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梁保昌:制造业企业传统生产线智能化升级探究 |V课堂第73期

第73期【智造+V课堂】分享嘉宾:昱辰泰克执行总裁梁保昌,梁总从传统生产线在向智能制造转型中所能遇到的问题、解决的关键点和技术应用等方面展开深度分享,最后并以实战案例的成果展现了传统制造也升级后所带来的成果。

作者:苏小静|2017-07-07 13:48


第73期【智造+V课堂】分享嘉宾:昱辰泰克执行总裁梁保昌,梁总从传统生产线在向智能制造转型中所能遇到的问题、解决的关键点和技术应用等方面展开深度分享,最后并以实战案例的成果展现了传统制造也升级后所带来的成果。

一、分享嘉宾介绍

1. 梁保昌

昱辰泰克执行总裁:专注于企业信息系统逻辑架构、车间生产现场实战。

梁保昌  昱辰泰克 执行总裁

昱辰泰克执行总裁  梁保昌

2. 核心专长

  • 在RFID智能生产线的应用中,通过RFID技术和甚高频无线通讯技术实现了工业化流水线柔性化生产的模式转变:生产过程中每个最小制造单元的人、机、料、法实时采集映射至信息系统,实现透明生产、柔性生产、智能生产;
  • 对于传统的工业化流水线实现智能化生产模式的转变,并实践成功。

3. 主要经历

  • 在卡尔电器工作3年,为华为、中兴等公司生产各类通讯产品;
  • 在北洋集团6年,从事RFID自动识别技术的研发与应用,在此期间开始了智能生产
  • 线的应用探索并成功实施美国CINTAS洗衣生产线的智能改造;
  • 2013年至今在昱辰泰克工作,全身心投入在智能制造的浪潮中。

4. 成功案例清单

美国CINTAS(苏州)、山东兰凤针织、青岛红领、SAB伟星拉链、汉帛国际、山东拉峰服装(牛仔裤)、华为网络300深机柜生产线、美的空调、青岛肯拉铎机械、海尔热电、华艺帽业、前丰制帽、秋意浓衬衫、阳谷电缆集团、航天云网。

二、分享主题

《制造业企业传统生产线智能化升级探究》

三、分享大纲

A.传统生产线在智能制造转型中面临的问题

B.传统生产线在智能制造转型中需要解决的关键点

C.传统生产线解决当前关键点所采用的技术方式

D.传统生产线改造升级后所能达到的功效

E.实战案例分享

四、原文实录

原文实录context:

我讲解的内容主要分五个部分,之前在群里面已经有公告了,我就直接进入话题,先说其中的第一个部分。所谓智能化制造,现在叫智能制造,面临的一个主要的问题是:我们传统制造业的装备,生产线,工厂等,90%可能都是传统的生产线,甚至于十多年前,几十年前遗留下来的,一直用到现在的设备。而这一类的生产线也好,设备也好还没到它的淘汰周期,我们把它淘汰掉也蛮可惜的。我们接触到了很多的制造业的企业,他们提出了一个很实际的问题,我们为了上一套智能制造系统,总不能把原来的生产线全部淘汰掉,然后换成新的生产线,这对绝大多数的制造企业来说都是不现实的。这就面临一个问题,我们要对传统的生产线进行改造。那传统生产线改造就会面临这样几个问题,接下来我发一张图给大家看。

传统生产线改造就会面临这样几个问题

首先面临的几个主要问题在这里,第一个设备老旧,那都是我们一直用下来,可能都是十几年前的设备,由于老旧的设备没有通讯功能,它的工作状态无法远程监控,因为对智能制造来说,对于设备的工作状态实时的监控是很重要的,而这些设备可能都不具备通讯功能,就算是好一点也就仅仅是有脱机的PLC在那里,这种设备的工作参数、状态无法进行采集。

生产现场的信息化程度低,这个就不用说了,基本上生产线上就是靠人员的经验来管理,来组织生产。我们车间主任、班组长靠自己的经验,根据现场来回巡查,进行现场的指挥,这种生产的组织方式几乎全靠人工,全靠人的经验,这是信息化程度比较低。

生产线的组成元素,人、机、料、法,制造业一直讲人机料法环,那人机料法这些生产的基本组成元素,还没有把它变成信息世界的一个元素,它始终在物理世界里面。现在的生产现场也许会有一部分信息系统,包括企业上层的业务系统也会有一些信息系统,ERP、OA、自动化系统等等,但是这些信息系统他们信息孤岛特别明显,是一个非常大的瓶颈。比如说生产现场发生了什么事情,当前的定单的生产进度到了什么程度,上层的业务系统不知道,甚至于隔壁车间里面一个做配件,同样也不知道主件的生产进度达到了一个什么程度,所以信息孤岛也是非常传统的问题。

生产管理的现场依靠人工有很多弊端,比如说精益生产,我们都讲精益生产,请来了精益的老师要求我们的生产流程按照什么什么样的流程来做,是效率最高的,最合理的,结果精益的老师走了两个月以后,生产现场的生产模式又回到原来的老方法上去了,依靠人工的管理方式,至少精益生产的基本思想是无法在生产线上长期固化下来的。

传统生产线

无论是生产人员还是生产的管理者,每一个人都有惰性,我们天生就惧怕各种改变,我们原来的生产模式大家习惯了挺好,都干了这么多年了,一直是按照这种模式干的,人自身的惰性,也是一个非常明显的问题,是传统生产线往智能生产线上转变的过程中,面临的一个非常大的问题。

传统生产线往智能生产线

以上是说的当前传统的生产线中我们面临的几个问题,简单用这么一张图来总结一下生产的现状。我们的业务部门,我们的接单、OA、包括产品设计、ERP、仓储等等,在业务层面都有相应的信息系统。而生产层面实际上也有一些工序管理,工艺管理的小系统,我们有一些企业甚至还使用了传统的MES系统,但是业务系统和生产系统他们之间数据的几乎没有交互,一般有的话也是在生产结束了,要入成品入库时手工录工票,生产车间把生产现场的工单,今天一天做了什么事情录到系统里面去。

在传统生产线往智能制造转型过程中,有这么几个关键点,我们把它解决掉,可能就会产生很大的突破,甚至于发生质的变化。

这几个关键点我大概分了五点,一个是设备数据的采集,对现有生产设备,传统的生产设备工作状态的数据采集;二是生产组成元素的映射,这个所谓的映射是指传统的生产现场,人、机、料、法等这些基本的生产组成元素,我们要把它完成一个往信息系统里面映射的过程,能够让我们的信息系统把各个生产元素进行调度、指挥或者是互相组合、协调。

传统生产线往智能制造转型过程

第三个信息孤岛,我们要打破掉当前信息孤岛的现状,无论是生产现场和上层的业务系统之间数据的打通,还是我们生产现场班组与班组,产线与产线,车间与车间之间的数据的打通,这是非常关键的,我们要把数据链打通。

有了前面这三个基础以后,图里面后面的两部分把它标成了灰,就是说有了前面三个基础以后,比如说生产管理的方式,我们完成了一个转变,由人工驱动生产转变成了由数据驱动的生产模式。这几个关键点,接下来我先说一说第一个关键点,设备数据的采集。传统的生产现场设备的数据我们要把它采集上来,而传统设备的状况一般有两类,一种是有通讯能力的,一种是没有通讯能力的,有通讯能力的我们就把它先放到这边,因为这个毕竟是占少数,大概百分之八九十的设备可能还没有通讯能力,我们要对它进行一些改造。

传统的生产现场设备的数据

看这张图里面就能够看到,右半部分这张图,通过为设备加装串口或者是485等不同的通讯接口,让设备具有通讯能力。根据我们现在的情况来看,一般对设备的数据采集关注的无非几方面:开关机状态,转速、工作电流电压、计数等,有些设备比如说切断机,每切断一个就会计数一个,那它的产量就是这个计数。这么几大核心的数据,我们只要能够通过改造的方式让设备把它几个核心的数据报上来,这样至少我们就能够拿到设备的最核心的工作状况数据。

组成元素,人、机、料、法等基本的生产元素,我们要把它完成一个往信息系统里面映射的过程,这就涉及到生产现场的人员,我们怎样把它标识出来,好把它映射到信息系统里面去。在制品、物料,这是生产现场可能正在生产、正在加工的基本元素,我们也要通过相应的标识,比如说RFID这种技术方式,把它标识出来,也让在制品、物料完成往信息世界里面映射的过程。

现场的人员通过佩戴人员卡,把人员信息进行标识,物料信息通过托盘或者是悬挂、绑定等方式给它贴上物料标识卡,而人和在制品、物料标识出来以后,怎样把它传递到信息系统里面去?这就涉及到一个工业网络的问题。传统的网络WiFi、蓝牙可能有一定的局限性,对于工业现场来说,它要求网络的点对点、快速响应,网络的可靠性还有抗干扰能力都要非常高。

NB-IOT的工业网络

我们在工业现场采用窄带物联网就是NB-IOT的工业网络,现场的人员信息,在制品信息以及设备工作状况等等这些数据,数据量是非常大的,要比我们传统的ERP、OA等数据量大得多。所以生产数据的使用最基本的要求是一定要有大数据的技术来进行生产数据的使用。包括往上层业务系统传送的数据,各个并行信息之间数据的互通,对于大数据技术的使用要求也是非常高的。

大家看上面这张图就可以看到我们对人员、物料、在制品,通过RFID的方式进行标识,在生产过程中进行全程的追踪。我们通过窄带物联网的技术,把每一个跟踪点的数据实时地、高效地、精准地把它转化到数字世界里面来。到了信息世界里面来了以后,无论是人、料、物,它已经是用“0101”的方式来描述了,那我们通过物联网、机器联网、任务联网,就是生产任务的联网,利用大数据的技术,再利用边缘计算的技术进行简要的处理,完了以后我们得出来的结果再让系统进行决策。比如说一个定单,它的主件生产到了哪个进度,它的配件到了哪个进度,我们为了保证主件和配件的节拍一致,要进行调度决策,比如说配件的速度慢了,要加快。

你看这张图里面,只要我们完成了从客观世界的基本组成元素往逻辑世界里面转换的过程,这是最最关键的这一步,其实这就是一个典型的CPS系统。头段时间国家也发布了白皮书《CPS信息物理系统白皮书》。智能制造无论如何都要有一个基础,就是CPS作为智能制造的基础,否则上层的业务系统不知道生产现场发生了什么,生产现场也不知道上层的业务系统要求做什么样的决策,什么样的调度,那只有通过了CPS系统中转以后,才能够高效准确地来完成生产现场生产情况的采集,以及通过采集现场的生产情况来决策、调度生产,通过这样一套CPS系统,就把企业的信息孤岛问题解决了。解决掉了信息孤岛问题,解决掉了生产元素往信息世界里面的映射,解决掉了现场设备数据的实时采集,那现在我们就完全进入了信息世界里面了。接下来就是软件层面的事情了,比如说MES系统生产进度的跟踪,人员计件计薪,这都是最简单的功能,甚至于稍微做的智能一点,增加一些算法,我们就能够预测一个生产任务是生产什么时间能够生产完?这就是典型的下线预测功能。

我还拿前面的例子来说,配件的生产进度知道了,主件的生产进度也知道了,配件要装在主件上,生产节拍的协调就很关键,原来这个信息是互相不知道的,那现在在信息世界里面,我们能够统一把它进行调度、协调,这一下子就把生产节拍控制的非常准确,现场我们给它展现一些电子看板给员工看,给班长看,或者给车间看,这种电子看板的使用就可以了。设备的工作状态,我们知道它的开关机情况了,它的产量情况,它工作的电流、电压等等工作状况,他的OEE分析也能够很轻松地分析出来。

信息孤岛问题

大家看这一张图,前面面临问题的地方,现在我们一下子给它打通了,而且是在生产过程中的任意一个环节,随时都可以跟上层的业务系统进行数据的交互,这一下子就变得非常有意义了。而之前可能只在生产结束或者成品包装做一个条码扫描,就这么孤零零的几个点,而生产过程中产生的数据就完全不知道,这恰恰是我们需要在这一次智能制造过程中,要大力提高的地方,就是我们的生产过程要更精细化,更透明化,更能够把它有组织、高效地、低成本地把它协调起来。

电子看板

我们一个客户的电子看板的截图,能够实时地看到当前各个定单的生产进度、产量、完成情况,可能一个车间里面比如说有五条生产线,有若干条生产线,每个生产线的繁忙程度,都能够实时地给它显示出来,这只是呈现,而内部我们还可以做一些生产节拍的协调,生产平衡的动态跟踪,微排产等等,我们都能够把这些功能做起来。甚至于比如这个设备的产能分析,这个设备的效率,它连续开机4个小时,生产出了800件产品,它的效率是多少,马上就能够给它分析出来。有了数据以后,比如说我加工一个零件,给它抛光,我原来做的工艺它到底标不标准?我们可以通过实际反馈上来的数据,来进一步优化工艺。

工时也是这样,我加工这样一个零件,比如说需要5分钟,通过持续采集上来的数据,很轻松地就能得到这个工时有可能是6分钟,也有可能是4分半,对这种标准工时的优化也是非常明显的。原来的优化都是凭经验,现在我们通过实时采集上来的一线的生产数据来进行优化。

实时可视化报表

实时可视化流程

从单个定单,比如说从单个定单的时间轴来看,我们很清晰明了地看到这一个定单,什么时间到了翻转台,什么时间到了分线码头,什么时间进了装配段。进入装配段以后,装配人员是谁,他使用了什么样的工艺进行装配,从装配段到测试段周转时间用了多长,测试段又是谁,用了什么样的测试工具,这一个订单或者是这一个产品从时间轴我们就能够很轻松地把它跟踪起来了,而且这个数据是实际发生的。

你看这个时间轴上绿色的部分,就是真正的有效工作时间。蓝色部分是一些等待时间,周转时间,它相当于降低效率的时间。刚刚说的这些功能,生产进度跟踪、生产节拍、电子看板等等,能够有这个功能做出来,是因为我们通过RFID的方式,把生产线上的人员、物料、再制品把它们标识出来,进行生产过程的跟踪,我们通过窄带物联网的技术进行高效、准确、快速的点对点数据的传输、反馈,通过CPS系统采集生产的数据,对生产现场的调度,是因为这些基础,才实现了这些功能。

CPS系统采集生产的数据

员工一上班刷一下员工卡,张三正在拧螺丝这个工位,过来一个物品拧一个螺丝,刷一下物料卡,系统会告诉他这是定单001,要拧一个5号的螺丝,他就拧一个螺丝。这个过程就把工位上的人员信息、在制品信息、物料信息、工艺信息都采集出来了,并进行了交互。设备的数据我们也把它传递上去,这个机台上设备的开关机状态,工作状态等等,这样就完成了单个工位上的人、机、料、法基本元素的采集。

他的效果就是这一条生产线什么人在什么位置,设备正在用什么样的状态在生产哪一个物品,整条的生产线人员信息,每一个工位的设备、在制品、物料等等生产的进程,生产的统计,工艺的指导,生产的防错等等,都实时地透明起来了。可能老总在国外出差都能够知道,生产线上在发生什么事情,这个就变得非常有意义了。

智能制造

智能制造这个阶段我们说的都是生产车间里面的事情,都是跟制造执行息息相关的。我刚刚发的这张图,从企业整体的层次上来看,从接单系统,接过来定单到了设计部门、研发部门,到了像PDM产品的数字化管理,到生产排产APS,到MES制造执行,执行的结果再反馈回来,再入成品库,这一整套围绕着企业大的ERP系统。

我们看这张图的蓝色组成,那就是企业信息化的高级状态。原来可能是孤零零的或者是说只有若干个点,而没有真正的像这样形成系统,而且数据的互联互通再加上跟生产车间里面实时地交互。这个架构就是制造型企业目前最合理的信息架构。

智能制造案例

接下来就简单说一说几个案例,这个案例我就不说了,应该是全国上上下下都知道。因为服装行业是个劳动密集型的生产模式,典型的离散性的劳动密集型的生产模式。现场的每一个工位或者是每一个机台,可能都要给它安装上工位机,来采集工位上人机料法的基本信息,这个实际上是非常庞大的,也是目前为止做的效果最满意的一个案例,这个样板还是非常好的。

智能制造案例

这个是某女装,女装的生产要比西装更复杂,因为男装好歹还有袖子,女装有可能都没有袖子,它的变化反复无常。这个案例从电商平台接了定单,然后直接同步到MES系统里面,MES系统进行生产和执行,生产结果下来以后,就直接下线包装,把客户的收货信息同时打印,直接发货。定单处理时间就是下单当天之内,实际上几分钟之就处理完了,然后生产周期缩短一个周以内。网站上我们看到有女装那一部分,女装下了定单以后,就到了这个工厂里面来,你大概一两个周以后就能够收到产品。

智能制造案例

这个是我们国内非常有名的做拉链的公司,拉链的生产模式跟服装几乎是完全不一样了。它是一些金属制品的压铸、电镀、抛光、喷漆等等,它对设备的数据采集要求就非常高。一台设备当前的开关状况、产量、计数等等,设备的数据采集要求就很高。因为这个企业比较大,也是上市公司,所以它的ERP也有的,我们通过MES系统,把ERP系统数据交互起来,这样对它生产的提升非常高。

智能制造

这个案例我可以直接说它的名字,这个就是华为。华为生产线在松山湖,没有现场照片,所以我们只能有示意图,它这一个产品从原材料、机柜,我们是在托盘上加了RFID的标签进行生产过程的跟踪,它到了任何一个生产段需要用什么样的工艺信息,要装配什么样的元器件等等,这整个的生产过程全部给它展现出来,前面我说的电子看板,还有时间轴等等,都是说的华为这个案例。

智能制造

一个典型的传统设备的数据采集的样板,这个客户这里没有功能上的其他要求,就要求把设备实时的工作状况采集,一台设备价值可能都比较高,但是都是没有通讯功能的,又没有到淘汰的时候,淘汰掉了太可惜,价值几十万、上百万的设备,我们通过相应的技术改造,把设备的工作状况、开关机状态空闲率、产量这些数据实时地采集上来,以及它的一些异常情况等等。

智能制造

这里总共有30台注塑机,我们把它每一台的实时的工作状况进行了远程的跟踪、监控,在管理者的界面里面,任何一台设备,比如说看14号设备变红了,比如说它有意外停机的情况,或者有什么情况都能够在我们的系统里面实时地显示出来,有的设备绿色的工作状态,有的设备是黄色的,暂停了等等。而这一块也是我们把设备数据采集以后,再传输给上层的业务系统。

到这里,通过怎样的技术方式实现了传统生产线的智能改造,以及我们改造的几个典型案例,就跟大家分享完了,谢谢大家。

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