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原料转化为产品——这可以称为生产性转化。”

在制造型企业,车间处于很是重要的位置。企业价值最终体现在产品与效劳上,而车间是企业中将种种图纸转变为产品的主要场合,是决定生产效率与产品质量的重要环节,车间往往也是企业中员工数量最多的组织。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重要一环,是制造企业实施智能制造的主战场,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

目前,海内外对数字化车间还没有标准的界说,笔者基于自己的理解,对数字化车间进行如下描述:

数字化车间是基于生产设备、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,在盘算机虚拟情况中,对人、机、料、法、环、测等生产资源与生产历程进行设计、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、生产设备、生产设施以及生产历程进行精细、精准、敏捷、高效地治理与控制。数字化车间是智能车间的第一步,也是智能制造的重要基础。

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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”的内涵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涵上有所扩大的“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,皆接纳该术语内涵。

许多人认为,大宗采购和引入数字化设备是建设好数字化车间的前提。这是一个很大的误解:数字化设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设备,如果没有实现设备的互联互通,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,即便车间里的设备不全是数字化设备,但经过“三哑革新”,设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、决策支持剖析等),对生产计划、生产资源、生产进度与产品质量等数据在信息化系统中进行有效治理,并可以凭据生产需要进行有序流动,也可算是数字化车间。好比,在打扮加工等劳动密集型企业都可以通过数字化、网络化革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设备与设施(如机床、热处理设备、机械人、AGV、丈量测试设备等种种数字化设备),进行互联互通、智巧化的治理,实现信息化系统与物理系统的深度融合。目前许多企业实施的设备物联网(包括古板的DNC/MDC功效)是其重要的体现形式。

从中可以看到,数字化车间建设有三条主线,一条是以机床、热处理设备、机械人、丈量测试设备等组成的自动化设备与相关设施,实现生产历程的精确化执行,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,实现对计划调理、生产品流、工艺执行、历程质量、设备治理等生产历程各环节及要素的精细化管控,这是典范的赛博系统。

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

三条主线交汇,实现数据在自动化设备、信息化系统之间凭据人的意愿进行有序流动,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?精益思想要贯串始终

如果说设备、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,智能制造的重要指导思想

精益生产是治理学史上重要的实践结果之一,深刻地影响着汽车工业,乃至全球制造业。精益生产基本思想和追求的治理目标,并没有随着智能制造的生长而落伍,恰恰相反,精益思想是企业进行智能制造体系构建的重要指导思想之一。

在此,笔者总结出五条可以指导智能制造建设的精益思想原则。

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置魅这个标尺去权衡。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效劳。如果系统不可满足客户对高质、高效、低本钱、高满意度的要求,即即是设备或技术很是先进,也不可算是一个乐成的智能制造项目。

② 识别并消除浪费
企业在实施智能制造系统之前,应当对流程中种种浪费进行梳理与改善。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,归纳为七大浪费,这七大浪费是企业生产效率不高、盈利能力缺乏的泉源,需要不绝进行完善与消除。如果这些问题没解决,就直接实施智能制造,很可能是用系统的方法把浪费固化下来,既丧失了改善的时机,又增加了不须要的投入。

好比,没有对库存过多的浪费进行改善,就投入大宗财力物力去建设智能化的立体货仓;没有对行动浪费进行改善,就引进机械人或机械臂去从事这些本属于浪费的行动,这些都造成了很大的浪费。

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,信息通报自动化,以及人、产线设备、仓储物流之间高效协同化。如果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庞漂后。

在系统整体运转的历程中,尽可能多地消除停滞和期待,需要将人、产线设备、仓储物流之间的相互协作机制、信息通报机制、防错与纠错机制,在统一的系统框架内进行设计与建设。

④高度柔性与适应性
精益生产的柔性是指通过快速切换(SMED)的实施与改善,实现产线在生产差别型号、差别配置,甚至是差别种类产品时,可以凭据需要进行快速切换。

在小品种多批量、客户需求千变万化的今天,智能制造建设也必须要考虑产线柔性与适应性等问题,不然就可能造成大宗投资的浪费。

⑤尽善尽美原则
精益生产中标准作业、自工序完结、良品条件创立与维持、质量内建、安灯控制、防错与纠错机制、变革点治理、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,设备与零件部之间都需要建立全数良品的加工条件与标准,当条件爆发偏离时,应当向相关人员发出异常提醒,甚至停止生产。如果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,精益生产的有效使能手段

经过几十年的生长,精益生产已经成为制造业的重要指导思想。在技术快速进步的今天,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效的手段和要领,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示爆发问题的区域、工位、或是机台、质料等信息,可是要深究问题的基础原因还需要大宗的视察与剖析,当变异的条件爆发变革时,会给剖析带来许多困难。

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

识别浪费是精益改善的重要组成部分,除了古板的精益手法,通过设备物联网系统收罗设备稼动率、待机原因等,能够准确地识别出设备利用等方面的浪费;通过MES系统对物料、工具等进行精益化库存治理,可以明显地减少库存的浪费;通过APS高级排产优化生产计划,可以减少人员与设备期待的浪费等等。

实现流的生产、均衡化生产是个不绝改善的历程,但在离散制造车间,生产设备动辄上百台、工序上千上万项,如何包管这些工序在差别设备上生产的均衡化、流动化?如果只靠人的经验很难实现这种生产方法,很容易造成设备忙闲不均,造成工序的期待或停滞。通过APS高级排产以及生产历程协同治理等信息化手段,就可以有效解决这些问题,有助于实现产品“流”的生产及生产的均衡化。

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变革,好比设备故障、热处理温度、刀具磨损等,都可能导致产品质量不稳定。通过设备状态、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,有效地提升产品品质。

作为重要的使能手段,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)是精益生产中通报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,通常以手动方法进行填写。但在智能制造进程中,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重要理念。在精益运行良好的企业,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、可复制性差等缺点。通过数字化、网络化、智能化等智能制造新技术、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、使用都具有重要的增进作用。

目前,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代,带有明显的时代特征。但事实上,如果现在重新去研究今天的丰田汽车,就会发明其实现方法已经爆发了巨大的改变,体现了自动化、数字化、网络化、智能化等许多最新技术结果。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,偏重点也不尽相同,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,智能制造更偏重技术实现,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、节拍、后工序拉动、标准作业等,是实施智能制造的基础�?焖偾谢弧⒓跎倮朔选⒖墒踊⒕饣⒆际被⒐ば蛄鞫壤砟�,也是智能制造要实现的历程目标。同样,智能制造中的设备互联互通、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、预测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?数字化车间实施战略

数字化车间建设是一项庞大的系统工程,数字化车间建设可遵循以下实施战略。

1)统筹计划,效劳战略

智能制造不是企业的目的,企颐魅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效劳,从整体上效劳于企业经营战略。

企业要结合自身实际情况,基于企颐魅战略进行智能制造的设计。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、实施目标等,进行深入剖析并综合考虑,这些差别的因素决定了企业差别的实施智能制造要领和路径。

数字化车间建设不但仅是一系列新技术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,还要考虑计划调理、生产工艺、物料配送、精益生产、宁静环保等种种因素,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思维。

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“不要在落后的工艺基础上搞自动化,不要在落后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计划与建设时,也要注意工艺优化、治理优化等方面事情,而不可只盯着自动化、信息化、智能化。

企业在进行数字化车间建设之前,一定要领导出面并连续关注,在企颐魅战略目标指导下进行系统计划,逐步厘清企业保存的问题、建设目标、解决思路和实施办法,调动企业各方资源,通力相助,制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,从车间保存的实际痛点出发,打造一个能解决实际问题的数字化车间管控系统,在工艺、设备、治理以及信息化、网络化、智能化等各个方面有重点地进行优化、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。凭据痛点明确要解决的主要问题,好比,是生产效率不高,是产品质量不稳定,照旧生产历程不透明等,并以问题为导向,制订相应的解决计划。

其次,还需要分步实施,扎实推进。数字化车间建设有许多阶段,其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,从设备互联互通做起,因为设备通讯、数据收罗这些内容都是客观因素,不太涉及人员、治理等主观因素,实施的可控性强,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加,就会主动要求更多的革新与功效扩展。

这时,再在前面乐成实施的基础上,逐渐推进到MES等涉及人员、治理等信息化系统,由于这些系统需要部分变换人员事情习惯及车间生产治理模式,主观身分较大,甚至会触动一些人的利益,实施的难度相对较大,可放在设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,也可接纳同步实施的方法。

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、新技术手段,资助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低本钱的生产与效劳。在智能制造时代,人变得越发重要,而不是相反。无论是机械人等设备,照旧MES等信息化系统,都要基于资助人、效劳于人这个出发点,而不是简单地替代人、减少人。另外,无论何等先进的系统,如果不把人的积极性调动起来,系统就不可发挥最大价值,智能制造就不可能取得乐成。

在数字化车间建设中,要以人为本,以更好地发挥人的价值为基本出发点。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技术人员,数字化车间的主要用户是人数众多、文化水平偏低,甚至年龄偏大的车间工人,要充分考虑系统的易用性、便捷性、宁静性、环保性等特点,以精益生产为指导思想,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标,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。要罗致当年CIMS的经验与教训,不要过于理想化,不要过多强调自感知、自决策、自执行、自组织、自学习等所谓高峻上技术,企业不是研究机构,应该以创立效益为基础目的。

凭据“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同一款产品,而现在市场变革快速,为了适应日新月异的市场变革和个性化需求,即将建设的系统很可能过几年就需要更新和调解。系统满足目今需求并有一定的前瞻性即可,不要太过庞大、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担负。

4?数字化车间实施效果

通过乐成实施数字化车间系统,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良好的基础。

1)设备互联,“哑设备”智慧起来

通过设备的互联互通,将车间的数控机床、热处理设备、机械人等数字化设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、智能化决策支持,将设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,让设备高效地运转

通过系统中的计划、排产、派工、物料、质量、决策等�?�,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计划、精益化生产、可视化展现、精细化治理,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,工件转移到设备前,加工程序等技术文档、工装夹具等生产资源已经全部准备就绪,大大减少设备的种种期待时间,可明显提升设备生产效率,降低生产本钱,提高客户满意度。

3)虚实融合,数据在流动中增值

改变古板的制造模式,做到虚拟世界与物理世界深度融合,虚实精准映射、相互增进。车间各岗位、各设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”,即敏捷、高效、高质、低本钱、绿色、协同的智巧化生产与效劳模式。

4) 智能制造,降本提质增效是标尺

通过数字化车间建设,对车间进行全面的科学管控,大幅度提升车间计划科学性、生产历程协同性、生产设备与信息化系统的深度融合度,并在大数据剖析与决策支持的基础上进行透明化、量化治理,可对企业生产效率、产品质量、生产本钱等方面有明显改善。
总之,数字化车间建设要以实际需求为牵引,以经济效益为驱动,以乐成落地为导向。在先进设备的基础上,在治理方面深挖潜力,充分发挥人的作用,构建数字化、网络化和适度智能的生产模式,切实做到明显的“降本提质增效”。并以量化数据为基础,循序渐进,有效地提升企业的竞争力。好比通过三年时间,能将设备利用率提高一倍,将产品及格率提升一个层次,就极有可能“确保企业的未来”,这才是比较务实的数字化车间建设原则。
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