作者:民工肖某
三、 工厂从流水线到智能制造的历程
从中国工厂现状来看,目前是全球最大的制造业国家,总体规模与德国相当,优势是中国的劳动力便宜,产品具有价格优势,国际市场上很有竞争力。但实际上却是“没有真正掌握制造”。因为大多数中国工厂并没有掌握制造的核心材料、设备,以及工艺,他们仍然停留在组装加工的阶段,缺乏原创技术,也就是还处在流水线阶段。
v汽车工厂如何从大规模流水线到智能制造
下面以汽车工厂为例,了解下传统的流水线模式下的汽车制造过程。包含汽车冲压、焊接、涂装、总装四大工艺,其中各自的工序分配在不同的车间:
- 冲压车间:作业型生产
- 焊装-涂装-总装车间:流水型生产
- 发动机加工、装配车间:混合型生产
同时传统的流水线生产存在的问题也比较明显:
ü 生产过程的不透明
o 生产指令基本靠手工
o 装配信息靠工人经验
o 各个车间对在制品的管理不一致
o 生产数据不能实时反应到系统
o 生产状况靠电话,生产过程不可视
ü 生产效率的不优化
o 冲压车间受上游资源制约,利用率低
o 总装车间装配切换频繁
o 上游供给和下游生产能力不足的影响
o 手工配送,误差大,导致配送不及时
o 物料短缺造成生产停工
所以在智能工厂中,智能制造有效解决了上述的问题。它将硬件装置与软件系统进行集成,通过多车间的关联优化,对制品跟踪及生产过程的可视化监控,合理对工序进行优化排序,同时优化物流执行,实现了信息的统一和集成。
v工厂的智能制造的典型案例
美国波音787飞机项目是最经典的智能制造的项目之一。它实现了全球数字化设计、制造、测试、销售、市场,以及交付的协作平台。通过数字化工程,波音公司在制造环节取得了明显的效益:
ü 提高了生产效率
ü 降低了质量缺陷率
ü 减少了因供应商导致的生产延期
ü 研发周期缩短了1/3,研发成本减低了1/2
v工厂智能制造的目标-数字化工厂
数字化工厂较传统的流水线工厂,带来了收益是直接和明显的,体现在资源配置优化、制造响应的敏捷化、车间生产的透明化和部门协作的实时化。
从管理方面看,将以 ERP 为核心的作业系统需要对信息流进行精准的控制和数据同步,实现透明生产流程。
ü ERP等系统(计划层)将实时的产品库存量、客户订单状况与材料需求等信息传送至MES,MES进行生产或安排库存以满足客户订单需求。
ü MES系统(中间层)负责完成产品制造工作,产品的规格、型号参数等相关资料储存于此系统中,MES将此产品相关资料转化为作业程序提供给控制系统的作业人员或机器设备来使用。
ü 控制系统(底层),当作业程序、相关流程、文件及其它相关生产需求项目就绪,控制系统便运用所有工厂内相关资源(软、硬件及人员)负责完成生产制造过程以达成产品生产目标。
从技术方面看,工厂IT信息化能力是关键要素,基于实现动态集成的移动实时环境,支撑起柔性生产的能力。整体包含有:
ü 集成业务和厂区数据
ü 实时跟踪和监控、提示
ü 安全增强和人员跟踪
ü IT和弹性的控制系统
ü 移动和远程工人
ü 基于传感器的制造
v 国内数字化厂工厂的案例-三一重工
中国工程机械行业的龙头企业-三一重工在数字化工厂方面走在国内前列。三一以前是离散制造的方式进行加工生产,由于这种制造模式分散且独立,需要大量的人力物力予以配合。所以,三一在生产车间导入自动化制造模式,优化运行系统,提升设备生产制造能力,使工程机械产品车间生产从传统的离散制造型向混流装配型转变。
目前三一的18号厂房是亚洲最大的智能化制造车间,有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线,是三一重工总装车间。2008年开始筹建,2012年全面投产,总面积约十万平方米。
三一重工总装车间实现了装配区、高精机加区、结构件区、立库区、展示厅、景观区六大功能区域的智能化、数字化模式。
三一的智能制造车间内,新产品数据和计划即从ERP系统发布至数字化车间的MES制造执行系统,生产工人可在MES终端实时获取作业指导、作业任务、标准时间、计划完成时间、安全规程、质量要求、设备状态信息等生产信息,并在生产过程中将产品信息实时反馈至MES系统,从而形成产品的全生命周期档案,为客户服务与质量追溯提供准确、完整的记录;同时,生产管理人员可以利用MES系统进行排程从而快速响应客户需求,在生产现场采用安灯、电子看板等可视化手段用于生产监控、调度。
v深入到数字化工厂的核心-数字化车间
数字化车间制造的核心是:计划、制造、质量、试验,所以它的方案是利用车间控制和制造执行追溯的技术和方法,对制造过程进行全程管控,进而分析产品制造过程中的各种要素的实时信息,对异常事故进行及时反馈和快速处理。
同时化解生产瓶颈,提高资源利用率,对车间资源的优化配置建立可视化、透明化、高效的、生产顺畅的制造企业,从而全面提升车间的生产管理能力和管理效率。
其中,数字化车间制造系统的核心有:APS(高级排产)、MES(制造执行)、QAS(质量过程控制)、TDM(实验数据管理)等。
以某机床数控公司的一个数字化车间为例,描述下数字化车间的实现过程。首先是做好布局。有加工车间,有装备车间,毛坯从这里进去,配备八台加工机床。通过加工之后送到配套区,里面有预警库,然后进行组装和总装,这样在物流上的布局是很合理的。
同时总体来看,数字化车间包含有:决策与管控层、制造执行层和制造装备层。其中以MES为核心,对工厂的制造资源、计划、流程进行统一的管控。它涉及:
ü 制造资源数字化:设备、工具、车辆、人员等监控及调度
ü 生产过程数字化:跟踪工位、工序、部件等跟踪
ü 现场运行数字化:设备运行状态和运行参数及现场环境
ü 质量管控数字化:现场质检与质量分析及异常报告
ü 物料管控数字化:物流、配送任务的跟踪及监控
v数字化工厂的立体协作新趋势
全球联合协作研发、多工厂的协作生产、产业链协同创新等协作方式正成为新的趋势。不管是产业链还是集团公司内部的协同,进行紧密结合起来。
比如:
ü 供应协同:多物料配送及库存
ü 工序协同:多工序的排产
ü 制造协同:多工厂生产制造
ü 外协设计:远程虚拟的图站
ü 产品研发:研发桌面云
ü 生产交付:远程诊断服务
ü 产品营销:O2O营销
ü 客户关怀:个性化产品定制