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      1. ?智能工廠建設的核心要素

        鴻富華智能 | 2021-03-25


        智能工廠的核心點是利用物聯網技術和設備監控技術加強信息管理和服務;清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確的采集生產線數據,以及合理的生產計劃編排與生產進度。
        當前,智能制造是大趨勢,走在前端的制造業工廠都已經開始將建設智能工廠列入戰略發展計劃。智能工廠的布局十分繁雜,很多因素都會決定智能工廠建設的成敗。目前已知的核心要素如下:

         

        一、數據的采集和管理

         數據是智能工廠建設的血液,在各應用系統之間流動。在智能工廠運轉的過程中,會產生設計、工藝、制造、倉儲、物流、質量、人員等業務數據,這些數據可能分別來自ERP、MES、APS、WMS、QIS等應用系統。
         生產過程中需要及時采集產量、質量、能耗、加工精度和設備狀態等數據,并與訂單、工序、人員進行關聯,以實現生產過程的全程追溯。
        此外,在智能工廠的建設過程中,需要建立數據管理規范,來保證數據的一致性和準確性。還要預先考慮好數據采集的接口規范,以及SCADA(監控和數據采集)系統的應用。
        企業需要根據采集的頻率要求來確定采集方式,對于需要高頻率采集的數據,應當從設備控制系統中自動采集。
        另外,必要時,還應當建立專門的數據管理部門,明確數據管理的原則和構建方法,確立數據管理流程與制度,協調執行中存在的問題,并定期檢查落實優化數據管理的技術標準、流程和執行情況。

         

        二、設備聯網

        實現智能工廠乃至工業4.0,推進工業互聯網建設,實現MES應用,最重要的基礎就是要實現M2M,也就是設備與設備之間的互聯,建立工廠網絡。

            企業應該對設備與設備之間如何互聯,采用怎樣的通信方式、通信協議和接口方式等問題建立統一的標準。在此基礎上,企業可以實現對設備的遠程監控,機床聯網之后,可以實現DNC(分布式數控)應用。設備聯網和數據采集是企業建設工業互聯網的基礎。

         

        三、工廠智能物流

        推進智能工廠建設,生產現場的智能物流十分重要,尤其是對于離散制造企業。智能工廠規劃時,要盡量減少無效的物料搬運。
        很多制造企業在裝配車間建立了集中揀貨區(Kitting Area),根據每個客戶訂單集中配貨,并通過DPS(Digital Picking System)方式進行快速揀貨,配送到裝配線,消除了線邊倉。
        離散制造企業在兩道機械工序之間可以采用帶有導軌的工業機器人、桁架式機械手等方式來傳遞物料,還可以采用AGV、RGV(有軌穿梭車)或者懸掛式輸送鏈等方式傳遞物料。
        立體倉庫和輥道系統的應用,也是企業在規劃智能工廠時,需要進行系統分析的問題。

         

        四、生產質量管理和設備管理

        提高質量是企業永恒的主題,在智能工廠規劃時,生產質量管理和設備管理更是核心的業務流程。貫徹質量是設計、生產出來,而非檢驗出來的理念。
        質量控制在信息系統中需嵌入生產主流程,如檢驗、試驗在生產訂單中作為工序或步驟來處理;質量控制的流程、表單、數據與生產訂單相互關聯、穿透;構建質量管理的基本工作路線:質量控制設置→檢測→記錄→評判→分析→持續改進。
        設備是生產要素,發揮設備的效能(OEE—設備綜合效率)是智能工廠生產管理的基本要求。
        OEE的提升標志產能的提高和成本的降低。生產管理信息系統需設置設備管理模塊,使設備釋放出最高的產能,通過生產的合理安排,使設備尤其是關鍵、瓶頸設備減少等待時間。
        在設備管理模塊中,要建立各類設備數據庫、設置編碼,及時對設備進行維保;通過實時采集設備狀態數據,為生產排產提供設備的能力數據;建立設備的健康管理檔案,根據積累的設備運行數據建立故障預測模型,進行預測性維護,最大限度地減少設備的非計劃性停機;要進行設備的備品備件管理。

         

        五、智能廠房設計

        智能廠房除了水、電、汽、網絡、通信等管線的設計外,還要規劃智能視頻監控系統、智能采光與照明系統、通風與空調系統、智能安防報警系統、智能門禁一卡通系統、智能火災報警系統等。
        采用智能視頻監控系統,可以判斷監控畫面中的異常情況,并以最快和最佳的方式發出警報或觸發其它動作。
        整個廠房的工作分區(加工、裝配、檢驗、進貨、出貨、倉儲等)應根據工業工程的原理進行分析,可以使用數字化制造仿真軟件對設備布局、產線布置、車間物流進行仿真。
        在廠房設計時,還應當思考如何降低噪音,如何能夠便于設備靈活調整布局,多層廠房如何進行物流輸送等問題。

         

        六、智能裝備的應用

        制造企業在規劃智能工廠時,必須高度關注智能裝備的最新發展。機床設備正在從數控化走向智能化,很多企業在設備上下料時采用了工業機器人。
        未來的工廠中,金屬增材制造設備將與切削加工(減材)、成型加工(等材)等設備組合起來,極大地提高材料利用率。
        除了六軸的工業機器人之外,還應該考慮SCARA機器人和并聯機器人的應用,而協作機器人則將會出現在生產線上,配合工人提高作業效率。

         

        七、智能產線規劃

        智能產線是智能工廠規劃的核心環節,企業需要根據生產線要生產的產品族、產能和生產節拍,采用價值流圖等方法來合理規劃智能產線。
        智能產線的特點是:
        a.在生產和裝配的過程中,能夠通過傳感器、數控系統或RFID自動進行生產、質量、能耗、設備績效(OEE)等數據采集,并通過電子看板顯示實時的生產狀態,能夠防呆防錯;
        b.通過安燈系統實現工序之間的協作;
        c.生產線能夠實現快速換模,實現柔性自動化;能夠支持多種相似產品的混線生產和裝配,靈活調整工藝,適應小批量、多品種的生產模式;
        d.具有一定冗余,如果出現設備故障,能夠調整到其他設備生產;
        e.針對人工操作的工位,能夠給予智能的提示,并充分利用人機協作。
        設計智能產線需要考慮如何節約空間,如何減少人員的移動,如何進行自動檢測,從而提高生產效率和生產質量。

         

        八、制造執行系統MES

        MES是智能工廠規劃落地的著力點,上接ERP系統,下接現場的PLC程控器、數據采集器、條形碼、檢測儀器等設備。MES旨在加強MRP計劃的執行功能,貫徹落實生產策劃,執行生產調度,實時反饋生產進展:
        a.面向生產一線工人:指令做什么、怎么做、滿足什么標準,什么時候開工,什么時候完工,使用什么工具等;記錄“人、機、料、法、環、測”等生產數據,建立可用于產品追溯的數據鏈;反饋進展、反饋問題、申請支援、拉動配合等;
        b.面向班組:發揮基層班組長的管理效能,班組任務管理和派工;
        c.面向一線生產保障人員:確保生產現場的各項需求,如料、工裝刀量具的配送,工件的周轉等等。
        為提高產品準時交付率、提升設備效能、減少等待時間,MES系統需導入生產作業排程功能,為生產計劃安排和生產調度提供輔助工具,提升計劃的準確性。

         

        九、生產無紙化

        隨著信息化技術的提高和智能終端成本的降低,在智能工廠規劃可以普及信息化終端到每個工位。
        操作工人將可在終端接受工作指令,接受圖紙、工藝、更單等生產數據,可以靈活的適應生產計劃變更、圖紙變更和工藝變更。

         

        十、生產監控及指揮系統

        流程行業企業的生產線配置了DCS系統或PLC控制系統,通過組態軟件可以查看生產線上各個設備和儀表的狀態,但絕大多數離散制造企業還沒有建立生產監控與指揮系統。
        實際上,離散制造企業也非常需要建設集中的生產監控與指揮系統,在系統中呈現關鍵的設備狀態、生產狀態、質量數據,以及各種實時的分析圖表。
        通過看板直觀展示,提供多種類型的內容呈現,輔助決策。
         
        總之,要做好智能工廠的規劃,需要綜合運用這些核心要素,從各個視角綜合考慮,從投資預算、技術先進性、投資回收期、系統復雜性、生產的柔性等多個方面進行綜合權衡、統一規劃,建立具有前瞻性和實效性的智能工廠。
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