以电子制造业智能工厂的基础规划和建设为例:
Step1产品线规划:企业首先应对自身产品市场进行调研、分析,划分产品大类,确定智能制造的产品线
Step2产品制造工艺流程梳理:在确定符合市场要求的智能制造产品之后,须由专业生产工艺人员进行产品制造工艺流程的梳理
Step3车间管理优化:智能制造绝不仅仅是机器智造,它实际是人、机、物的高效协同,车间管理优化是一项很重要的前提工作
Step4信息管理框架和系统建设:通过科远智慧iMIS智能制造信息管理系统,覆盖供应链SCM、生产制造MES、销售管理CRM、研发管理PLM及人资、OA等,打通各信息系统之间的数据壁垒,构建企业一体化信息化系统。
Step5建设车间级CPS系统:顶层的信息管理系统固然关键,但人机共融的媒介——信息物理系统(CPS)亦非常重要,它被认为是智能制造的核心支撑技术。
Step6效果评估:在以上各方面建设的基础上,车间通过网络及软件管理系统把数控自动化设备,实现互联互通,达到感知状态,实时数据分析,从而实现自动决策和精确执行命令的经营管理境界。
Step7智能工厂拓展-工厂环境的智能化管控-供应链管理升级-工厂级智能化物流系统建设
当前,智能制造热度高企,石化、钢铁、机械装备制造、汽车制造、航空航天、纺织服装制造等行业纷纷开始探索建设智能工厂。《中国制造2025》明确提出要推进制造过程智能化,在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间,这必将加速智能工厂在工业行业领域的应用推广。服装智能制造(中国)精英俱乐部预计未来3-5年,全国将涌现出一批智能工厂。
一、智能工厂的内涵及建设重点
智能工厂是实现智能制造的重要载体,主要通过构建智能化生产系统、网络化分布生产设施,实现生产过程的智能化。企业基于CPS和工业互联网构建的智能工厂原型,主要包括物理层、信息层、大数据层、工业云层、决策层。其中,物理层包含工厂内不同层级的硬件设备,从最小的嵌入设备和基础元器件开始,到感知设备、制造设备、制造单元和生产线,相互间均实现互联互通。以此为基础,构建了一个“可测可控、可产可管”的纵向集成环境。信息层涵盖企业经营业务各个环节,包含研发设计、生产制造、营销服务、物流配送等各类经营管理活动,以及由此产生的众创、个性化定制、电子商务、可视追踪等相关业务。在此基础上,形成了企业内部价值链的横向集成环境,实现数据和信息的流通和交换。
纵向集成和横向集成均以CPS和工业互联网为基础,产品、设备、制造单元、生产线、车间、工厂等制造系统的互联互通,及其与企业不同环节业务的集成统一,则是通过数据应用和工业云服务实现,并在决策层基于产品、服务、设备管理支撑企业最高决策。这些共同构建了一个智能工厂完整的价值网络体系,为用户提供端到端的解决方案。
由于产品制造工艺过程的明显差异,离散制造业和流程制造业在智能工厂建设的重点内容有所不同。对于离散制造业而言,产品往往由多个零部件经过一系列不连续的工序装配而成,其过程包含很多变化和不确定因素,在一定程度上增加了离散型制造生产组织的难度和配套复杂性。企业常常按照主要的工艺流程安排生产设备的位置,以使物料的传输距离最小。面向订单的离散型制造企业具有多品种、小批量的特点,其工艺路线和设备的使用较灵活,因此,离散制造型企业更加重视生产的柔性,其智能工厂建设的重点是智能制造生产线。
二、智能工厂主要建设模式
服装智能制造(中国)精英俱乐部认为,由于各个行业生产流程不同,加上各个行业智能化情况不同,智能工厂有以下几个不同的建设模式。
第一种模式是从生产过程数字化到智能工厂。在石化、钢铁、冶金、建材、纺织、造纸、医药、食品等流程制造领域,企业发展智能制造的内在动力在于产品品质可控,侧重从生产数字化建设起步,基于品控需求从产品末端控制向全流程控制转变。
第二种模式是从智能制造生产单元(装备和产品)到智能工厂。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息等离散制造领域,企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间,侧重从单台设备自动化和产品智能化入手,基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。
第三种模式是从个性化定制到互联工厂。在家电、服装、家居等距离用户最近的消费品制造领域,企业发展智能制造的重点在于充分满足消费者多元化需求的同时实现规模经济生产,侧重通过互联网平台开展大规模个性定制模式创新。
三、智能工厂发展重点环节
随着未来智能工厂发展浪潮的逼近。服装智能制造(中国)精英俱乐部预测,未来将有几个行业或者领域迎来发展高潮。
首先是虚拟仿真设计。随着三维数字化技术的发展,传统的以经验为主的模拟设计模式逐渐转变为基于三维建模和仿真的虚拟设计模式,使未来的智能工厂能够通过三维数字建模、工艺虚拟仿真、三维可视化工艺现场应用,避免传统的“三维设计模型→二维纸质图纸→三维工艺模型”研制过程中信息传递链条的断裂,摒弃二维、三维之间转换,提高产品研发设计效率,保证产品研发设计质量。
未来我国应着重突破MBD技术、物理仿真引擎系统架构、仿真模型三个环节。
其次是网络化智能设备。生产设备的智能化程度将在网络化条件下得到快速提升,传统制造模式出现颠覆性的变革,具体表现高度密集的生产设备、生产设备智能化和柔性化制造方式这三个方面。
再次是模块化定制生产。多批次、小产量的生产盈利能力在模块化生产方式下逐渐得到提升,产品日益满足消费者个性化需求,具体表现在模块生产和模块组装这两个方面。
最后是柔性化新型人机交互。人与机器的信息交换方式随着技术融合步伐的加快向更高层次迈进,新型人机交互方式被逐渐应用于生产制造领域。具体表现在智能交互设备柔性化和智能交互设备工业领域应用这两个方面。
四、智能工厂管理水平的提升
中国服装工厂管理水平不是很高,员工素质素质不是很强。这就决定了我国服装企业管理中会存在很多的问题,大多数服装企业采用的是直线职能制的生产结构。虽然这种结构最能够体现适合服装生产企业的专业化特点,各职能部门能够帮助和指导生产部门。但是在实际生产的过程中,容易产生各自为政的现象,不能协同一致并且缺乏有效地沟通。我国服装企业工时定额的制定主要依靠直觉和经验。由于工时定额不合理,从而使生产计划不能按均衡生产的方式进行安排。并导致考核机制无法真正体现公正,公平。工时定额不准确不仅浪费人力,使工时定额失去了指导生产的目的。
不合理的安排生产任务,就会经常出现好单子抢着干,差点的单子不愿干的不良现象。生产任务安排的不能只计算所需要的机器台数,然后让各个生产部门自己上报生产任务。另外一点就是在各方无法合理安排的情况下,就以行政命令去解决生产矛盾。还有许多中小型服装企业在生产过程中,过多强调产品的生产数量与速度,却不重视产品的质量。导致出厂产品质量不高,影响产品的出厂价格,减少企业的市场占有率与利润。
想要实现智能化工厂就要做好规划,有几个要素是考虑进去的,可以参考 SAP提出工业互联网及工业4.0前沿研究报告。SAP是德国“工业4.0”的核心发起单位之一,是“工业4.0”技术标准的制定者之一。
1、数据的采集和管理
想要让机器代替人工进行作业就要将生产的各项数据采集和管理起来。
2、设备联网
设备联网也就是设备与设备之间的互联,建立工厂网络。
3、工厂智能物流
智能物流的规划要做好,在物料搬运、集中拣货、集中配货等模块要做好系统分析。
4、生产质量管理和设备管理
生产质量管理和设备管理是企业的核心业务流程,所以在这两大板块每一个步骤都是要重视的,在生产质量管理中要构建完善的检测记录评判分析持续改进等流程;在设备管理板块要建立设备数据库,做好设备的事实数据记录和统计,及时做好设备的维护和管理。
5、智能厂房设计
智能厂房的设计在每个工作分区都要做好智能监控、智能安防报警等规划。
6、智能装备的应用
提高企业的生产效率是离不开智能装备的应用,从数控机床到工业机器人无一不是智能装备在制造生产中的运用。
7、智能产线规划
智能产线可以说是智能工厂的核心,物联网在生产线的每个生产环节的运用大大降低了故障的发生,提高了人机协作的效率。
工业互联网、工厂智能化选择SAP思爱普,SAP思爱普工业互联网平台汇集大数据和多年实践经验,通过在服务过程中已经积累的多个行业专业知识,可帮助平台能更快速精准地理解客户,并形成有效的解决方案,可为客户提供更优质的服务。
就拿智能制造来说,智能制造他包含哪些内容,哪些方面?这个问题换个问法就是,作为企业,哪些地方可以体现智能化,那我们的企业是不是就得思考一下?
什么是智能化
我的产品是不是可以智能化?我产品的生产过程是不是可以智能化?我的研发,管理,物流供应链的管理上是否可以智能化?我的产线是否要换很多智能装备?比如机器人,比如加工中心,在比如各种各样的智能设备,以实现我们数据获取的智能化,从而实现我共产生产线的智能化?那么如果这些都实现了智能化,这些的实现又如何的来智能化影响我们的决策层,基于工业大数据分析从而实现决策智能化呢?
方面很多,那么我们就需要将自己(这个自己可以简化抽象成一家普通的工厂),但实际上每家工厂在当下都是或多或少的有着一些软件或者自动化装置等再用的(那我们姑且也不考虑)。
智能工厂(或者说智能企业)整体的智能体现:
智能制造包含哪些技术
智能制造包含什么我们知道了,那么我们实现智能制造需要哪些分门的技术来支撑呢?这个也很容易可以罗列出来:
1、信息与通信技术;
2、自动化技术
3、先进制造技术 每个行业每个产业都应该有与之匹配的先进生产技术促使其发展
4、人工智能技术 脸部识别 语音识别 翻译 工业上的故障诊断 缺陷查验等
5、精益思想技术 现代生产企业的智能制造构建不能基于没有精益生产思想的基底里
上面的技术,其实分开说都是可以延伸出非常庞大并且深邃的知识技术架构体系,我们不可能每个技术都是用最精锐,最高端的,再说了技术这个东西 永远没有最前沿,永远有新的技术出来。那么我们就得基于这些技术,勾勒下智能工厂的架构。
1.基础设施层 工厂网络 车间联网 信息安全 视频监控 身份识别 工业安全
2.智能装备层 智能生产设备 能源测量与监控设备 智能物流设备 智能检测与数据采集设备
3.智能产线层 自动化 柔性生产线 电子看板 创阿奇 机器视觉 SPC
4.智能车间层 MES APS WMS 车间仿真 AGV 立体仓库等物流设备
5.工厂管控层 生产指挥系统
智能工厂规划(无行业特征)
下面就是智能工厂的规划,搜集的几个方面,其实是个框架,(其实相对来说还是比较粗的没有具体到某个行业某个企业),每个人参考只能看到个粗线条的思路,可以参考的步骤,具体到某个企业的时候,做智能工厂那是需要具体的调研规划的,具体从哪几步开始,三年内完成几项,还是怎么的?不过一些接口协议,一些设备采购上一定是要考虑在前面的,稚嫩工厂是个长远的路,如果要做,前期的功课一点也少不了:
1、制造工艺的分析与优化
考虑制造工艺分析优化,这是智能工厂的最最最基础的,你的工艺功夫如若还是落后的,那么你的网络,你的设备再好,也是华丽的外壳落后的动力,比如做一条新的生产线或者建一个新的工厂,首先得思考你的核心工艺是什么: 冲压? 锻造 热处理? 喷涂啊?等,这工艺本身有什么特点,
举个例子:参观德国奥迪A8的工厂,这个奥迪A8主要是铝制车身,一旦材料变成了铝再加上少量的高强度钢和其他的一些复合材料以及金属镁这些材料,那么他的制造工艺就完全变了, 传统的点焊就不适用了,那么就要用到其他的工艺,比如摩擦焊 、激光焊加上一些铆接等等方法。这个算是内功的修炼了。
2.数据采集
不管你现在采集不采集,在规划的时候一定要按照将来要采集这个先决条件来规划,预先考虑好数据采集接口的规范,以及SCADA系统的应用。
3.设备联网
这边就是需要考虑几点:如何实现设备与设备之间的互联?采用怎样的通信方式(有线还是无线)?采用哪种通信协议和接口方式?采集出来的数据如何处理?等
这些问题都想明白了并且解决了,差不多是工厂网络基础算是建好了。
4.工厂智能物流
建立集中拣货区域,
规划采用带有导轨的工业机器人、桁架式机械手等方式来传递物料
采用AGV、RGV或者悬挂式输送链等方式传递物料;
根据前后道工序之间产能的差异,设立生产缓冲区;
应用立体仓库和辊道系统。
▽自动拣货 (图源自网络)
5.质量管理方面
我们都听过这样一句话:质量是设计生产出来的,不是检验出来的,检验是产生数据,那么对这些数据的管理就是要下功夫的地方,我们需要将质量控制在信息系统中嵌入生产主流程,如:检验,试验在生产订单中作为工序或工步来处理。
质量审理以检验表单为依据启动流程开展活动,最小单位订单量,以及质量检验表单数据与生产订单相互关联、穿透,建议做到订单与质检数据可以一步阅取,那么数据有记录,数据有关联,这还不够,需要按结构化数据存储质量记录,为产品单机档案提供基本的质量数据,为质量追溯提供依据;质量控制设置--检测--记录--评判--分析--持续改进。
数据得以分析,在质量检验上做调整,比如:可分为自检,互检,专检,也可分为过程检验和终检;当然最重要的还是在生产工艺生产设备上的原因检查与改善,产品就是设备生产出来的孩子,那么产品的缺陷有些是可以后期修改依然可以合格,更主要的是要检查是不是 机器吃的东西不好,是不是机器自身的那个零件不好,温度,压力不对等等,这些都是可能的原因,当然具体是从哪个方面改进是需要我们的工艺工程师进行专业性的判断的。
质量管理的目的是降低浪费,这个环节在一些安全性产品零件行业就很重要,大大的影响着企业的品牌形象,客户满意度等,
6.设备管理方面
生产管理信息系统中设置设备管理模块,使得设备有宏观的掌控,可以释放最高产能,在设备管理模块中,建立各类设备数据库,设置编码,及时对设备进行维保,通过实时采集设备状态数据,为生产排产提供设备的能力数据;同事要建立设备的健康管理档案,根据积累的设备运行数据建立故障预测模型,进行预测性维护,就是从机器坏了再修,到预防性维修,再到预测性维修,当然某些行业还要进行设备的备品备件管理。
设备的管理其实最主要的是提现精益的思维,机器的产能都是生产企业比较关注的,机器的投资价值也都不低。
7.智能装备的应用
这个一部分是智能化提现的比较明显的一part,
首先是数控装备,这个是数字化所必须的,然后就是智能装备,比如:制造设备与切削加工设备组合应用的智能制造单元,可以实现部分工序(或者部分产线)的自动化,数字化,智能化
再比如:SCADA机器人,并联机器人,协作机器人这些装备的联合运用等等。
8.智能产线规划
智能产线设计的注意点这个很重要:
1)需要考虑节约空间,减少人员的移动,如何进行自动检测,从而提高生产效率和生产质量
2)需要分析哪些工位可以布置自动化设备以及机器人,哪些工位只能采用人工,
当然在规划之前首先得知道智能产线的功能,他可以实现什么或者说可以带来哪些便利?
1)智能产线是可以自动采集生产和装配过程中的生产,质量,能耗,设备等等的数据的;
2)通过电子看板能显示实时的生产状态,防呆措施;
3)通过安灯系统实现设备维护与工程人员的信息传递,减少设备异常反馈时间,提高生产效率;比如:机器异常,红灯闪烁,那么我们的主管维修人员手机就收到了一个短信,那么就可以快速的去进行检查:
4)能够及时快速的发现冗余产能,设备,可以根据反馈及时作出生产调整等;
5) 工人的工位操作基于智能的提示,比如:生产工位上工位机的使用就很方便:查阅SOP,生产操作指南等
9.MES的规划与应用
MES是智能工厂规划落地的着力点,(虽然说上了MES不等于就是智能工厂,但是不得不说现在很多企业在做智能工厂的时候 很多都仅仅是用了个MES)旨在加强MRP计划的执行功能,贯彻落实生产策划,执行生产调度,实时反馈生产进度
面向生产线上的工人,他需要生产什么,按照什么生产,需要达到什么标准,什么时候开始生产,什么时候完工,使用什么原料等;
当然生产过程的“人员,物料,工艺,质检等”各种数据都可以及时获得;
MES从ERP中获取生产订单信息,获取BOM信息,获取产品库存信息,工艺信息从而可以提高设备资源的利用率和生产排成效率。
转的一张图,好像上一篇博客中也有
....
其实细分还有很多方面,产品全生命周期成本管理,电气设计软件开放数据模型等等非常多的方面,今天先梳理到这里吧,
更多分享与整理,慢慢梳理,关于制造业,关于信息化,关于智能工厂。
方案获取方式在文末
数字孪生简单说就是在虚拟空间中完成物理对象、系统、数据的映射,以反映相对应的实体的全生命周期 过程,挖掘 历史 规律,监控实时状态,预测未来趋势。将数字孪生技术应用于物理工厂中,将大幅推动产品在设计、生产、管理及维护等环节的变革。
数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术,通过软件定义,对物理空间进行描述、诊断、预测、决策,进而实现物理空间与虚拟空间的交互映射。
智能制造:是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。智能制造系统架构从生命周期、系统层级和智能特征三个维度描述智能制造所涉及的活动、装备、特征等内容。
智能工厂规划方案:
1、数据采集和管理
数据是智能工厂建设的血液,在各应用系统之间流动。在智能工厂运转的过程中,会产生设计、工艺、制造、仓储、物流、质量、人员等业务数据,这些数据可能分别来自ERP、MES、APS、WMS、QIS等应用系统。生产过程中需要及时采集产量、质量、能耗、加工精度和设备状态等数据,并与订单、工序、人员进行关联,以实现生产过程的全程追溯。
2、设备联网
实现智能工厂乃至工业4.0,推进工业互联网建设,实现MES应用,最重要的基础就是要实现M2M,也就是设备与设备之间的互联,建立工厂网络。
3、工厂智能物流
推进智能工厂建设,生产现场的智能物流十分重要,尤其是对于离散制造企业。智能工厂规划时,要尽量减少无效的物料搬运。很多制造企业在装配车间建立了集中拣货区(Kitting Area),根据每个客户订单集中配货,并通过DPS(Digital Picking System)方式进行快速拣货,配送到装配线,消除了线边仓。
4、生产质量管理和设备管理
提高质量是企业永恒的主题,在智能工厂规划时,生产质量管理和设备管理更是核心的业务流程。贯彻质量是设计、生产出来,而非检验出来的理念。
5、智能厂房设计
智能厂房除了水、电、汽、网络、通信等管线的设计外,还要规划智能视频监控系统、智能采光与照明系统、通风与空调系统、智能安防报警系统、智能门禁一卡通系统、智能火灾报警系统等。采用智能视频监控系统,可以判断监控画面中的异常情况,并以最快和最佳的方式发出警报或触发其它动作。
6、智能装备的应用
制造企业在规划智能工厂时,必须高度关注智能装备的最新发展。机床设备正在从数控化走向智能化,很多企业在设备上下料时采用了工业机器人。未来的工厂中,金属增材制造设备将与切削加工(减材)、成型加工(等材)等设备组合起来,极大地提高材料利用率。
7、智能产线规划
智能产线是智能工厂规划的核心环节,企业需要根据生产线要生产的产品族、产能和生产节拍,采用价值流图等方法来合理规划智能产线。
8、制造执行系统MES
MES是智能工厂规划落地的着力点,上接ERP系统,下接现场的PLC程控器、数据采集器、条形码、检测仪器等设备。MES旨在加强MRP计划的执行功能,贯彻落实生产策划,执行生产调度,实时反馈生产进展:
9、生产无纸化
随着信息化技术的提高和智能终端成本的降低,在智能工厂规划可以普及信息化终端到每个工位。操作工人将可在终端接受工作指令,接受图纸、工艺、更单等生产数据,可以灵活地适应生产计划变更、图纸变更和工艺变更。
10、生产监控及指挥系统
流程行业企业的生产线配置了DCS系统或PLC控制系统,通过组态软件可以查看生产线上各个设备和仪表的状态,但绝大多数离散制造企业还没有建立生产监控与指挥系统。
总之,要做好智能工厂的规划,需要综合运用这些核心要素,从各个视角综合考虑,从投资预算、技术先进性、投资回收期、系统复杂性、生产的柔性等多个方面进行综合权衡、统一规划,建立具有前瞻性和实效性的智能工厂。数夫家具软件有限公司二十多年专注家居管理软件、管理咨询、智能制造、智能营销的开发与推广,为家居企业的信息化管理提供全面成熟的解决方案。