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智造单元、智能制造的抓手
行业新闻 更新时间:2017/9/20 19:47:24 点击:739
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  智能制造 正在成为不可逆转的制造趋势,而智造单元,正是智能制造落地最有效的抓手。智造单元,是设计与实施智造工厂的有效组线模式。作为一个最小的数字化工厂,提供了一个完整的多品种小批量的解决方案。甚至可以在不影响产线运转的情况下,实现多种设备的在线入列和出列的切换。
 
智造单元 | 工业新概念定义
智造单元,是实现数字化工厂的基本工作单元。针对装备制造业的离散加工现场,把一组能力相近的加工设备和辅助设备进行模块化、集成化、一体化,实现数字化工厂各项能力的相互接口,具备多品种少批量(单件)产品生产能力输出的组织模块。它从资源轴、 管理轴和执行轴这三个角度,来实现基本工作单元的模块化、自动化、信息化,从而实现工厂的数字化、高效率运转。
 
智造单元的工作机制
智造单元可以由“一个现场,三个轴向”来说明,包括:资源轴向、内向管理轴向和工作执行轴向。
资源轴上,主要是对人员、流程、产品、设备的管理。资源可以是任何活动的对象,也可以是执行这些活动的前瞻主题。特别值得注意的是,员工是宝贵的资产。工厂工人在物理世界生产产品,不管职务是不是管理者,都会做决定并给其他人下达指示。
而管理轴则是质量、成本、交期、安全,是生产过程中核心输出的要素管控与运维;而在执行轴PDCA,则是标准的戴明环,也就是计划(Plan)、执行(Do)、检查(Check)、纠正(Action)。
这三个视图,综合地表达了智能制造的价值创造,其实是人类和各种设备活动的过程与结果的综合表达。
这种方式与日本旨在解决智能制造的工业价值链促进会IVI的理念完全一致。日本IVI在 2016年12月提出了“工业价值链参考架构”,旨在推动“智能工厂”的实现。
这正好把智造单元的三个轴向定义诠释得很清楚,任何一个点均可以说明一个事件。只不过IVRA强调环境的管理,而智造单元关注了安全的方向。
在明确了工厂现场的三大主轴之后,智能制造的建设路径就浮出水面。通过智造单元的组合,整个智能工厂的建设,就可以通过模块化、分区化的方式,进行自由的升级组合,从而大大提高智能工厂的建设效率。
 
智造单元的构成
智造单元的模块构成包括:现场自动化、信息化和智能化。
从体系机构上看,包括模块化、单元化、集成化和一体化四部分。模块化和单元化可以令产品快速得到推广,集成化服务于一条产线,一体化解决了一个系统范畴的智造生态环境。
再从软件体系看,它以MES为核心,可以独立运行,而智造单元的系统则可自由兼容工厂原有的软件。向下跟MDC/DNC连接,或者通过物联直接与设备相连;向上连接至PLM、CAPP、ERP;横向与仓储管理系统WMS对接;而在生产任务执行上,则可以连接高级优化排产系统APS上,实现自动优化排产,实现高效生产。
智造单元与数字工厂的落成,绝不是智能体系的完成,而只是一个开始。因为在戴明环PDCA中,需要有一种持续改善的推动力——而人是最为重要的环节。物理实体和数字虚体的CPS场景建设,是系统集成商可以完成的;但人的经验和判断,必须有客户在现场生产线上的参与才可以执行。所以说,一个智能制造的现场循环往复升级一定是三者相加才可以运行,单纯任何一方建造一个智能工厂都不是客观的表达。
PDCA中最为核心的就是推动改善的动力源和方向,只有把人的因素考虑进来,那么这个戴明环才有了运转方向。这种基于人的优化,将人放在闭环之中,不断循环,才能逐渐形成智能部分,这就是智能制造的核心。
智造单元最为重要的地方,就是将“人机网”一体化。“人机物”与“信息流、物流”紧密地融合在一起。与传统的“智能制造”过于强调“智能”的自决策性不同,智造单元一开始就将人纳入闭环之中,使得成为人机协作的典范。这就非常有实效的适应了实施智能制造初期的基础环境。
 
设备世家 四世同堂
智造单元的基本价值观是,工厂现有的投资,需要得到最大的保护与传承。这就意味着,继往投入的设备等各种资产在将来可以被重复使用。一方面生产自动化的柔性大幅度提高,同时,智造单元的思想,可以把车间人工作业单元作为一个能力中心,一体化进入车间或公司的智能生态系统。由于重用性的提高,人工单元能力中心的一体化进入,对既有设备的投资,具有非常强的保护,同时,又在整体的智能生态下最大化的实现现场设备的效率和效能。这种四代同堂设备的运维方式,正是通过智造单元得以实现,体现了自动化、模块化和数字化的叠加效果。
有了以上的硬件、软件和模块化组合,那么智能单元,就可以完成自由的组合,实现分扇区、分阶段、分设备,对同一个工厂的不同设备、甚至同一条线的不同设备,进行“设备解列”与“设备入列”的在线切换模式。
在现有的工厂中,往往存在各种不同型号、不同代级的设备,完全可以称为“设备世家 四世同堂”。现场有许多原来的老设备,维护得也很好;也有新设备,包括机器人、自动机械手等。如何将跨年代、跨型号的设备有效连接和升级改造,而不是简单地一刀切地淘汰,是一个头疼的现场问题。实际上,在这些装备中,有些是可以直接进产线的,有些是可以通过改造后进入产线的。
那么,如何让老设备和新设备并肩作战发挥作用?
智造单元考虑到四代同堂设备的现状,分析不同设备的信息采集机制,通过灵活的信息收集方式,有些设备不需要联网通信,只需采集信号;而有的设备,则可以采用多接口集成器,区别不同的数采方式,将各种设备集成进来。
由于智造单元具有丰富的模块化接口,在现场可以采用“空间换时间”的措施,实现多设备共线运行。例如在生产现场,可能存在特别大型的设备,不便于搬运,那么就采用“空间换时间”的智能制造组线模式,通过智能物流采用AGV把各单元线无缝连起来。而对于单向链很长的产品,或者多个产品,则可以采用多个智造单元的阵列形式,其物资存取,可以是一个库,也可以是多个库。
这就意味着“以人为本、智造先行”的理念,将数字化工厂从大到小、自上而下开始拆分,从工厂到车间、到产线、到生产岛、到单机设备的规划布局;使用自下而上的方式进行实施,单机设备、单元岛、智造单元、智造产线、数字化工厂,逐渐嵌套式、单元化处理,体现了智能制造的柔性,充分发挥数字化、网络化的特点。
 
小结
要实现智能制造,要兼顾投资和未来发展的需要,更为重要的是,一定要兼容企业现有的软件体系,传递和延续客户沉淀的管理智慧以及原软件体系的价值。这种情况下,往往需要同线齐进(产线不断,实现设备解列升级)、多阶段混合(半自动化、半数字化相混合)、设备四世同堂(各种不同年代的设备同时推进),则意味智能制造的落地,必然是由各种智造单元所组成。而智造单元,正是通向智能制造的必经之路。
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