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德國最接近工業(yè)4.0的AGV+RFID全自動化工廠

2017-01-02 08:36 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:OFweek 工控網(wǎng) 來源:OFweek 工控網(wǎng)
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自身發(fā)展需求出發(fā)進行技術(shù)升級和改造,下面要分享的是我們08年為瑞士做過的一個全自動無人工廠項目。當(dāng)時還沒有工業(yè)4.0這個提法,但該...
  自身發(fā)展需求出發(fā)進行技術(shù)升級和改造,下面要分享的是我們08年為瑞士做過的一個全自動無人工廠項目。當(dāng)時還沒有工業(yè)4.0這個提法,但該系統(tǒng)當(dāng)時已經(jīng)大大超前,現(xiàn)在看來在技術(shù)上是最接近工業(yè)4.0理想的解決方案了。
I. 工業(yè)4.0應(yīng)用技術(shù)
1. 柔性生產(chǎn)
  該生產(chǎn)系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標(biāo)是使生產(chǎn)實現(xiàn)最大的柔性化。自動化和信息化是實現(xiàn)柔性定制個性化生產(chǎn)的手段。
視頻中可以看到,AGV小車將毛坯推入代加工區(qū)域,而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的,按照頂點順序進行排列,符合JIO理念。而JIO(Just In Order)是繼JIT(Just In Time)準(zhǔn)時制生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提出的,要求供應(yīng)商不僅應(yīng)按時將零部件送抵生產(chǎn)現(xiàn)場,還要求不同規(guī)格零部件的順序按照要求排列,以便滿足混線生產(chǎn)的要求。這樣不同型號的產(chǎn)品在裝配時,不會因為零件順序錯落而發(fā)生裝配錯誤的問題。豐田的JIT只適合單一產(chǎn)品的大批量生產(chǎn),而JIO則是混線生產(chǎn),柔性制造模式所必需的供應(yīng)鏈運作機制,是生產(chǎn)模式的變革。
  目前國內(nèi)的自動化項目都號稱4.0,但絕大部分無法實現(xiàn)柔性制造。所以在筆者看來,中國企業(yè)談4.0只是按照自動化集成去理解,并沒有真正領(lǐng)會生產(chǎn)模式變革的意義。
2. 數(shù)據(jù)追蹤
  在產(chǎn)品的整個生命周期中會產(chǎn)生很多數(shù)據(jù),即所謂的大數(shù)據(jù)。制造商需要能夠利用這些數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行跟蹤,以了解產(chǎn)品的狀態(tài)。比如某個客戶購買的某產(chǎn)品中的某個零件出了問題拿到售后服務(wù)部門去維修,這時生產(chǎn)廠應(yīng)該能夠知道這個零件的供應(yīng)商是誰,哪個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的哪個人應(yīng)該對此負(fù)責(zé),并計算出損失。相關(guān)的技術(shù)和軟件產(chǎn)品(PLM/PDM,ERP, CRM, SCM等)早在幾乎20年前就已經(jīng)非常成熟,相對欠缺的是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)處理。盡管也有相對成熟的解決方案,如MES(制造執(zhí)行系統(tǒng)),SCADA(現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)),APS(先進生產(chǎn)計劃系統(tǒng))等,但是由于缺乏強大的車間級管理系統(tǒng)去協(xié)調(diào)各生產(chǎn)設(shè)備,生產(chǎn)車間的自動化和信息化層始終存在著難以打破的屏障,原因很多此處不展開討論。而視頻中的生產(chǎn)系統(tǒng)則采用相對簡單和獨立的軟件系統(tǒng),在設(shè)備層實現(xiàn)了對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成和管理。
首先機器人通過專用的檢測設(shè)備對入庫毛坯進行全檢,再掃描條形碼,根據(jù)讀取的產(chǎn)品信息自動調(diào)用加工程序(NC代碼由產(chǎn)品設(shè)計數(shù)模自動生成),并自動調(diào)整支撐夾具的位置,以適合零件的尺寸。加工完畢后,由于條碼在加工過程中被破壞掉,所以再次貼敷條碼,并更新產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù),記錄設(shè)備運行數(shù)據(jù),將這些數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線傳入上位機的生產(chǎn)管理/監(jiān)控系統(tǒng)。
  由于每個零件上都有條碼,每個條碼對于正確的程序,所以不論來料按何種順序排列,加工過程是不會出現(xiàn)問題的。也就是說生產(chǎn)管理調(diào)度軟件和生產(chǎn)設(shè)備之間是相互獨立運行的,就算生產(chǎn)調(diào)度出了問題,也不會造成生產(chǎn)程序調(diào)用錯誤。而即便產(chǎn)品信息和加工數(shù)據(jù)在對應(yīng)上出現(xiàn)問題,機器人的入庫檢測信息也會與程序信息進行比對,不會出現(xiàn)加工廢品(即可能用較大尺寸的毛坯加工出小尺寸產(chǎn)品,而不會出現(xiàn)小尺寸毛坯調(diào)用大尺寸產(chǎn)品加工程序的問題)。
所以說,當(dāng)我們評價工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)方案先進性的時候,不應(yīng)只看技術(shù)實現(xiàn)的手段,不要去較真條形碼,二維碼,RFID哪個技術(shù)更先進,而更應(yīng)該關(guān)注這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)所支持的智能生產(chǎn)的運作機制。
3. 工序集中
  整套生產(chǎn)系統(tǒng)集中了每一個產(chǎn)品從入庫到出庫的全部工序,與以往生產(chǎn)單元的概念有所突破,除了機械加工和上下料以外,該系統(tǒng)集成了自動檢測,工裝夾具調(diào)整(柔性工裝),生產(chǎn)訂單管理等功能。機加工序之后基本上直接進噴漆車間后就可以出廠了。
  在生產(chǎn)戰(zhàn)略規(guī)劃上,該企業(yè)并沒有搞垂直整合,而是把附加值最高的定制化加工留給了自己,利潤薄,污染環(huán)境的上下游工序統(tǒng)統(tǒng)外購或外協(xié)。
4. 優(yōu)化設(shè)計
  從產(chǎn)品開發(fā)邏輯上講,產(chǎn)品設(shè)計決定了生產(chǎn)工藝,而生產(chǎn)工藝決定生產(chǎn)設(shè)備。當(dāng)我們談?wù)摴I(yè)4.0或智能制造的時候,通常只關(guān)注到設(shè)備或軟件,而往往忽視了方法(工藝),更不會去在意設(shè)計(概念)。
  產(chǎn)品設(shè)計從一開始不但決定了產(chǎn)品本身的價值,也決定了大部分的生產(chǎn)成本。以該瑞士制造商為例,由于產(chǎn)品為定制化設(shè)計,所以在安裝時需要服務(wù)人員在客戶現(xiàn)場進行安裝,而由于瑞士的人工成本極高,所以在設(shè)計時就必須充分考慮到組裝的便捷性,即DFA(Design For Assembly)。說得更通俗些,這種木門的最終安裝實際上和組裝宜家家具是一樣的,但是安裝的復(fù)雜程度和精度要求要更高,安裝時也需要更專業(yè)的工具。然而如果按照中國木匠打家具的方法,實地測量尺寸再鋸斷合適長度的木料,再釘釘子等等,那么瑞士的這套木門成本會極高。所以就要求在設(shè)計之初就要求便于快速組裝,而且具有一定的通用性,小型功能零件盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,只是在門板樣式和規(guī)格上體現(xiàn)個性化差異。
  這種產(chǎn)品設(shè)計既要保證便于個性化定制生產(chǎn),也要合理降低制造成本,便于安裝維護。所以說,一套體系化的產(chǎn)品設(shè)計理念和產(chǎn)品開發(fā)平臺才是成功實現(xiàn)工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型最基本的前提。
II. 產(chǎn)業(yè)變革的趨勢
  1. 沒有夕陽產(chǎn)業(yè)只有夕陽觀念
  在中國人眼里,木門生產(chǎn)絕對是落后的傳統(tǒng)制造業(yè),沒有利潤,沒有科技含量,沒有發(fā)展前途。但是這個工業(yè)4.0項目卻落地在全世界工業(yè)技術(shù)水平最高,人工成本最貴的瑞士。可見先進的智能化制造系統(tǒng)是完全可以彌補人力成本的劣勢,而傳統(tǒng)制造業(yè)向發(fā)達工業(yè)國回流也確實正在發(fā)生。中國的制造企業(yè)必須有所作為才能避免在這次工業(yè)革命中被淘汰。
  2. 柔性智能生產(chǎn)系統(tǒng)增大利潤空間
  制造成本是相對概念,當(dāng)產(chǎn)品價值足夠高時,那么制造成本就可以忽略不計了。視頻里的瑞士公司通過投資智能制造設(shè)備,首先在戰(zhàn)略上實現(xiàn)了定制化生產(chǎn),使得產(chǎn)品本身的價值大幅提高,而全自動制造系統(tǒng)免去了人工成本,并且整個設(shè)備占地非常小卻可以實現(xiàn)以往一個工廠的全部工序,使得土地成本構(gòu)成的比重大幅下降。
  通常我們認(rèn)為中國的土地和人力成本很低,因此制造業(yè)優(yōu)勢明顯。但是一旦發(fā)達的工業(yè)國紛紛采用柔性智能無人/少人生產(chǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)工業(yè)4.0革命,那么未來制造業(yè)的利潤-成本構(gòu)成將發(fā)生極大的變化:土地,人力,能源等資源相關(guān)的因素在生產(chǎn)成本中所構(gòu)成的比利將大為降低,智能設(shè)備的技術(shù)折舊以及雇用高端技術(shù)和咨詢?nèi)藛T的將成為未來主要的成本。所以,如果不增加在知識和技術(shù)上的投入,中國制造業(yè)將面臨毀滅性的打擊。
  企業(yè)看工業(yè)4.0往往只看到了相關(guān)技術(shù)的先進,看到了不足,但是缺乏合理的方法論去實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級。中國企業(yè)要轉(zhuǎn)型升級,首先要看懂制造業(yè)的發(fā)展趨勢,在整理出合適自己的新的運營模式,再根據(jù)這個模式有所取舍地規(guī)劃企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的途徑和戰(zhàn)略。只要中國的制造企業(yè)多一些理性,少一些浮躁,以中國人的聰明才智總可以找到合適自己的轉(zhuǎn)型升級之路。

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