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智造單元、智能制造的抓手
行業新聞 更新時間:2017/9/20 19:47:24 點擊:802
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  智能制造 正在成為不可逆轉的制造趨勢,而智造單元,正是智能制造落地最有效的抓手。智造單元,是設計與實施智造工廠的有效組線模式。作為一個最小的數字化工廠,提供了一個完整的多品種小批量的解決方案。甚至可以在不影響產線運轉的情況下,實現多種設備的在線入列和出列的切換。
 
智造單元 | 工業新概念定義
智造單元,是實現數字化工廠的基本工作單元。針對裝備制造業的離散加工現場,把一組能力相近的加工設備和輔助設備進行模塊化、集成化、一體化,實現數字化工廠各項能力的相互接口,具備多品種少批量(單件)產品生產能力輸出的組織模塊。它從資源軸、 管理軸和執行軸這三個角度,來實現基本工作單元的模塊化、自動化、信息化,從而實現工廠的數字化、高效率運轉。
 
智造單元的工作機制
智造單元可以由“一個現場,三個軸向”來說明,包括:資源軸向、內向管理軸向和工作執行軸向。
資源軸上,主要是對人員、流程、產品、設備的管理。資源可以是任何活動的對象,也可以是執行這些活動的前瞻主題。特別值得注意的是,員工是寶貴的資產。工廠工人在物理世界生產產品,不管職務是不是管理者,都會做決定并給其他人下達指示。
而管理軸則是質量、成本、交期、安全,是生產過程中核心輸出的要素管控與運維;而在執行軸PDCA,則是標準的戴明環,也就是計劃(Plan)、執行(Do)、檢查(Check)、糾正(Action)。
這三個視圖,綜合地表達了智能制造的價值創造,其實是人類和各種設備活動的過程與結果的綜合表達。
這種方式與日本旨在解決智能制造的工業價值鏈促進會IVI的理念完全一致。日本IVI在 2016年12月提出了“工業價值鏈參考架構”,旨在推動“智能工廠”的實現。
這正好把智造單元的三個軸向定義詮釋得很清楚,任何一個點均可以說明一個事件。只不過IVRA強調環境的管理,而智造單元關注了安全的方向。
在明確了工廠現場的三大主軸之后,智能制造的建設路徑就浮出水面。通過智造單元的組合,整個智能工廠的建設,就可以通過模塊化、分區化的方式,進行自由的升級組合,從而大大提高智能工廠的建設效率。
 
智造單元的構成
智造單元的模塊構成包括:現場自動化、信息化和智能化。
從體系機構上看,包括模塊化、單元化、集成化和一體化四部分。模塊化和單元化可以令產品快速得到推廣,集成化服務于一條產線,一體化解決了一個系統范疇的智造生態環境。
再從軟件體系看,它以MES為核心,可以獨立運行,而智造單元的系統則可自由兼容工廠原有的軟件。向下跟MDC/DNC連接,或者通過物聯直接與設備相連;向上連接至PLM、CAPP、ERP;橫向與倉儲管理系統WMS對接;而在生產任務執行上,則可以連接高級優化排產系統APS上,實現自動優化排產,實現高效生產。
智造單元與數字工廠的落成,絕不是智能體系的完成,而只是一個開始。因為在戴明環PDCA中,需要有一種持續改善的推動力——而人是最為重要的環節。物理實體和數字虛體的CPS場景建設,是系統集成商可以完成的;但人的經驗和判斷,必須有客戶在現場生產線上的參與才可以執行。所以說,一個智能制造的現場循環往復升級一定是三者相加才可以運行,單純任何一方建造一個智能工廠都不是客觀的表達。
PDCA中最為核心的就是推動改善的動力源和方向,只有把人的因素考慮進來,那么這個戴明環才有了運轉方向。這種基于人的優化,將人放在閉環之中,不斷循環,才能逐漸形成智能部分,這就是智能制造的核心。
智造單元最為重要的地方,就是將“人機網”一體化。“人機物”與“信息流、物流”緊密地融合在一起。與傳統的“智能制造”過于強調“智能”的自決策性不同,智造單元一開始就將人納入閉環之中,使得成為人機協作的典范。這就非常有實效的適應了實施智能制造初期的基礎環境。
 
設備世家 四世同堂
智造單元的基本價值觀是,工廠現有的投資,需要得到最大的保護與傳承。這就意味著,繼往投入的設備等各種資產在將來可以被重復使用。一方面生產自動化的柔性大幅度提高,同時,智造單元的思想,可以把車間人工作業單元作為一個能力中心,一體化進入車間或公司的智能生態系統。由于重用性的提高,人工單元能力中心的一體化進入,對既有設備的投資,具有非常強的保護,同時,又在整體的智能生態下最大化的實現現場設備的效率和效能。這種四代同堂設備的運維方式,正是通過智造單元得以實現,體現了自動化、模塊化和數字化的疊加效果。
有了以上的硬件、軟件和模塊化組合,那么智能單元,就可以完成自由的組合,實現分扇區、分階段、分設備,對同一個工廠的不同設備、甚至同一條線的不同設備,進行“設備解列”與“設備入列”的在線切換模式。
在現有的工廠中,往往存在各種不同型號、不同代級的設備,完全可以稱為“設備世家 四世同堂”。現場有許多原來的老設備,維護得也很好;也有新設備,包括機器人、自動機械手等。如何將跨年代、跨型號的設備有效連接和升級改造,而不是簡單地一刀切地淘汰,是一個頭疼的現場問題。實際上,在這些裝備中,有些是可以直接進產線的,有些是可以通過改造后進入產線的。
那么,如何讓老設備和新設備并肩作戰發揮作用?
智造單元考慮到四代同堂設備的現狀,分析不同設備的信息采集機制,通過靈活的信息收集方式,有些設備不需要聯網通信,只需采集信號;而有的設備,則可以采用多接口集成器,區別不同的數采方式,將各種設備集成進來。
由于智造單元具有豐富的模塊化接口,在現場可以采用“空間換時間”的措施,實現多設備共線運行。例如在生產現場,可能存在特別大型的設備,不便于搬運,那么就采用“空間換時間”的智能制造組線模式,通過智能物流采用AGV把各單元線無縫連起來。而對于單向鏈很長的產品,或者多個產品,則可以采用多個智造單元的陣列形式,其物資存取,可以是一個庫,也可以是多個庫。
這就意味著“以人為本、智造先行”的理念,將數字化工廠從大到小、自上而下開始拆分,從工廠到車間、到產線、到生產島、到單機設備的規劃布局;使用自下而上的方式進行實施,單機設備、單元島、智造單元、智造產線、數字化工廠,逐漸嵌套式、單元化處理,體現了智能制造的柔性,充分發揮數字化、網絡化的特點。
 
小結
要實現智能制造,要兼顧投資和未來發展的需要,更為重要的是,一定要兼容企業現有的軟件體系,傳遞和延續客戶沉淀的管理智慧以及原軟件體系的價值。這種情況下,往往需要同線齊進(產線不斷,實現設備解列升級)、多階段混合(半自動化、半數字化相混合)、設備四世同堂(各種不同年代的設備同時推進),則意味智能制造的落地,必然是由各種智造單元所組成。而智造單元,正是通向智能制造的必經之路。
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