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昆山机械制造工厂要实现向“智”造工厂转型,离不开此六大要素

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发表时间:2019-03-05 11:36

工业4.0与平台经济密切相关,最重要的关联点就是智能工厂。当今世界,从传统制造业走向先进的智能工业,都离不开制造业这核心, 即由制造向“智”造的全面升级。

在智能工厂中,整个生产流程和供应链都是虚拟的,而且高度柔性化,最极端的批量为1件产品。而这些都是由单独的个人订单所驱动。智能工厂可以广泛地生产智能产品,后者是通过高度互联的物理实体、设备和机器,从而产生大量的数据。通过有意义的分析、解读、连接和补充,这些数据可以重新定义,成为“智能数据”。


无论称为工业4.0或工业互联网,精密机械加工其本质均是机器的连接,包括将机器与机器互联,与专家系统互联以及与管理执行系统互联等。工业互联网不仅是将工业网络扩展到设备级架构,还包括将安全、运动、机器对机器智能、自动维护资源和企业连接性融入到目前难以企及的制造智能。

智能工厂建设的六个要素

1、设备互联:汽车配件加工能够实现设备与设备互联(M2M)。通过与设备控制系统集成,以及外接传感器等方式,由SCADA(数据采集与监控系统)实时采集设备的状态,生产完工的信息、质量信息,并通过应用RFID(无线射频技术)、条码(一维和二维)等技术,实现生产过程的可追溯。

2、工业软件:电子配件加工广泛应用MES(制造执行系统)、APS(先进生产排程)、能源管理、质量管理等工业软件,实现生产现场的可视化和透明化。在新建工厂时,可以通过数字化工厂仿真软件,进行设备和产线布局、工厂物流、人机工程等仿真,确保工厂结构合理。在推进数字化转型的过程中,必须确保工厂的数据安全和设备和自动化系统安全。在通过专业检测设备检出次品时,不仅要能够自动与合格品分流,而且能够通过SPC(统计过程控制)等软件,分析出现质量问题的原因。

3、精益生产:体现工业工程和精益生产的理念,能够实现按订单驱动,拉动式生产,尽量减少在制品库存,消除浪费。推进智能工厂建设,要充分结合企业产品和工艺特点。在研发阶段也需要大力推进标准化、模块化和系列化,奠定推进精益生产的基础。

4、柔性自动化:结合企业的产品和生产特点,持续提升生产、检测和工厂物流的自动化程度。产品品种少、生产批量大的企业可以实现高度自动化,乃至建立黑灯工厂;小批量、多品种的企业则应当注重少人化、人机结合,不要盲目推进自动化,应当特别注重建立智能制造单元。工厂的自动化生产线和装配线应当适当考虑冗余,避免由于关键设备故障而停线;同时,应当充分考虑如何快速换模,能够适应多品种的混线生产。物流自动化对于实现智能工厂至关重要,企业可以通过AGV、行架式机械手、悬挂式输送链等物流设备实现工序之间的物料传递,并配置物料超市,尽量将物料配送到线边。质量检测的自动化也非常重要,机器视觉在智能工厂的应用将会越来越广泛。此外,还需要仔细考虑如何使用助力设备,减轻工人劳动强度。

5、环境友好:实现绿色制造,能够及时采集设备和产线的能源消耗,实现能源高效利用。在危险和存在污染的环节,优先用机器人替代人工,能够实现废料的回收和再利用。

6、实时洞察:从生产排产指令的下达到完工信息的反馈,实现闭环。通过建立生产指挥系统,实时洞察工厂的生产、质量、能耗和设备状态信息,避免非计划性停机。通过建立工厂的Digital Twin(数字映射),方便地洞察生产现场的状态,辅助各级管理人员做出正确决策。

智能工厂的成功之道

1、 进行整体规划

实现IT系统与自动化系统的信息集成;处理来源多样的异构数据,包括设备、生产、物料、质量、能耗等海量数据;应当进行科学的厂房布局规划,在满足生产工艺要求,优化业务流程的基础上,提升物流效率,提高工人工作的舒适程度。智能工厂的推进需要企业的IT部门、自动化部门、精益推进部门和业务部门的通力合作。制造企业应当做好智能工厂相关技术的培训,选择有实战经验的智能制造咨询服务机构,共同规划推进智能工厂建设的蓝图。在规划时应注意行业差异性,因为不同行业的产品制造工艺差别很大,智能工厂建设的目标和重点也有显著差异。

2、 建立明确的标准体系

在智能工厂的建设中,企业往往会忽视管理与技术标准的建立,容易造成缺少数据标准,一物多码;作业标准执行不到位;缺失设备管理标准,不同的设备采用不同的通讯协议,造成设备集成难度大;管理流程复杂,职权利不匹配;质检标准执行不到位,导致批次质量问题多等问题。因此,需要建立明确的智能工厂标准,例如,业务流程管理规范、设备点检维护标准和智能工厂评估标准等管理规范,智能装备标准、智能工厂系统集成标准、工业互联网标准以及主数据管理标准等技术标准。

3、 重视智能加工单元建设

目前,智能加工单元在我国制造企业的应用还处于起步阶段,但必然是发展的方向。智能加工单元可以利用智能技术将CNC、工业机器人、加工中心以及自动化程度较低的设备集成起来,使其具有更高的柔性,提高生产效率。

4、强调人机协作而不是机器换人

智能工厂的终极目标并不是要建设成无人工厂,而应追求在合理成本的前提下,满足市场个性化定制的需求。因此,人机协作将成为智能工厂未来发展的主要趋势。人机协作的最大特点是可以充分利用人的灵活性完成复杂多变的工作任务,在关键岗位上,更需要人的判断能力和决策能力显得更为重要,而机器人则擅长重复劳动。

5、积极应用新兴技术

未来,AR(Augmented Reality,增强现实)技术,将被大量应用到工厂的设备维护和人员培训中。工人带上AR眼镜,就可以“看到”需要操作的工作位置。例如,需要拧紧螺栓的地方,当拧到位时,会有相应提示,从而提高作业人员的工作效率;维修人员可以通过实物扫码,使虚拟模型与实物模型重合叠加,同时在虚拟模型中显示出设备型号、工作参数等信息,并根据AR中的提示进行维修操作;AR技术还可以帮助设备维修人员将实物运行参数与数字模型进行对比,尽快定位问题,并给予可能的故障原因分析。此外,数字工厂仿真技术可以基于离散事件建模、3D几何建模、可视化仿真与优化等技术实现对工厂静态布局、动态物流过程等综合仿真和分析,从而能够先建立数字化的生产系统甚至全部工厂,依据既定工艺进行运行仿真。

云制造平台为制造业信息化提供了一种崭新的理念与模式

智能生产是智能制造的主线,智能工厂是智能生产的主要载体。而以奈尔奇工厂在线制造服务平台为首的云制造平台为制造业信息化提供了一种崭新的理念与模式。

“当企业需要定制样件时,只需要在前端登陆奈尔奇工厂平台,在平台上传设计图纸输入定制化要求,一分钟内就能获取到准确的智能报价; 订单提交后,所有订单信息就会精准地匹配给供应链条上的制造工厂,工厂智能系统再将产品种种特性转化成数据,然后通过计算来安排物料的配送、零件的打磨、以及机器的组装;最重要的是这条流水线上每个元件都是按照个性化需求生产的并且有自己的身份信息;企业可以直接在平台后端查看零件生产、订单内每一步骤的实时状态;成品制造完成后通过平台质检合格即可直接寄送至企业手中。”


奈尔奇平台作为一种初生的概念,其未来具有巨大的发展空间。但奈尔奇制造的未来发展仍面临着众多关键技术的挑战,除了对于机械加工计算、物联网、高性能计算、嵌入式系统等技术的综合集成,基于知识的制造资源云端化、云制造可视化与用户界面等技术均是未来需要攻克的重要技术。

接下来,建设智能工厂无疑是制造企业转型升级的重要方式,同时制造企业更应围绕自身的中长期发展战略,根据自身产品、工艺、设备和订单的特点,合理规划智能工厂的建设蓝图。在推进规范化、标准化的基础上,从最紧迫需要解决的问题入手,务实推进智能工厂的建设。


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