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從傳統(tǒng)工廠到智能化工廠，還有哪些路要走?

發(fā)布時間：2021-05-22 瀏覽量：740

信息技術與制造技術的結合，產(chǎn)生了新的生產(chǎn)實現(xiàn)模式，智能化工廠就是其中的典型代表。實踐應用表明，智能化工廠可以縮短設計時間，優(yōu)化生產(chǎn)制造，提高協(xié)同工作能力，降低成本。機會總是留給充分準備的頭腦，未來總是屬于超前規(guī)劃的企業(yè)。后疫情時代，加速推進智能工廠建設是制造企業(yè)的不二選擇。

眾所周知，智能工廠的規(guī)劃建設是一個十分復雜的系統(tǒng)工程，從傳統(tǒng)工廠到智能工廠是一個逐步進化的過程，也是組織、管理、工業(yè)技術和信息化不斷融合的過程。為了少走彎路，本文整理了在智能工廠建設中要考慮的八大核心要素以及需要關注的重點維度。

數(shù)據(jù)的采集和管理

數(shù)據(jù)是智能工廠建設的血液，在各應用系統(tǒng)之間流動。在智能工廠運轉的過程中，會產(chǎn)生設計、工藝、制造、倉儲、物流、質(zhì)量、人員等業(yè)務數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能分別來自ERP、MES、APS、WMS等應用系統(tǒng)。生產(chǎn)過程中需要及時采集產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、加工精度和設備狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并與訂單、工序、人員進行關聯(lián)，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全程追溯。

此外，在智能工廠的建設過程中，需要建立數(shù)據(jù)管理規(guī)范，來保證數(shù)據(jù)的一致性和準確性。還要預先考慮好數(shù)據(jù)采集的接口規(guī)范，以及SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)的應用。企業(yè)需要根據(jù)采集的頻率要求來確定采集方式，對于需要高頻率采集的數(shù)據(jù)，應當從設備控制系統(tǒng)中自動采集。

另外，必要時，還應當建立專門的數(shù)據(jù)管理部門，明確數(shù)據(jù)管理的原則和構建方法，確立數(shù)據(jù)管理流程與制度，協(xié)調(diào)執(zhí)行中存在的問題，并定期檢查落實優(yōu)化數(shù)據(jù)管理的技術標準、流程和執(zhí)行情況。

設備聯(lián)網(wǎng)和設備管理

實現(xiàn)智能工廠，推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設，最重要的基礎就是要實現(xiàn)M2M，也就是設備與設備之間的互聯(lián)，建立工廠網(wǎng)絡。

企業(yè)應該對設備與設備之間如何互聯(lián)，采用怎樣的通信方式、通信協(xié)議和接口方式等問題建立統(tǒng)一的標準。在此基礎上，企業(yè)可以實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控，機床聯(lián)網(wǎng)之后，可以實現(xiàn)DNC（分布式數(shù)控）應用。設備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集是企業(yè)建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎。

發(fā)揮設備的效能（OEE—設備綜合效率）是智能工廠生產(chǎn)管理的基本要求。OEE的提升標志產(chǎn)能的提高和成本的降低。生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)需設置設備管理模塊，使設備釋放出最高的產(chǎn)能，通過生產(chǎn)的合理安排，使設備尤其是關鍵、瓶頸設備減少等待時間。

廠內(nèi)智能物流

推進智能工廠建設，生產(chǎn)現(xiàn)場的智能物流十分重要，尤其是對于離散制造企業(yè)。智能工廠規(guī)劃時，要盡量減少無效的物料搬運。很多制造企業(yè)在裝配車間建立了集中揀貨區(qū)，根據(jù)每個客戶訂單集中配貨，并通過DPS方式進行快速揀貨，配送到裝配線，消除了線邊倉。

離散制造企業(yè)在兩道機械工序之間可以采用桁架式機械手、AGV等方式來傳遞物料，立體倉庫和軌道系統(tǒng)的應用，也是企業(yè)在規(guī)劃智能工廠時，需要進行系統(tǒng)分析的問題。

生產(chǎn)質(zhì)量管理

提高質(zhì)量是企業(yè)永恒的主題，在智能工廠規(guī)劃時，生產(chǎn)質(zhì)量管理更是核心的業(yè)務流程。貫徹質(zhì)量是設計、生產(chǎn)出來，而非檢驗出來的理念。

質(zhì)量控制在信息系統(tǒng)中需嵌入生產(chǎn)主流程，如檢驗、試驗在生產(chǎn)訂單中作為工序或工步來處理；質(zhì)量控制的流程、表單、數(shù)據(jù)與生產(chǎn)訂單相互關聯(lián)、穿透；構建質(zhì)量管理的基本工作路線：質(zhì)量控制設置→檢測→記錄→評判→分析→持續(xù)改進。

智能產(chǎn)線規(guī)劃

智能產(chǎn)線是智能工廠規(guī)劃的核心環(huán)節(jié)，企業(yè)需要根據(jù)生產(chǎn)線要生產(chǎn)的產(chǎn)品、產(chǎn)能和生產(chǎn)節(jié)拍，采用價值流圖等方法來合理規(guī)劃智能產(chǎn)線。

智能產(chǎn)線的特點是：

△在生產(chǎn)和裝配的過程中，能夠通過傳感器或RFID自動進行生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗、設備績效（OEE）等數(shù)據(jù)采集，并通過電子看板顯示實時的生產(chǎn)狀態(tài)，能夠防呆防錯；

△通過安燈系統(tǒng)實現(xiàn)工序之間的協(xié)作；

△生產(chǎn)線能夠實現(xiàn)快速換模，實現(xiàn)柔性自動化；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應小批量、多品種的生產(chǎn)模式；

△具有一定冗余，如果出現(xiàn)設備故障，能夠調(diào)整到其他設備生產(chǎn)；

△針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示，并充分利用人機協(xié)作。

設計智能產(chǎn)線需要考慮如何節(jié)約空間，如何減少人員的移動，如何進行自動檢測，從而提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES

MES是智能工廠規(guī)劃落地的著力點，上接ERP系統(tǒng)，下接現(xiàn)場的PLC程控器、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、檢測儀器等設備。MES旨在加強MRP計劃的執(zhí)行功能，貫徹落實生產(chǎn)策劃，執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度，實時反饋生產(chǎn)進展：

△面向生產(chǎn)一線工人：指令做什么、怎么做、滿足什么標準，什么時候開工，什么時候完工，使用什么工具等；記錄“人、機、料、法、環(huán)、測”等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立可用于產(chǎn)品追溯的數(shù)據(jù)鏈；反饋進展、反饋問題、申請支援、拉動配合等；

△面向班組：發(fā)揮基層班組長的管理效能，班組任務管理和派工；

△面向一線生產(chǎn)保障人員：確保生產(chǎn)現(xiàn)場的各項需求，如料、工裝刀量具的配送，工件的周轉等等。

為提高產(chǎn)品準時交付率、提升設備效能、減少等待時間，MES系統(tǒng)需導入生產(chǎn)作業(yè)排程功能，為生產(chǎn)計劃安排和生產(chǎn)調(diào)度提供輔助工具，提升計劃的準確性。

生產(chǎn)無紙化及監(jiān)控指揮系統(tǒng)

隨著信息化技術的提高和智能終端成本的降低，在智能工廠規(guī)劃可以普及信息化終端到每個工位。操作工人將可在終端接受工作指令，接受圖紙、工藝、更單等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以靈活的適應生產(chǎn)計劃變更、圖紙變更和工藝變更。

實際上，離散制造企業(yè)也非常需要建設集中的生產(chǎn)監(jiān)控與指揮系統(tǒng)，在系統(tǒng)中呈現(xiàn)關鍵的設備狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)、質(zhì)量數(shù)據(jù)，以及各種實時的分析圖表。通過看板直觀展示，提供多種類型的內(nèi)容呈現(xiàn)，輔助決策。

人工智能技術應用

人工智能技術正在被不斷地應用到圖像識別、語音識別、智能機器人、故障診斷與預測性維護、質(zhì)量監(jiān)控等各個領域，覆蓋從研發(fā)創(chuàng)新、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制、故障診斷等多個方面。在智能工廠建設過程中，應當充分應用人工智能技術。

例如，可以利用機器學習技術，挖掘產(chǎn)品缺陷與歷史數(shù)據(jù)之間的關系，形成控制規(guī)則，并通過增強學習技術和實時反饋，控制生產(chǎn)過程減少產(chǎn)品缺陷。同時集成專家經(jīng)驗，不斷改進學習結果。利用機器視覺代替人眼，提高生產(chǎn)柔性和自動化程度，提升產(chǎn)品質(zhì)檢效率和可靠性。

總之，要做好智能工廠的規(guī)劃，需要綜合運用這些核心要素，從各個視角綜合考慮，從投資預算、技術先進性、投資回收期、系統(tǒng)復雜性、生產(chǎn)的柔性等多個方面進行綜合權衡、統(tǒng)一規(guī)劃，建立具有前瞻性和效益性的智能工廠。