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德国最接近“工业4.0”的AGV+RFID全自动化工厂

2017-04-21

工业4.0应用技术

1. 柔性生产

        该生产 系统所要实现的目标是使生产实现最大的柔性化。自动化 和信息化是实现柔性定制个性化生产的手段。

        AGV小车将 毛坯推入代加工区域,而这些 毛坯木料的尺寸大小都是不同的,按照顶 点顺序进行排列,符合JIO理念。而JIO(Just In Order)是继JIT(Just In Time)准时制 生产的基础上提出的,要求供 应商不仅应按时将零部件送抵生产现场,还要求 不同规格零部件的顺序按照要求排列,以便满 足混线生产的要求。这样不 同型号的产品在装配时,不会因 为零件顺序错落而发生装配错误的问题。丰田的JIT只适合 单一产品的大批量生产,而JIO则是混线生产,柔性制 造模式所必需的供应链运作机制,是生产模式的变革。

        目前国 内的自动化项目都号称4.0,但绝大 部分无法实现柔性制造。所以在笔者看来,中国企业谈4.0只是按 照自动化集成去理解,并没有 真正领会生产模式变革的意义。

2. 数据追踪

       在产品 的整个生命周期中会产生很多数据,即所谓的大数据。制造商 需要能够利用这些数据对产品进行跟踪,以了解产品的状态。比如某 个客户购买的某产品中的某个零件出了问题拿到售后服务部门去维修,这时生 产厂应该能够知道这个零件的供应商是谁,哪个生 产环节中的哪个人应该对此负责,并计算出损失。相关的 技术和软件产品(PLM/PDM,ERP, CRM, SCM等)早在几乎20年前就已经非常成熟,相对欠 缺的是生产环节的大数据处理。尽管也 有相对成熟的解决方案,如MES(制造执行系统),SCADA(现场数据采集系统),APS(先进生产计划系统)等,但是由 于缺乏强大的车间级管理系统去协调各生产设备,生产车 间的自动化和信息化层始终存在着难以打破的屏障,原因很 多此处不展开讨论。而视频 中的生产系统则采用相对简单和独立的软件系统,在设备 层实现了对生产数据的集成和管理。

        首先机 器人通过专用的检测设备对入库毛坯进行全检,再扫描条形码,根据读 取的产品信息自动调用加工程序(NC代码由 产品设计数模自动生成),并自动 调整支撑夹具的位置,以适合零件的尺寸。加工完毕后,由于条 码在加工过程中被破坏掉,所以再次贴敷条码,并更新产品生产数据,记录设备运行数据,将这些 数据通过现场总线传入上位机的生产管理/监控系统。

        由于每 个零件上都有条码,每个条 码对于正确的程序,所以不 论来料按何种顺序排列,加工过 程是不会出现问题的。也就是 说生产管理调度软件和生产设备之间是相互独立运行的,就算生 产调度出了问题,也不会 造成生产程序调用错误。而即便 产品信息和加工数据在对应上出现问题,机器人 的入库检测信息也会与程序信息进行比对,不会出现加工废品(即可能 用较大尺寸的毛坯加工出小尺寸产品,而不会 出现小尺寸毛坯调用大尺寸产品加工程序的问题)。

        所以说,当我们评价工业4.0或工业互联网,物联网 方案先进性的时候,不应只 看技术实现的手段,不要去较真条形码,二维码,RFID哪个技术更先进,而更应 该关注这些生产数据所支持的智能生产的运作机制。

3. 工序集中

        整套生 产系统集中了每一个产品从入库到出库的全部工序,与以往 生产单元的概念有所突破,除了机 械加工和上下料以外,该系统 集成了自动检测,工装夹具调整(柔性工装),生产订单管理等功能。机加工 序之后基本上直接进喷漆车间后就可以出厂了。

        在生产战略规划上,该企业 并没有搞垂直整合,而是把 附加值最高的定制化加工留给了自己,利润薄,污染环 境的上下游工序统统外购或外协。

4. 优化设计

        从产品开发逻辑上讲,产品设 计决定了生产工艺,而生产 工艺决定生产设备。当我们谈论工业4.0或智能制造的时候,通常只 关注到设备或软件,而往往忽视了方法(工艺),更不会去在意设计(概念)。

         产品设 计从一开始不但决定了产品本身的价值,也决定 了大部分的生产成本。以该瑞士制造商为例,由于产 品为定制化设计,所以在 安装时需要服务人员在客户现场进行安装,而由于 瑞士的人工成本极高,所以在 设计时就必须充分考虑到组装的便捷性,即DFA(Design For Assembly)。说得更通俗些,这种木 门的最终安装实际上和组装宜家家具是一样的,但是安 装的复杂程度和精度要求要更高,安装时 也需要更专业的工具。然而如 果按照中国木匠打家具的方法,实地测 量尺寸再锯断合适长度的木料,再钉钉子等等,那么瑞 士的这套木门成本会极高。所以就 要求在设计之初就要求便于快速组装,而且具 有一定的通用性,小型功 能零件尽量采用标准件,只是在 门板样式和规格上体现个性化差异。

        这种产 品设计既要保证便于个性化定制生产,也要合 理降低制造成本,便于安装维护。所以说,一套体 系化的产品设计理念和产品开发平台才是成功实现工业4.0转型最基本的前提。

德国最接近“工业4.0”的AGV+RFID全自动化工厂

产业变革的趋势

1. 没有夕 阳产业只有夕阳观念

       在中国人眼里,木门生 产绝对是落后的传统制造业,没有利润,没有科技含量,没有发展前途。但是这个工业4.0项目却 落地在全世界工业技术水平最高,人工成本最贵的瑞士。可见先 进的智能化制造系统是完全可以弥补人力成本的劣势,而传统 制造业向发达工业国回流也确实正在发生。中国的 制造企业必须有所作为才能避免在这次工业革命中被淘汰。

2. 柔性智 能生产系统增大利润空间

       制造成本是相对概念,当产品价值足够高时,那么制 造成本就可以忽略不计了。视频里 的瑞士公司通过投资智能制造设备,首先在 战略上实现了定制化生产,使得产 品本身的价值大幅提高,而全自 动制造系统免去了人工成本,并且整 个设备占地非常小却可以实现以往一个工厂的全部工序,使得土 地成本构成的比重大幅下降。

       通常我 们认为中国的土地和人力成本很低,因此制造业优势明显。但是一 旦发达的工业国纷纷采用柔性智能无人/少人生 产系统来实现工业4.0革命,那么未 来制造业的利润-成本构 成将发生极大的变化:土地,人力,能源等 资源相关的因素在生产成本中所构成的比利将大为降低,智能设 备的技术折旧以及雇用高端技术和咨询人员的将成为未来主要的成本。所以,如果不 增加在知识和技术上的投入,中国制 造业将面临毁灭性的打击。

       企业看工业4.0往往只 看到了相关技术的先进,看到了不足,但是缺 乏合理的方法论去实现转型升级。中国企业要转型升级,首先要 看懂制造业的发展趋势,在整理 出合适自己的新的运营模式,再根据 这个模式有所取舍地规划企业转型升级的途径和战略。只要中 国的制造企业多一些理性,少一些浮躁,以中国 人的聪明才智总可以找到合适自己的转型升级之路。



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