智能化工廠規劃的十大核心要素

來源:智匯工業

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關鍵詞:智能工廠 物聯網

    隨著物聯網時代的到來,從數字化工廠到智能化工廠已經成為不可逆轉的工業發展方向。越來越多的工業企業為了保持未來的企業競爭力,都開始了智能化工廠的探索和嘗試。要規劃智能化工廠究竟有哪些要素呢?

    1.數據的采集和管理

    數據是智能工廠建設的血液,在各應用系統之間流動。在智能工廠運轉的過程中,會產生設計、工藝、制造、倉儲、物流、質量、人員等業務數據,這些數據可能分別來自ERP、MES、APS、WMS、QIS等應用系統。生產過程中需要及時采集產量、質量、能耗、加工精度和設備狀態等數據,并與訂單、工序、人員進行關聯,以實現生產過程的全程追溯。

    此外,在智能工廠的建設過程中,需要建立數據管理規范,來保證數據的一致性和準確性。還要預先考慮好數據采集的接口規范,以及SCADA(監控和數據采集)系統的應用。企業需要根據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據,應當從設備控制系統中自動采集。

    另外,必要時,還應當建立專門的數據管理部門,明確數據管理的原則和構建方法,確立數據管理流程與制度,協調執行中存在的問題,并定期檢查落實優化數據管理的技術標準、流程和執行情況。

    2.設備聯網

    實現智能工廠乃至工業4.0,推進工業互聯網建設,實現MES應用,最重要的基礎就是要實現M2M,也就是設備與設備之間的互聯,建立工廠網絡。

    企業應該對設備與設備之間如何互聯,采用怎樣的通信方式、通信協議和接口方式等問題建立統一的標準。在此基礎上,企業可以實現對設備的遠程監控,機床聯網之后,可以實現DNC(分布式數控)應用。設備聯網和數據采集是企業建設工業互聯網的基礎。

    3.工廠智能物流

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

    離散制造企業在兩道機械工序之間可以采用帶有導軌的工業機器人、桁架式機械手等方式來傳遞物料,還可以采用AGV、RGV(有軌穿梭車)或者懸掛式輸送鏈等方式傳遞物料。立體倉庫和輥道系統的應用,也是企業在規劃智能工廠時,需要進行系統分析的問題。

    4.生產質量管理和設備管理

    提高質量是企業永恒的主題,在智能工廠規劃時,生產質量管理和設備管理更是核心的業務流程。貫徹質量是設計、生產出來,而非檢驗出來的理念。

    質量控制在信息系統中需嵌入生產主流程,如檢驗、試驗在生產訂單中作為工序或工步來處理;質量控制的流程、表單、數據與生產訂單相互關聯、穿透;構建質量管理的基本工作路線:質量控制設置→檢測→記錄→評判→分析→持續改進。

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

    在設備管理模塊中,要建立各類設備數據庫、設置編碼,及時對設備進行維保;通過實時采集設備狀態數據,為生產排產提供設備的能力數據;建立設備的健康管理檔案,根據積累的設備運行數據建立故障預測模型,進行預測性維護,最大限度地減少設備的非計劃性停機;要進行設備的備品備件管理。

    5.智能廠房設計

    智能廠房除了水、電、汽、網絡、通信等管線的設計外,還要規劃智能視頻監控系統、智能采光與照明系統、通風與空調系統、智能安防報警系統、智能門禁一卡通系統、智能火災報警系統等。采用智能視頻監控系統,可以判斷監控畫面中的異常情況,并以最快和最佳的方式發出警報或觸發其它動作。

    整個廠房的的工作分區(加工、裝配、檢驗、進貨、出貨、倉儲等)應根據工業工程的原理進行分析,可以使用數字化制造仿真軟件對設備布局、產線布置、車間物流進行仿真。在廠房設計時,還應當思考如何降低噪音,如何能夠便于設備靈活調整布局,多層廠房如何進行物流輸送等問題。

    6.智能裝備的應用

    制造企業在規劃智能工廠時,必須高度關注智能裝備的最新發展。機床設備正在從數控化走向智能化,很多企業在設備上下料時采用了工業機器人。未來的工廠中,金屬增材制造設備將與切削加工(減材)、成型加工(等材)等設備組合起來,極大地提高材料利用率。

    除了六軸的工業機器人之外,還應該考慮SCARA機器人和并聯機器人的應用,而協作機器人則將會出現在生產線上,配合工人提高作業效率。

    7.智能產線規劃

    智能產線是智能工廠規劃的核心環節,企業需要根據生產線要生產的產品族、產能和生產節拍,采用價值流圖等方法來合理規劃智能產線。

    智能產線的特點是:

    在生產和裝配的過程中,能夠通過傳感器、數控系統或RFID自動進行生產、質量、能耗、設備績效(OEE)等數據采集,并通過電子看板顯示實時的生產狀態,能夠防呆防錯;通過安燈系統實現工序之間的協作;生產線能夠實現快速換模,實現柔性自動化;能夠支持多種相似產品的混線生產和裝配,靈活調整工藝,適應小批量、多品種的生產模式;具有一定冗余,如果出現設備故障,能夠調整到其他設備生產;針對人工操作的工位,能夠給予智能的提示,并充分利用人機協作。

    設計智能產線需要考慮如何節約空間,如何減少人員的移動,如何進行自動檢測,從而提高生產效率和生產質量。

    8.制造執行系統MES

    MES是智能工廠規劃落地的著力點,上接ERP系統,下接現場的PLC程控器、數據采集器、條形碼、檢測儀器等設備。MES旨在加強MRP計劃的執行功能,貫徹落實生產策劃,執行生產調度,實時反饋生產進展:

    面向生產一線工人: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、測”等生產數據,建立可用于產品追溯的數據鏈;反饋進展、反饋問題、申請支援、拉動配合等;面向班組:發揮基層班組長的管理效能,班組任務管理和派工;面向一線生產保障人員:確保生產現場的各項需求,如料、工裝刀量具的配送,工件的周轉等等。

    為提高產品準時交付率、提升設備效能、減少等待時間,MES系統需導入生產作業排程功能,為生產計劃安排和生產調度提供輔助工具,提升計劃的準確性。

    9.生產無紙化

    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、更單等生產數據,可以靈活第適應生產計劃變更、圖紙變更和工藝變更。

    10.生產監控及指揮系統

    流程行業企業的生產線配置了DCS系統或PLC控制系統,通過組態軟件可以查看生產線上各個設備和儀表的狀態,但絕大多數離散制造企業還沒有建立生產監控與指揮系統。

    實際上,離散制造企業也非常需要建設集中的生產監控與指揮系統,在系統中呈現關鍵的設備狀態、生產狀態、質量數據,以及各種實時的分析圖表。通過看板直觀展示。提供多種類型的內容呈現,輔助決策。

    總之,要做好智能工廠的規劃,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、系統復雜性、生產的柔性等多個方面進行綜合權衡、統一規劃,建立具有前瞻性和實效性的智能工廠。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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