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2018年7月25日 星期三

TRUMPF Smart Factory: Your route to connected manufacturing



來源:科技e哥

智慧工廠是實現智慧製造的重要載體,主要透過建構智慧化生產系統、網路化分布生產設施,實現生產過程的智慧化。智慧工廠已經具有了自主能力,可採集、分析、判斷、規劃透過整體可視技術,進行推理預測,利用仿真及多媒體技術,將實境擴增展示設計與製造過程。

系統中各組成部分,可自行組成最佳系統結構,具備協調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學習、自行維護能力。因此,智慧工廠實現了人與機器的相互協調合作,其本質是人機交互。


一、智慧工廠主要建設模式
由於各個行業生產流程不同,加上各個行業智慧化情況不同,智慧工廠有以下幾個不同的建設模式。

第一種模式是從生產過程數位化到智慧工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程製造領域,企業發展智慧製造的內在動力,在於產品品質可控,側重從生產數位化建設起步,基於品控需求從產品末端控制,向全流程控制轉變。

因此其智慧工廠建設模式為:

一是推進生產過程數位化,在生產製造、過程管理等單個環節資訊化系統建設的基礎上,建構覆蓋全流程的動態透明、可追溯體系,基於統一的可視化平台,實現產品生產全過程跨部門協同控制

二是推進生產管理一體化,搭建企業CPS系統,深化生產製造與營管理、採購銷售等核心業務系統整合,促進企業內部資源和資訊的整合和共享

三是推進供應鏈協同化,基於原材料採購和配送需求,將CPS系統拓展至供應商和物流企業,橫向整合供應商和物料配送協同資源和網路,實現外部原材料供應,和內部生產配送的系統化、流程化,提高工廠內外供應鏈運行效率

四是整體打造大數據化智慧工廠,推進端到端整合,開客製化訂製業務。

第二種模式,是從智慧製造生產單元(裝備和產品),到智慧工廠。在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子資訊等離散製造領域,企業發展智慧製造的核心目的,是拓展產品價值空間,側重從單台設備自動化和產品智慧化入手,基於生產效率和產品效能的提升實現價值成長。

因此其智慧工廠建設模式為:
一是推進生產設備(生產線)智慧化,透過引進各類符合生產所需的智慧裝備,建立基於CPS系統的車間級智生產單元,提高精準製造、敏捷製造能力。

二是拓展基於產品智慧化的增值服務,利用產品的智慧裝置,實現與CPS系統的互聯互通,支持產品的遠端故障診斷和即時診斷等服務

三是推進車間級與企業級系統整合,實現生產和經營的無縫整合,和上下游企業間的資訊共享,開展基於橫向價值網路的協同創新。

四是推進生產與服務的整合,基於智工廠實現服務化轉型,提高產業效率和核心競爭力。

例如,廣州數控透過利用工業乙太網,將單元級的傳感器、工業機器人、數控機床,以及各類機械設備與車間級的柔性生產線,總控制台相連,利用乙太網將總控台與企業管理級的各類伺服器相連,再透過互聯網,將企業管理系統,與產業鏈上下游企業相連,打通了產品全生命週期各環節的數據通道,實現了生產過程的,遠端數據採集分析和故障監測診斷。

三一重工的18號廠房是總裝車間,有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線,透過在生產車間建立「組配件工作中心島」,即單元化生產,將每一類部件從生產到下線,所有技術集中在一個區域內,猶如在一個獨立的「島嶼」內完成全部生產。

這種組織方式,打破了傳統流程化生產線呈直線佈置的弊端,在保證結構件製造工藝不改變、生產人員不增加的情況下,實現了減少佔地面積、提高生產效率、降低運行成本的目的。

目前,大陸的三一重工已建成車間智慧監控網路,和刀具管理系統、公共製造資源定位與物料跟蹤管理系統、計劃、物流、品質管控系統、生產控制中心(PCC)中央控制系統等智慧系統,還與其他單位,共同研發了智慧上下料機械手、基於DNC系統的車間設備智慧監控網路、智慧化立體倉庫與AGV運輸軟硬體系統、基於RFID設備及無線傳感網路的物料,和資源跟蹤定位系統、高級計劃排程系統(APS)、製造執行系統(MES)、物流執行系統(LES)、在線上品質檢測系統(SPC)、生產控制中心管理決策系統等,關鍵核心智慧裝置,實現了對製造資源跟蹤、生產過程監控,計劃、物流、品質整合化管控下的均衡化混流生產。

第三種模式,是從客製化訂製到互聯工廠。在家電、服裝、家居等距離用戶,最近的消費品製造領域,企業發展智慧製造的重點,在於充分滿足消費者多元化需求的同時,實現規模經濟生產,側重透過互聯網平台,展開大規模個性定制模式創新。

因此其智慧工廠建設模式為:
一是推進客製化訂製生產,引入柔性化生產線,搭建互聯網平台,促進企業與用戶深度交互、廣泛徵集需求,基於需求數據模型開展精益生產;

二是推進設計虛擬化,依託互聯網逆向整合設計環節,打通設計、生產、服務數據鏈,採用虛擬仿真技術優化生產技術;

三是推進製造網路協同化,變革傳統垂直組織模式,以扁平化、虛擬化新型製造平台,為紐帶集聚產業鏈上下游資源,發展遠端訂製、異地設計、當地生產的網路協同製造新模式。


  

二、全球智慧工廠建設的現狀
近年來,全球各主要經濟體都在大力推進製造業的復興。在工業4.0、工業互聯網、物聯網、雲計算等熱潮下,全球眾多優秀製造企業,都開展了智慧工廠建設實踐。

例如,西門子安貝格電子工廠,實現了多品種工控機的混線生產FANUC公司實現了機器人和伺服電機生產過程的,高度自動化和智慧化,並利用自動化立體倉庫,在車間內的各個智慧製造單元之間傳遞物料,實現了最高720小時無人值守

施耐德電氣實現了電氣開關製造,和包裝過程的全自動化美國哈雷戴維森公司廣泛利用以加工中心,和機器人構成的智慧製造單元,實現大批量訂製

三菱電機名古屋製作所,採用人機結合的新型機器人裝配產線,實現從自動化到智慧化的轉變,顯著提高了單位生產面積的產量

全球重卡巨頭MAN公司,搭建了完備的廠內物流體系,利用AGV裝載進行裝配的組配件和整車,便於靈活調整裝配線,並建立了物料超市,取得明顯成效。

  

當前,紅色供應鏈製造企業面臨著巨大的轉型壓力。一方面,勞動力成本迅速攀升、產能過剩、競爭激烈、客戶客製化需求日益成長等因素,迫使製造企業從低成本競爭策略,轉向建立差異化競爭優勢。

在工廠層面,製造企業面臨著招工難,以及缺乏專業技師的巨大壓力,必須實現減員增效,迫切需要推進智能工廠建設。另一方面,物聯網、協作機器人、增材製造、預測性維護、機器視覺等新興技術迅速興起,為製造企業推進智慧工廠建設,提供了良好的技術支撐。

再加上國家和地方政府的大力扶持,使各行業越來越多的大中型企業開啓了智慧工廠建設的徵程。

對岸中國汽車、家電、軌道交通、食品飲料、製藥、裝備製造、家居等行業的企業,對生產和裝配線進行自動化、智慧化改造,以及建立全新的智慧工廠的需求十分旺盛,湧現出海爾、美的、東莞勁勝、尚品宅配等智慧工廠建設的樣板。

例如,海爾佛山滾筒洗衣機工廠,可以實現按訂單配置、生產和裝配,採用高柔性的自動無人生產線,廣泛應用精密裝配機器人,採用MES系統,全程訂單執行管理系統,透過RFID進行全程追溯,實現了機機互聯、機物互聯和人機互聯

尚品宅配實現了從款式設計,到構造尺寸的全方位個性定制,建立了高度智能化的生產加工控制系統,能夠滿足消費者客製化訂製,所產生的特殊尺寸,與構造板材的切削加工需求

東莞勁勝全面採用,對岸中國聲產加工中心、其國產數控系統和其國產工業軟體,實現了設備數據的自動採集和車間聯網,建立了工廠的數位映射模型(Digital Twin),構建了手機殼加工的智慧工廠。


  

但是,中國製造企業在推進智慧工廠建設方面,還存在諸多問題與錯誤:
  1. 盲目購買自動化設備和自動化產線。很多製造企業仍然認為推進智慧工廠就是自動化和機器人化,盲目追求「黑燈工廠」,推進單工位的機器人改造,推行機器換人,上馬只能加工或裝配,單一產品的剛性自動化生產線。只注重購買高端數控設備,但卻沒有配備相應的軟體系統。

② 尚未實現設備數據的自動採集和車間聯網。企業在購買設備時沒有要求開放數據接口,大部分設備還不能自動採集數據,沒有實現車間聯網。目前,各大自動化廠商都有自己的工業總線和通信協議,OPC UA標準的應用還不普及。

③ 工廠營運層還是黑箱。在工廠營運方面還缺乏資訊數據系統支撐,車間仍然是一個黑箱,生產過程還難以實現全程追溯,與生產管理息息相關的製造BOM數據、工時數據也不準確。

④ 設備績效不高。生產設備沒有得到充分利用,設備的健康狀態未進行有效管理,常常由於設備故障,造成非計劃性停機,影響生產。

⑤ 依然存在大量資訊化孤島和自動化孤島。智慧工廠建設涉及到智慧裝備、自動化控制、傳感器、工業軟體等領域的供應商,整合難度很大。很多企業不僅存在諸多資訊孤島,也存在很多自動化孤島,自動化生產線沒有進行統一規劃,生產線之間還需要中轉庫轉運。


究其原因,是智慧製造和智慧工廠涵蓋領域很多,系統極其複雜,企業還缺乏深刻理解。在這種狀況下,製造企業不能貿然推進,搞「大躍進」,以免造成企業的投資打水漂。

應當依託有實戰經驗的咨詢服務機構,結合企業內部的IT、自動化和精益團隊,高層積極參與,根據企業的產品和生產工藝,做好需求分析和整體規劃,在此基礎上穩妥推進,才能取得實效。


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