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        数字化车间,智能制造主战场


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        数字化车间的建设主线

        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、过程控制等环节优化管理的基础上,通过数字化、网络化、智能化等手段,在计算机虚拟环境中,对人、机、料、法、环、测等生产资源与生产过程进行设计、管理、仿真、优化与可视化等工作,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、生产设施以及生产过程进行精细、精准、敏捷、高效地管理与控制。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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        ◎ 图1 数字化车间架构图

        数字化车间建设有三条主线,一条是以机床、热处理设备、机器人、测量测试设备等组成的自动化设备与相关设施,实现生产过程的精确化执行,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,实现对计划调度、生产物流、工艺执行、过程质量、设备管理等生产过程各环节及要素的精细化管控,这是典型的赛博系统。


        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。

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        精益思想要贯穿始终


        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”,要贯穿数字化建设的始终。

        1)精益生产,智能制造的重要指导思想

        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值这个标尺去衡量。在前端要打通客户真实需求之间的接口,在企业内部,以客户需求来定义自己的产品与服务。

        ② 识别并消除浪费

        企业在实施智能制造系统之前,应当对流程中各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、等待、不必要的作业、不必要的动作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、盈利能力不足的根源,需要不断进行完善与消除。

        ③价值的快速流动

        精益生产强调价值流的快速流动,包括物理布局工艺流程化,信息传递自动化,以及人、产线设备、仓储物流之间高效协同化。如果在物理布局上有大量断点存在,就会给智能制造的排产与调度带来了更大复杂度。

        在系统整体运转的过程中,尽可能多地消除停滞和等待,需要将人、产线设备、仓储物流之间的相互协作机制、信息传递机制、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,实现产线在生产不同型号、不同配置,甚至是不同种类产品时,可以根据需要进行快速切换。

        ⑤尽善尽美原则

        精益生产中标准作业、自工序完结、良品条件创建与维持、质量内建、安灯控制、防错与纠错机制、变化点管理、全员生产性维持(TPM)等术语之下,都有一套品质维持的理念、原则与方法,这些原则和方法同样可以指导智能制造的建设。

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        2)智能制造,精益生产的有效使能手段

        传统精益生产目视管理有很多很有效的手段和方法,比如5S管理、安灯、标准作业三票、可视化看板等方法。这些方法可以直观地提示发生问题的区域、工位、或是机台、材料等信息,但是要深究问题的根本原因还需要大量的观察与分析,当变异的条件发生变化时,会给分析带来很多困难。

        实现流的生产、均衡化生产是个不断改善的过程,但在离散制造车间,生产设备动辄上百台、工序上千上万项,如何保证这些工序在不同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式,很容易造成设备忙闲不均,造成工序的等待或停滞。通过APS高级排产以及生产过程协同管理等信息化手段,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出产品品质一致。但由于生产条件各种变化,比如设备故障、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,就可以快速发现问题,保证生产过程的受控,有效地提升产品品质


        看板(Kanban)是精益生产中传递信号与控制生产的工具,分传送看板和生产看板两种。传统的看板大多以卡片、纸张等形式存在,通常以手动方式进行填写。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。


        知识内建与管理也是精益生产中的重要理念。在精益运行良好的企业,都非常重视对知识的管理与传承。以前主要是靠师傅言传身教、标准作业文件与流程制度等传统方式,存在学习时间长、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、使用都具有重要的促进作用。


        3)殊途同归,精益智能共促企业良性发展

        虽然精益生产与智能制造是两个领域的概念,侧重点也不尽相同,精益生产主要是强调了生产过程中的管理理念与实现方法,智能制造更侧重技术实现,但两者是相辅相成的关系。

        从生产过程来看,精益生产中的很多理念,如生产布局、节拍、后工序拉动、标准作业等,是实施智能制造的基础。快速切换、减少浪费、可视化生产、均衡化生产、准时化生产、工序流动化等理念,也是智能制造要实现的过程目标。同样,智能制造中的设备互联互通、高级排产、过程协同、资源精益化管控、质量过程管控、大数据分析、可视化、预测性维护等方法与手段,都有助于促进精益生产的落地与提升。

        从实现的目标来看,智能制造与精益生产也是殊途同归,实现敏捷、高效、高质、低成本的生产与服务模式是两者的共同目标。


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        ◎ 图2 智能制造背景下的精益屋


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        数字化车间实施策略

        数字化车间建设是一项复杂的系统工程,数字化车间建设可遵循以下实施策略。

        1)统筹规划,服务战略

        智能制造不是企业的目的,企业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服务,从整体上服务于企业经营战略。


        企业要结合自身实际情况,基于企业战略进行智能制造的设计。比如,要对企业所处行业、企业规模、产品特点、盈利能力、行业地位、发展趋势以及企业自身基础、存在问题、实施目标等,进行深入分析并综合考虑,这些不同的因素决定了企业不同的实施智能制造方法和路径。


        企业在进行数字化车间建设之前,一定要领导出面并持续关注,在企业战略目标指导下进行系统规划,逐步厘清企业存在的问题、建设目标、解决思路和实施步骤,调动企业各方资源,通力合作,避免信息化部门或车间等单一部门孤军作战,通过工艺优化、组织优化、流程优化、管理优化等工作,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,从车间存在的实际痛点出发,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、管理以及信息化、网络化、智能化等各个方面有重点地进行优化、挖掘潜力,最大程度地提升企业生产效率及管理水平。


        3)以人为本,管理取胜

        如前所述,本次智能制造不是“机器换人”的过程,而是以自动化、数字化、网络化、智能化等新理念、新技术手段,帮助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低成本的生产与服务。在智能制造时代,人变得更加重要,而不是相反。无论是机器人等设备,还是MES等信息化系统,都要基于帮助人、服务于人这个出发点,而不是简单地替代人、减少人。另外,无论多么先进的系统,如果不把人的积极性调动起来,系统就不能发挥最大价值,智能制造就不可能取得成功。


        4)效益驱动,落地为王

        在数字化车间建设中,既要符合智能制造的理念,有一定的先进性、前瞻性,又要本着务实落地原则。要汲取当年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、自学习等所谓高大上技术,企业不是研究机构,应该以创造效益为根本目的。


        根据“二八原则”,解决80%的问题,通常只会耗费20%的成本,而剩下的20%却需要高昂的成本。以前,产品更新换代慢,往往很多年都在重复生产同一款产品,而现在市场变化快速,为了适应日新月异的市场变化和个性化需求,即将建设的系统很可能过几年就需要更新和调整。系统满足当前需求并有一定的前瞻性即可,不要过分复杂、不要过于强调先进性,否则,沉重的投资会给企业带来很大的经济负担。


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        数字化车间实施效果

        通过成功实施数字化车间系统,企业在车间管理方面将会有质的提升,为企业智能化转型升级奠定良好的基础。


        1)设备互联,“哑设备”聪明起来

        2)协同生产,让设备高效地运转

        3)虚实融合,数据在流动中增值

        4) 智能制造,降本提质增效是标尺

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        数字化车间系统选型原则

        目前市场上号称能做数字化车间或MES系统的公司有很多,良莠不齐。企业在系统选型时应从以下几个方面进行考虑:

        1)完整性。

        2)先进性。

        3)成熟性。

        4)专业性。

        5)技术团队。

        6)选型人员组成要合理。

        7)易用性。

        8)性价比高。

        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,以成功落地为导向。在先进设备的基础上,在管理方面深挖潜力,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。比如通过三年时间,能将设备利用率提高一倍,将产品合格率提升一个档次,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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