可视化，预测生产效果和优化工艺参数，降低研发成本，缩短研发周期。
2.2生产自动化
经过多年的技术积累和攻关，成功自主研发光纤预制棒制造过程中所有关键短板设备，包括：芯棒自动高速沉积（VAD）设备、外包粉末棒高速沉积（OVD）设备、自动化芯棒精密延伸装备群、自动一体化无氯烧结脱羟系统，以及一批半成品和成品检测设备和系统，包括偏心率测试设备和高精度玻璃外径检测设备，高精度玻璃折射率检测系统。
此外，通过这两年的跨行业探索交流和技术积累，已完成适用于光纤预制棒生产的智能物流系统的研发和试验，主要包括：原料气体（Sicl4、Gecl4、H2、O2、N2和He等）自动输送和精密蒸发系统、六轴机器人自动装卸棒系统、沉积-烧结车间EMS物流衔接系统、芯棒车间EMS物流衔接系统和基于机器视觉的七轴机器人智能运输&棒料立体升降系统。通过上述智能物流系统的批量化应用，基本实现光纤预制棒生产制造过程中物料和半成品配送过程高度自动化和智能化。总之，预制棒生产、检测、流转装备和装置的高度自主化为建设高度一体化和集成化的智能制造车间奠定了坚实的技术基础，更为车间数据互联互通和大数据管理服务平台建设提供了必备条件。
2.3保温先进化
经过微正压烧结后的大尺寸光纤预制棒不仅存在应力，还存在微量的氦气，如果不消除光纤预制棒的应力及残留的氦气，在搬运过程中容易出现开裂，在拉丝过程中容易出现断纤，裸纤气泡等现象。针对以上两个问题，在预制棒烧结完成以后，一般对其进行保温处理，即将其放置于保温炉中，缓慢升温至1050℃左右，并保持一定的时间，再逐步降至常温。为提高保温炉的使用效率，每次进行多根预制棒的保温作业。经过负压烧结后的大尺寸光纤预制棒也存在应力，但是在烧结过程中不使用氦气，且其烧结炉温区长，可以覆盖烧结完成后的光纤预制棒，因此，在光纤预制棒烧结完成以后，将其在炉体中用1050℃的温度保持一定的时间，再将其缓慢降温，以消除预制棒的应力。
2.4管控智能化
（1）设备管理：记录设备台账、监视设备状态、建立设备维修计划和维修记录、对设备运行状态进行实时和历史分析并通过数据进行故障智能诊断；
（2）质量管理：建立质量标准、判定质量状况、对库存进行复检、分析质量事故、追溯质量问题、将质量信息记录档案、通过质量数据进行质量统计和分析以及在质量问题异常时进行超限预警；
（3）能源管理：在线监视能源使用状况、通过能耗分析合理配置能源实现能源平衡、对能源使用进行有效预测、定制能源计划、计算能源成本和管理生产排放；
（4）车间实绩：查询作业指令、跟踪生产状况、记录交接班信息、记录生产绩效和统计车间绩效；
（5）物料管理：管理库存、管理仓储收发、动态盘点库存、物料跟踪管理、装置投入产出管理和产品收发存；
（6）工艺管理：管理生产工艺指标、分析指标执行状况、操作规程分析和管理图纸文档；
（7）生产计划管理：编制生产计划、调整生产计划、跟踪生产计划执行情况和优化生产计划；
（8）生产调度：监视生产状态、分析生产状态、管理调度指令、优化调度管理和管理作业指令；
（9）生产平衡：平衡预制棒收发、平衡装置投入产出、平衡仓储收发存和平衡测线组收发存；
（10）分析模块：①通过将生产过程中的实时数据纳入到系统里，改变源数据分散并且缺乏统一标准的现状；②对实时生产中产生的大数据进行整合利用，为生产管理层提供所需信息；③加强生产过程监控，使生产管理工作做到可追溯和可考核；④对生产过程中装置的运行情况进行实时动态监控与分析，及时发现并处理问题；⑤对比生产历史产生的大数据和关键性能指标的变化趋势，利用智能算法找出生产瓶颈，提出解决方案，优化生产，提高效益；⑥通过对大数据与物联网等智能制造技术在生产物流环节的集成应用实时调整生产，达到最优的生产控制状态。
结语
通过光纤预制棒智能制造车间技术的实施，可显著提升企业的数字化、自动化、信息化和智能化水平，提高光纤预制棒生产制造过程质量控制能力，可使光纤预制棒生产制造全过程端到端得以打通，降低沟通成本，减少重复劳动，提升业务运作效率，可使生产制造全过程进度信息流和实物流一致，进度可控，可有效提升生产效率、设备利用率和产品良率稳定性水平。
参考文献：
[1]查健江.光纤制备中的外气相沉积工艺研究[J].光纤与光缆及其工艺技术，2004年第4期：14-19.
[2]章海峰.面向多喷灯沉积技术的光纤预制棒外径波动控制研究[J].现代传输，2014年第03期：67-69.