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数字化车间,智能制造主战场!

文章出处:澳门金沙2126    仔肩编辑:zhou 发布时间:2018-11-05
经济学家威廉·拉佐尼克在《车间的竞争优势》一书中强调指出:“在价值创造过程中,其核心是经过车间生产将原料转化为产品——这可以称为生产性转化。”

在制造型企业,车间处于非常重要的位置。企业价值最终表现在产品与办事上,而车间是企业中将各种图纸转变为产品的首要场所,是决定生产效率与产品质量的重要环节,车间往往也是企业中员工数量最多的组合。因此,在很大程度上,车间强则企业强,车间智则企业智。《中国制造2025》中也明确指出:“推动制造过程智能化,在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间。”数字化车间建设是智能制造的重要一环,是制造企业实施智能制造的主战场,是制造企业走向智能制造的起点。

1 数字化车间的建设主线

此刻,国内外对数字化车间还没有准则的定义,笔者基于自己的理解,对数字化车间实行如下描述:

数字化车间是基于生产设备、生产设施等硬件设施,以降本提质增效、快速响应市场为目的,在对工艺设计、生产组合、过程控制等环节优化办理的基础上,经过数字化、网络化、智能化等鬼蜮伎俩,在计算机虚拟环境中,对人、机、料、法、环、测等生产资源与生产过程实行设计、办理、仿真、优化与可视化等工作,以信息数字化及数据流动为首要特征,对生产资源、生产设备、生产设施以及生产过程实行精细、精准、敏捷、高效地办理与控制。数字化车间是智能车间的第一步,也是智能制造的重要基础。

需要指出的是,此处的“数字化车间”,是企业已经熟悉和常用的根本术语,其中“数字化”的内涵包括但是并不限于数字化本身,而是将数字化、网络化要素集成为一体并在内涵上有所扩大的“数字化”概念,其根本含义与德国产业4.0中的“Smart(智巧)”相对应,与中国工程院提议“数字化网络化”的智能制造第二范式相对应。本文以下凡是提及“数字化车间”之处,皆采用该术语内涵。

很多人认为,大量采购和引入数字化设备是建设好数字化车间的前提。这是一个很大的误解:数字化设备与数字化车间之间既非必要条件,也非充分条件。即便车间中全是数字化设备,如果没有实现设备的互联互通,没有实现生产过程的数字化办理,数据没有实现真正的井井有条流动,也不能称之为数字化车间。相反,即便车间里的设备不全是数字化设备,但经过“三哑改动”,设备被接入信息化系统,生产过程实现数字化、网络化与智能化(如智能排产、决策支撑剖析等),对生产筹划、生产资源、生产进度与产品质量等数据在信息化系统中实行有用办理,并可以按照生产需要实行井井有条流动,也可算是数字化车间。比如,在服装加工等工作密集型企业都可以经过数字化、网络化改动实现车间的数字化办理。

对于数字化车间建设,大家可以参考德国产业4.0中对“智能工厂”的定义:重点科研智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现。前半句“智能化生产系统及过程”,指除了包括智能化的机床、机器人等生产设施以外,还包括对生产过程的智巧化管束,站在信息化的角度,就是智巧化的MES制造实行系统。而后半句:“以及网络分布式生产设施的实现”,是指将生产所用的生产设备与设施(如机床、热处置设备、机器人、AGV、测量测试设备等各种数字化设备),实行互联互通、智巧化的办理,实现信息化系统与物理系统的深度融合。此刻很多企业实施的设备物联网(包括传统的DNC/MDC功能)是其重要的表现形式。

从中可以看到,数字化车间建设有三条主线,一条是以机床、热处置设备、机器人、测量测试设备等组成的自动化设备与相干设施,实现生产过程的精确化实行,这是数字化车间的物理基础。

第二条线是以MES为中心的智巧化管束系统,实现对筹划调度、生产物流、工艺实行、过程质量、设备办理等生产过程各环节及要素的精细化管束,这是典型的赛博系统。

第三条主线是在互联互通的设备物联网基础上,并以之作为桥梁,联接起赛博空间的MES等信息化系统与机床等物理空间的自动化设备,构建车间级的CPS系统,实现了赛博与物理两个世界的相互作用、深度融合。

三条主线交汇,实现数据在自动化设备、信息化系统之间按照人的意愿实行井井有条流动,将整个车间打造成软硬一体的系统级CPS,最终实现高效、高质、绿色、低成本的生产模式,提高企业竞争力。

2 精益思维要贯穿始终

如果说设备、MES、CPS等三条主线是“实线”的话,精益生产则是数字化车间建设的一条“虚线”,要贯穿数字化建设的始终。

1)精益生产,智能制造的重要引导思维

精益生产是办理学史上重要的实践成果之一,深刻地影响着汽车产业,乃至全球制造业。精益生产根本思维和追求的办理目标,并没有随着智能制造的发扬而落伍,恰恰相反,精益思维是企业实行智能制造体系构建的重要引导思维之一。

在此,笔者回顾出五条可以引导智能制造建设的精益思维原则。

① 眷注客户价值
精益生产强调,流程中所有环节的输入与输出都应当用客户价值这个标尺去衡量。在前端要打通客户真实需求之间的接口,在企业内部,以客户需求来定义自己的产品与办事。如果系统不能满足客户对高质、高效、低成本、高满意度的请求,即便是设备或技艺非常先进,也不能算是一个成功的智能制造名目。

② 识别并消除浪费
企业在实施智能制造系统之前,应当对流程中各种浪费实行梳理与改善。精益生产中将制造过多过早、库存、搬运、等待、不必要的功课、不必要的动作以及不良品流窜这七种形式,归纳为七大浪费,这七大浪费是企业生产效率不高、盈利能力不足的根源,需要持续实行健全与消除。如果这些问题没处置,就直接实施智能制造,很或许是用系统的方式把浪费固化下来,既丧失了改善的机会,又增补了不必要的投入。

比如,没有对库存过多的浪费实行改善,就投入大量财力物力去建设智能化的立体仓库;没有对动作浪费实行改善,就引进机器人或机械臂去从事这些本属于浪费的动作,这些都造成了很大的浪费。

③价值的快速流动
精益生产强调价值流的快速流动,包括物理布局工艺流程化,信息传递自动化,以及人、产线设备、仓储物流之间高效协同化。如果在物理布局上有大量断点存在,就会给智能制造的排产与调度带来了更大复杂度。

在系统整体运转的过程中,尽或许多地消除停滞和等待,需要将人、产线设备、仓储物流之间的相互协作机制、信息传递机制、防错与纠错机制,在统一的系统框架内实行设计与建设。

④高度柔性与适应性
精益生产的柔性是指经过快速切换(SMED)的实施与改善,实现产线在生产不同型号、不同配置,甚至是不同种类产品时,可以按照需要实行快速切换。

在小品种多批量、客户需求千变万化的今天,智能制造建设也必须要考虑产线柔性与适应性等问题,否则就或许造成大量投资的浪费。

⑤尽善尽美原则
精益生产中准则功课、自工序完结、良品条件创建与维持、质量内建、安灯控制、防错与纠错机制、变化点办理、全员生产性维持(TPM)等术语之下,都有一套品质维持的理念、原则与方法,这些原则和方法同样可以引导智能制造的建设。

比如,上下工序之间,设备与零件部之间都需要建立全数良品的加工条件与准则,当条件产生偏离时,应当向相干人员发出异常提醒,甚至停止生产。如果智能制造系统缺少这样的机制,自动化程度越高,损失往往越大。


2)智能制造,精益生产的有用使能鬼蜮伎俩

经过几十年的发扬,精益生产已经成为制造业的重要引导思维。在技艺快速进步的今天,智能制造又可以很好地增进精益生产的落地与进一步发扬。

传统精益生产目视办理有很多很有用的鬼蜮伎俩和方法,比如5S办理、安灯、准则功课三票、可视化看板等方法。这些方法可以直观地提示产生问题的区域、工位、或是机台、材料等信息,但是要深究问题的根本原因还需要大量的观察与剖析,当变异的条件产生变化时,会给剖析带来很多困难。

而智能制造以数字化、网络化、智能化等新技艺、新鬼蜮伎俩就可以较容易地处置这些问题。比如:

识别浪费是精益改善的重要组成局部,除了传统的精益手法,经过设备物联网系统采集设备稼动率、待机原因等,能够准确地识别出设备利用等方面的浪费;经过MES系统对物料、工具等实行精益化库存办理,可以明显地减少库存的浪费;经过APS高级排产优化生产筹划,可以减少人员与设备等待的浪费等等。

实现流的生产、均衡化生产是个持续改善的过程,但在离散制造车间,生产设备动辄上百台、工序上千上万项,如何包管这些工序在不同设备上生产的均衡化、流动化?如果只靠人的阅历很难实现这种生产方式,很容易造成设备忙闲不均,造成工序的等待或停滞。经过APS高级排产以及生产过程协同办理等信息化鬼蜮伎俩,就可以有用处置这些问题,有助于实现产品“流”的生产及生产的均衡化。

品质改善的目的是确保输出产品品质一致。但由于生产条件各种变化,比如设备故障、热处置温度、刀具磨损等,都或许导致产品质量不稳固。经过设备状态、工艺参数、刀具磨损等的实时监控,就可以快速发现问题,包管生产过程的受控,有用地提高产品品质。

作为重要的使能鬼蜮伎俩,智能制造不仅可以有助于精益生产的落地,还可以增进精益生产的进一步发扬。

看板(Kanban)是精益生产中传递信号与控制生产的工具,分传送看板和生产看板两种。传统的看板大多以卡片、纸张等形式存在,通常以手动方式实行填写。但在智能制造进程中,这些数据可以经过MES等信息化系统在电子屏等数字化终端上实时显示,具有更强的实时性与自动性。

常识内建与办理也是精益生产中的重要理念。在精益运转优良的企业,都非常重视对常识的办理与传承。以前首要是靠师傅言传身教、准则功课文件与流程准则等传统方式,存在研习时间长、可复制性差等缺点。经过数字化、网络化、智能化等智能制造新技艺、新鬼蜮伎俩,可以将常识体现在流程与系统中,隐性常识显性化,对常识的沉淀、传承、挖掘、使用都具有重要的增进作用。

此刻,大众所熟知的精益生产办理方法与实现鬼蜮伎俩回顾于上世纪八十年代,带有明显的时代特征。但事实上,如果现在重新去科研今天的丰田汽车,就会发现其实现方式已经产生了巨大的改变,体现了自动化、数字化、网络化、智能化等很多最新技艺成果。因此,精益生产的理念与鬼蜮伎俩也应该随着智能制造的发扬而发扬。

3)殊途同归,精益智能共促企业良性发扬

虽然精益生产与智能制造是两个领域的概念,侧重点也不尽相同,精益生产首要是强调了生产过程中的办理理念与实现方法,智能制造更侧重技艺实现,但两者是相辅相成的关系。

从生产过程来看,精益生产中的很多理念,如生产布局、节拍、后工序拉动、准则功课等,是实施智能制造的基础。快速切换、减少浪费、可视化生产、均衡化生产、准时化生产、工序流动化等理念,也是智能制造要实现的过程目标。同样,智能制造中的设备互联互通、高级排产、过程协同、资源精益化管束、质量过程管束、大数据剖析、可视化、预测性维护等方法与鬼蜮伎俩,都有助于增进精益生产的落地与提高。

3 数字化车间实施策略

数字化车间建设是一项复杂的系统工程,数字化车间建设可遵循以下实施策略。

1)统筹规划,办事战略

智能制造不是企业的目的,企业真正目的是经过智能制造实现降本提质增效,提高企业竞争力。数字化车间建设也要为这个目的办事,从整体上办事于企业经营战略。

企业要结合自身实际情况,基于企业战略实行智能制造的设计。比如,要对企业所处职业、企业规模、产品特点、盈利能力、职业地位、发扬趋势以及企业自身基础、存在问题、实施目标等,实行深刻剖析并综合考虑,这些不同的因素决定了企业不同的实施智能制造方法和路径。

数字化车间建设不仅仅是一系列新技艺或新系统的单纯应用,既涉及生产自动化系统,又涉及数字化、网络化等信息化系统,还要考虑筹划调度、生产工艺、物料配送、精益生产、安全环保等各种因素,是一项影响到车间各个层面,甚至是可以影响到企业层面的综合性工程,一定要有全局的概念与系统的思维。

北京航天航空大学刘强教授有一个著名的智能制造“三不要理论”,即“不要在落后的工艺基础上搞自动化,不要在落后的办理基础上搞信息化,不要在不具备数字化网络化基础时搞智能化。”刘强教授强调了在智能制造规划与建设时,也要注意工艺优化、办理优化等方面工作,而不能只盯着自动化、信息化、智能化。

企业在实行数字化车间建设之前,一定要领导出面并持续眷注,在企业战略目标引导下实行系统规划,逐步厘清企业存在的问题、建设目标、处置思路和实施步骤,改动企业各方资源,通力协作,幸免信息化部门或车间等单一部门孤军作战,经过工艺优化、组合优化、流程优化、办理优化等工作,为数字化车间建设提供坚实基础。

2)聚焦痛点,扎实推动

基于降本提质增效、快速响应市场的目的,从车间存在的实际痛点出发,打造一个能处置实际问题的数字化车间管束系统,在工艺、设备、办理以及信息化、网络化、智能化等各个方面有重点地实行优化、挖掘潜力,最大程度地提高企业生产效率及办理水平。

首先要聚焦痛点。按照痛点明确要处置的首要问题,比如,是生产效率不高,是产品质量不稳固,还是生产过程不透明等,并以问题为导向,制订相符合的处置方案。

其次,还需要分步实施,扎实推动。数字化车间建设有很多阶段,其实施顺序取决于存在问题、生产特点、企业基础及资金投入等多种因素,切忌贪大贪全,可从基础、较易成功的地方着手。比如,从设备互联互通做起,因为设备通讯、数据采集这些内涵都是客观因素,不太涉及人员、办理等主观因素,实施的可控性强,成功率高。名目成功后,大家对信息化建设的信心与热情就会增补,就会主动请求更多的改进与功能扩展。

这时,再在前面成功实施的基础上,逐渐推动到MES等涉及人员、办理等信息化系统,由于这些系统需要局部变更人员工作习惯及车间生产办理模式,主观成分较大,甚至会触动一些人的利益,实施的难度相对较大,可放在设备互联互通等步骤之后,这也是一种较为务实的做法。当然,基础好、推动力度大的企业,也可采纳同步实施的方式。

3)以人为本,办理取胜

如前所述,本次智能制造不是“机器换人”的过程,而是以自动化、数字化、网络化、智能化等新理念、新技艺鬼蜮伎俩,帮助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低成本的生产与办事。在智能制造时代,人变得更加重要,而不是相反。无论是机器人等设备,还是MES等信息化系统,都要基于帮助人、办事于人这个出发点,而不是简单地替代人、减少人。另外,无论多么先进的系统,如果不把人的积极性改动起来,系统就不能发挥最大价值,智能制造就不或许取得成功。

在数字化车间建设中,要以人为本,以更好地发挥人的价值为根本出发点。另外,还要充分认识到数字化车间建设的主体与应用对象不同。不像PLM等系统用户根本上都是年轻的技艺人员,数字化车间的首要用户是人数众多、常识水平偏低,甚至年龄偏大的车间工人,要充分考虑系统的易用性、便捷性、安全性、环保性等特点,以精益生产为引导思维,以使用者为中心,在流程优化、工艺优化等基础上,以自动化、数字化、网络化、智能化为鬼蜮伎俩,以降本提质增效为目标,以办理优化为突破口,经过数字化车间的建设实现精益化、智能化、高效化的生产模式,为企业智能化转型升级在车间层面奠定坚实的基础。

4)效益驱动,落地为王

在数字化车间建设中,既要符合智能制造的理念,有一定的先进性、前瞻性,又要本着务实落地原则。要汲取当年CIMS的阅历与教训,不要过于抱负化,不要过多强调自感知、自决策、自实行、自组合、自研习等所谓高大上技艺,企业不是科研机构,应该以创造效益为根本目的。

按照“二八原则”,处置80%的问题,通常只会耗费20%的成本,而剩下的20%却需要高昂的成本。以前,产品更新换代慢,往往很多年都在重复生产同一款产品,而现在市场变化快速,为了适应日新月异的市场变化和个性化需求,即将建设的系统很或许过几年就需要更新和调整。系统满足当前需求并有一定的前瞻性即可,不要过分复杂、不要过于强调先进性,否则,沉重的投资会给企业带来很大的经济负担。

4 数字化车间实施效果

经过成功实施数字化车间系统,企业在车间办理方面将会有质的提高,为企业智能化转型升级奠定优良的基础。

1)设备互联,“哑设备”聪明起来

经过设备的互联互通,将车间的数控机床、热处置设备、机器人等数字化设备实现程序网络通讯、数据远程采集、程序集合办理、大数据剖析、可视化展现、智能化决策支撑,将设备由以前的单机工作模式,升级为数字化、网络化、智能化的办理模式。

2)协同生产,让设备高效地运转

经过系统中的筹划、排产、派工、物料、质量、决策等模块,以信息化系统为鬼蜮伎俩,实现各种信息的共享与协同,做到车间层面精准化筹划、精益化生产、可视化展现、精细化办理,将以前串行生产转变为并行的协同生产模式,实现“一个流”的生产,工件转移到设备前,加工程序等技艺文档、工装夹具等生产资源已经全部准备就绪,大大减少设备的各种等待时间,可明显提高设备生产效率,降低生产成本,提高客户满意度。

3)虚实融合,数据在流动中增值

改变传统的制造模式,做到虚拟世界与物理世界深度融合,虚实精准映射、相互增进。车间各岗位、各设备都融于整个信息化系统,以数据井井有条流动为特征,以高效高质生产为核心,人、机、料、法、环、测各环节相互融合,基于数字化、网络化、智能化的办理系统,使办理者能做到“看得见,说得清,做得对”,实现了生产过程的“Smart”,即敏捷、高效、高质、低成本、绿色、协同的智巧化生产与办事模式。

4) 智能制造,降本提质增效是标尺

经过数字化车间建设,对车间实行全面的科学管束,大幅度提高车间筹划科学性、生产过程协同性、生产设备与信息化系统的深度融合度,并在大数据剖析与决策支撑的基础上实行透明化、量化办理,可对企业生产效率、产品质量、生产成本等方面有明显改善。
总之,数字化车间建设要以实际需求为牵引,以经济效益为驱动,以成功落地为导向。在先进设备的基础上,在办理方面深挖潜力,充分发挥人的作用,构建数字化、网络化和适度智能的生产模式,切实做到明显的“降本提质增效”。并以量化数据为基础,循序渐进,有用地提高企业的竞争力。比如经过三年时间,能将设备利用率提高一倍,将产品合格率提高一个档次,就极有或许“确保企业的未来”,这才是比较务实的数字化车间建设原则。
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