数字化车间,智能制造主战�。�
宣布日期:
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:“在价值创立历程中,其焦点是通过车间生产将质料转化为产品——这可以称为生产性转化。”

在制造型企业,车间处于很是主要的位置。企业价值最终体现在产品与服务上,而车间是企业中将种种图纸转变为产品的主要场合,是决议生产效率与产品质量的主要环节,车间往往也是企业中员工数目最多的组织。因此,在很洪流平上,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:“推进制造历程智能化,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主要一环,是制造企业实验智能制造的主战场,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

现在,海内外对数字化车间还没有标准的界说,笔者基于自己的明确,对数字化车间举行如下形貌:

数字化车间是基于生产装备、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、生产组织、历程控制等环节优化治理的基础上,通过数字化、网络化、智能化等手段,在盘算机虚拟情形中,对人、机、料、法、环、测等生产资源与生产历程举行设计、治理、仿真、优化与可视化等事情,以信息数字化及数据流动为主要特征,对生产资源、生产装备、生产设施以及生产历程举行细腻、精准、迅速、高效地治理与控制。数字化车间是智能车间的第一步,也是智能制造的主要基础。

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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基本术语,其中“数字化”的内在包括可是并不限于数字化自己,而是将数字化、网络化要素集成为一体并在内在上有所扩大的“数字化”看法,其基本寄义与德国工业4.0中的“Smart(智巧)”相对应,与中国工程院提出“数字化网络化”的智能制造第二范式相对应。本文以下通常提及“数字化车间”之处,皆接纳该术语内在。

许多人以为,大宗采购和引入数字化装备是建设好数字化车间的条件。这是一个很大的误解:数字化装备与数字化车间之间既非须要条件,也非充分条件。即便车间中全是数字化装备,若是没有实现装备的互联互通,没有实现生产历程的数字化治理,数据没有实现真正的有序流动,也不可称之为数字化车间。相反,即便车间里的装备不全是数字化装备,但经由“三哑刷新”,装备被接入信息化系统,生产历程实现数字化、网络化与智能化(如智能排产、决议支持剖析等),对生产妄想、生产资源、生产进度与产品质量等数据在信息化系统中举行有用治理,并可以凭证生产需要举行有序流动,也可算是数字化车间。好比,在打扮加工等劳动麋集型企业都可以通过数字化、网络化刷新实现车间的数字化治理。

关于数字化车间建设,我们可以参考德国工业4.0中对“智能工厂”的界说:重点研究智能化生产系统及历程,以及网络化漫衍式生产设施的实现。前半句“智能化生产系统及历程”,指除了包括智能化的机床、机械人等生产设施以外,还包括对生产历程的智巧化管控,站在信息化的角度,就是智巧化的MES制造执行系统。此后半句:“以及网络漫衍式生产设施的实现”,是指将生产所用的生产装备与设施(如机床、热处置惩罚装备、机械人、AGV、丈量测试装备等种种数字化装备),举行互联互通、智巧化的治理,实现信息化系统与物理系统的深度融合。现在许多企业实验的装备物联网(包括古板的DNC/MDC功效)是其主要的体现形式。

从中可以看到,数字化车间建设有三条主线,一条是以机床、热处置惩罚装备、机械人、丈量测试装备等组成的自动化装备与相关设施,实现生产历程的准确化执行,这是数字化车间的物理基础。

第二条线是以MES为中心的智巧化管控系统,实现对妄想调理、生产品流、工艺执行、历程质量、装备治理等生产历程各环节及要素的细腻化管控,这是典范的赛博系统。

第三条主线是在互联互通的装备物联网基础上,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装备,构建车间级的CPS系统,实现了赛博与物理两个天下的相互作用、深度融合。

三条主线交汇,实现数据在自动化装备、信息化系统之间凭证人的意愿举行有序流动,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、低本钱的生产模式,提升企业竞争力。

2?精益头脑要贯串始终

若是说装备、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”,要贯串数字化建设的始终。

1)精益生产,智能制造的主要指导头脑

精益生产是治理学史上主要的实践效果之一,深刻地影响着汽车工业,以致全球制造业。精益生产基本头脑和追求的治理目的,并没有随着智能制造的生长而落伍,恰恰相反,精益头脑是企业举行智能制造系统构建的主要指导头脑之一。

在此,笔者总结出五条可以指导智能制造建设的精益头脑原则。

① 关注客户价值
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权衡。在前端要买通客户真实需求之间的接口,在企业内部,以客户需求来界说自己的产品与服务。若是系统不可知足客户对高质、高效、低本钱、高知足度的要求,即即是装备或手艺很是先进,也不可算是一个乐成的智能制造项目。

② 识别并消除铺张
企业在实验智能制造系统之前,应当对流程中种种铺张举行梳理与改善。精益生产中将制造过多过早、库存、搬运、期待、不须要的作业、不须要的行动以及不良品流窜这七种形式,归纳为七大铺张,这七大铺张是企业生产效率不高、盈利能力缺乏的泉源,需要一直举行完善与消除。若是这些问题没解决,就直接实验智能制造,很可能是用系统的方法把铺张固化下来,既损失了改善的时机,又增添了不须要的投入。

好比,没有对库存过多的铺张举行改善,就投入大宗财力物力去建设智能化的立体客栈;没有对行动铺张举行改善,就引进机械人或机械臂去从事这些本属于铺张的行动,这些都造成了很大的铺张。

③价值的快速流动
精益生产强调价值流的快速流动,包括物理结构工艺流程化,信息转达自动化,以及人、产线装备、仓储物流之间高效协同化。若是在物理结构上有大宗断点保存,就会给智能制造的排产与调理带来了更大重漂后。

在系统整体运转的历程中,尽可能多地消除障碍和期待,需要将人、产线装备、仓储物流之间的相互协作机制、信息转达机制、防错与纠错机制,在统一的系统框架内举行设计与建设。

④高度柔性与顺应性
精益生产的柔性是指通过快速切换(SMED)的实验与改善,实现产线在生产差别型号、差别设置,甚至是差别种类产品时,可以凭证需要举行快速切换。

在小品种多批量、客户需求千变万化的今天,智能制造建设也必需要思量产线柔性与顺应性等问题,不然就可能造成大宗投资的铺张。

⑤精美绝伦原则
精益生产中标准作业、自工序完结、良品条件建设与维持、质量内建、安灯控制、防错与纠错机制、转变点治理、全员生产性维持(TPM)等术语之下,都有一套品质维持的理念、原则与要领,这些原则和要领同样可以指导智能制造的建设。

好比,上下工序之间,装备与零件部之间都需要建设全数良品的加工条件与标准,当条件爆发偏离时,应当向相关职员发出异常提醒,甚至阻止生产。若是智能制造系统缺少这样的机制,自动化水平越高,损失往往越大。

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2)智能制造,精益生产的有用使能手段

经由几十年的生长,精益生产已经成为制造业的主要指导头脑。在手艺快速前进的今天,智能制造又可以很好地增进精益生产的落地与进一步生长。

古板精益生产目视治理有许多很有用的手段和要领,好比5S治理、安灯、标准作业三票、可视化看板等要领。这些要领可以直观地提醒爆发问题的区域、工位、或是机台、质料等信息,可是要深究问题的基础缘故原由还需要大宗的视察与剖析,当变异的条件爆发转变时,会给剖析带来许多难题。

而智能制造以数字化、网络化、智能化等新手艺、新手段就可以较容易地解决这些问题。好比:

识别铺张是精益改善的主要组成部分,除了古板的精益手法,通过装备物联网系统收罗装备稼动率、待机缘故原由等,能够准确地识别出装备使用等方面的铺张;通过MES系统对物料、工具等举行精益化库存治理,可以显着地镌汰库存的铺张;通过APS高级排产优化生产妄想,可以镌汰职员与装备期待的铺张等等。

实现流的生产、平衡化生产是个一直改善的历程,但在离散制造车间,生产装备动辄上百台、工序上千上万项,怎样包管这些工序在差别装备上生产的平衡化、流动化?若是只靠人的履历很难实现这种生产方法,很容易造成装备忙闲不均,造成工序的期待或障碍。通过APS高级排产以及生产历程协同治理等信息化手段,就可以有用解决这些问题,有助于实现产品“流”的生产及生产的平衡化。

品质改善的目的是确保输生产品品质一致。但由于生产条件种种转变,好比装备故障、热处置惩罚温度、刀具磨损等,都可能导致产品质量不稳固。通过装备状态、工艺参数、刀具磨损等的实时监控,就可以快速发明问题,包管生产历程的受控,有用地提升产品品质。

作为主要的使能手段,智能制造不但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生长。

看板(Kanban)是精益生产中转达信号与控制生产的工具,分传送看板和生产看板两种。古板的看板大多以卡片、纸张等形式保存,通常以手动方法举行填写。但在智能制造历程中,这些数据可以通过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。

知识内建与治理也是精益生产中的主要理念。在精益运行优异的企业,都很是重视对知识的治理与传承。以前主要是靠师傅言传身教、标准作业文件与流程制度等古板方法,保存学习时间长、可复制性差等弱点。通过数字化、网络化、智能化等智能制造新手艺、新手段,可以将知识体现在流程与系统中,隐性知识显性化,对知识的沉淀、传承、挖掘、使用都具有主要的增进作用。

现在,公共所熟知的精益生产治理要领与实现手段总结于上世纪八十年月,带有显着的时代特征。但事实上,若是现在重新去研究今天的丰田汽车,就会发明着实现方法已经爆发了重大的改变,体现了自动化、数字化、网络化、智能化等许多最新手艺效果。因此,精益生产的理念与手段也应该随着智能制造的生长而生长。

3)殊途同归,精益智能共促企业良性生长

虽然精益生产与智能制造是两个领域的看法,着重点也不尽相同,精益生产主要是强调了生产历程中的治理理念与实现要领,智能制造更着重手艺实现,但两者是相辅相成的关系。

从生产历程来看,精益生产中的许多理念,如生产结构、节奏、后工序拉动、标准作业等,是实验智能制造的基础�?焖偾谢弧蕴陶拧⒖墒踊⑵胶饣⒆际被⒐ば蛄鞫壤砟�,也是智能制造要实现的历程目的。同样,智能制造中的装备互联互通、高级排产、历程协同、资源精益化管控、质量历程管控、大数据剖析、可视化、展望性维护等要领与手段,都有助于增进精益生产的落地与提升。

3?数字化车间实验战略

数字化车间建设是一项重大的系统工程,数字化车间建设可遵照以下实验战略。

1)统筹妄想,服务战略

智能制造不是企业的目的,企业真正目的是通过智能制造实现降本提质增效,提升企业竞争力。数字化车间建设也要为这个目的服务,从整体上服务于企业谋划战略。

企业要团结自身现真相形,基于企业战略举行智能制造的设计。好比,要对企业所处行业、企业规模、产品特点、盈利能力、行业职位、生长趋势以及企业自身基础、保存问题、实验目的等,举行深入剖析并综合思量,这些差别的因素决议了企业差别的实验智能制造要领和路径。

数字化车间建设不但仅是一系列新手艺或新系统的纯粹应用,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,还要思量妄想调理、生产工艺、物料配送、精益生产、清静环保等种种因素,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,一定要有全局的看法与系统的头脑。

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“不要在落伍的工艺基础上搞自动化,不要在落伍的治理基础上搞信息化,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妄想与建设时,也要注重工艺优化、治理优化等方面事情,而不可只盯着自动化、信息化、智能化。

企业在举行数字化车间建设之前,一定要向导出面并一连关注,在企业战略目的指导下举行系统妄想,逐步厘清企业保存的问题、建设目的、解决思绪和实验办法,调动企业各方资源,通力相助,阻止信息化部分或车间等简单部分孤军作战,通过工艺优化、组织优化、流程优化、治理优化等事情,为数字化车间建设提供坚实基础。

2)聚焦痛点,扎实推进

基于降本提质增效、快速响应市场的目的,从车间保存的现实痛点出发,打造一个能解决现实问题的数字化车间管控系统,在工艺、装备、治理以及信息化、网络化、智能化等各个方面有重点地举行优化、挖掘潜力,最洪流平地提升企业生产效率及治理水平。

首先要聚焦痛点。凭证痛点明确要解决的主要问题,好比,是生产效率不高,是产品质量不稳固,照旧生产历程不透明等,并以问题为导向,制订响应的解决计划。

其次,还需要分步实验,扎实推进。数字化车间建设有许多阶段,着实施顺序取决于保存问题、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、较易乐成的地方着手。好比,从装备互联互通做起,由于装备通讯、数据收罗这些内容都是客观因素,不太涉及职员、治理等主观因素,实验的可控性强,乐成率高。项目乐成后,各人对信息化建设的信心与热情就会增添,就会自动要求更多的刷新与功效扩展。

这时,再在前面乐成实验的基础上,逐渐推进到MES等涉及职员、治理等信息化系统,由于这些系统需要部分变换职员事情习惯及车间生产治理模式,主观因素较大,甚至会触动一些人的利益,实验的难度相对较大,可放在装备互联互通等办法之后,这也是一种较为务实的做法。虽然,基础好、推进力度大的企业,也可接纳同步实验的方法。

3)以人为本,治理取胜

如前所述,本次智能制造不是“机械换人”的历程,而是以自动化、数字化、网络化、智能化等新理念、新手艺手段,资助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低本钱的生产与服务。在智能制造时代,人变得越发主要,而不是相反。无论是机械人等装备,照旧MES等信息化系统,都要基于资助人、服务于人这个起点,而不是简朴地替换人、镌汰人。另外,无论何等先进的系统,若是不把人的起劲性调动起来,系统就不可施展最大价值,智能制作育不可能取得乐成。

在数字化车间建设中,要以人为本,以更好地施展人的价值为基本起点。另外,还要充分意识到数字化车间建设的主体与应用工具差别。不像PLM等系统用户基本上都是年轻的手艺职员,数字化车间的主要用户是人数众多、文化水平偏低,甚至年岁偏大的车间工人,要充分思量系统的易用性、便捷性、清静性、环保性等特点,以精益生产为指导头脑,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、智能化为手段,以降本提质增效为目的,以治理优化为突破口,通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涤讪坚实的基础。

4)效益驱动,落地为王

在数字化车间建设中,既要切合智能制造的理念,有一定的先进性、前瞻性,又要本着务实落地原则。要罗致昔时CIMS的履历与教训,不要过于理想化,不要过多强调自感知、自决议、自执行、自组织、自学习等所谓高峻上手艺,企业不是研究机构,应该以创立效益为基础目的。

凭证“二八原则”,解决80%的问题,通常只会泯灭20%的本钱,而剩下的20%却需要高昂的本钱。以前,产品更新换代慢,往往许多年都在重复生产统一款产品,而现在市场转变快速,为了顺应日新月异的市场转变和个性化需求,即将建设的系统很可能过几年就需要更新和调解。系统知足目今需求并有一定的前瞻性即可,不要太过重大、不要过于强调先进性,不然,极重的投资会给企业带来很大的经济肩负。

4?数字化车间实验效果

通过乐成实验数字化车间系统,企业在车间治理方面将会有质的提升,为企业智能化转型升级涤讪优异的基础。

1)装备互联,“哑装备”智慧起来

通过装备的互联互通,将车间的数控机床、热处置惩罚装备、机械人等数字化装备实现程序网络通讯、数据远程收罗、程序集中治理、大数据剖析、可视化展现、智能化决议支持,将装备由以前的单机事情模式,升级为数字化、网络化、智能化的治理模式。

2)协同生产,让装备高效地运转

通过系统中的妄想、排产、派工、物料、质量、决议等�?�,以信息化系统为手段,实现种种信息的共享与协同,做到车间层面精准化妄想、精益化生产、可视化展现、细腻化治理,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,工件转移到装备前,加工程序等手艺文档、工装夹具等生产资源已经所有准备停当,大大镌汰装备的种种期待时间,可显着提升装备生产效率,降低生产本钱,提高客户知足度。

3)虚实融合,数据在流动中增值

改变古板的制造模式,做到虚拟天下与物理天下深度融合,虚实精准映射、相互增进。车间各岗位、各装备都融于整个信息化系统,以数据有序流动为特征,以高效高质生产为焦点,人、机、料、法、环、测各环节相互融合,基于数字化、网络化、智能化的治理系统,使治理者能做到“看得见,说得清,做得对”,实现了生产历程的“Smart”,即迅速、高效、高质、低本钱、绿色、协同的智巧化生产与服务模式。

4) 智能制造,降本提质增效是标尺

通过数字化车间建设,对车间举行周全的科学管控,大幅度提升车间妄想科学性、生产历程协同性、生产装备与信息化系统的深度融合度,并在大数据剖析与决议支持的基础上举行透明化、量化治理,可对企业生产效率、产品质量、生产本钱等方面有显着改善。
总之,数字化车间建设要以现实需求为牵引,以经济效益为驱动,以乐成落地为导向。在先进装备的基础上,在治理方面深挖潜力,充分验展人的作用,构建数字化、网络化和适度智能的生产模式,切实做到显着的“降本提质增效”。并以量化数据为基础,循序渐进,有用地提升企业的竞争力。好比通过三年时间,能将装备使用率提高一倍,将产品及格率提升一个层次,就极有可能“确保企业的未来”,这才是较量务实的数字化车间建设原则。
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