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圖1 艾普工華的智能工廠示意圖
1.智能工廠的實(shí)施廣度
我們可以參考德國(guó)工業(yè)4.0中對(duì)“智能工廠”的定義：研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。前半句“智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程”，是說(shuō)除了包括智能化的機(jī)床、機(jī)器人等生產(chǎn)設(shè)施以外，還包括對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的智能化管控，站在信息化的角度，就是智能化的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。而后半句：“以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)”，是指將生產(chǎn)所用的生產(chǎn)設(shè)施（如機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、AGV、測(cè)量測(cè)試等各種數(shù)字化設(shè)備），進(jìn)行互聯(lián)互通、智能化的管理，實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的深度融合。目前很多企業(yè)實(shí)施的DNC/MDC(設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))是其重要的基礎(chǔ)。
2.智能工廠的實(shí)施深度
按照工業(yè)4.0戰(zhàn)略的描述，理想狀態(tài)的智能制造是一種高度自動(dòng)化、高度信息化、高度網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)模式，工廠內(nèi)人、機(jī)、料自主協(xié)同，自組織、高效運(yùn)轉(zhuǎn)；工廠間，通過(guò)端對(duì)端集成、橫向集成，實(shí)現(xiàn)了價(jià)值鏈的共享、協(xié)作，效率、成本、質(zhì)量、個(gè)性化都得到了質(zhì)的飛躍。
對(duì)于中國(guó)制造企業(yè)而言，現(xiàn)在恰逢“三期交疊”的困難期，企業(yè)希望既要符合工業(yè)4.0或者是中國(guó)制造2025的發(fā)展方向，又要投資小、見(jiàn)效快、確保成功率，如何在兩者之間平衡，是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)、也很重要的問(wèn)題。
艾普工華認(rèn)為，在本次智能化制造的中，企業(yè)一定要“著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)、立足當(dāng)下”。既要符合工業(yè)4.0 的理念，體現(xiàn)出其主要特點(diǎn)，又要本著務(wù)實(shí)的原則實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略。比如，要汲取以前CIMS實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，不要過(guò)于理想化，不要過(guò)多強(qiáng)調(diào)自組織、自學(xué)習(xí)、自執(zhí)行等高難度的智能技術(shù)，企業(yè)不是突破什么關(guān)鍵智能制造技術(shù)的研究單位，而是以創(chuàng)造效益為根本目的，要總體規(guī)劃、分步實(shí)施，以效益為驅(qū)動(dòng)，確保成功率。在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化，在管理方面深挖潛力，充分發(fā)揮人的作用，構(gòu)建具有適度智能的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化、個(gè)性化的智能生產(chǎn)模式，切實(shí)做到*的“提質(zhì)增效”。并以量化為指標(biāo)，循序漸進(jìn)，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。假如通過(guò)3年時(shí)間，能將設(shè)備利用率提高100%，艾普工華認(rèn)為就極有可能“確保企業(yè)的未來(lái)”，這些作法就是符合工業(yè)4.0戰(zhàn)略思想的。
3.建設(shè)智能工廠要有全局的、系統(tǒng)的思想
近，與制造企業(yè)進(jìn)行有關(guān)智能工廠方面的交流時(shí)，看到生產(chǎn)效率與日本、歐美等發(fā)達(dá)的巨大差距后，很多管理者往往著急地說(shuō)，我要再買(mǎi)些機(jī)器人加強(qiáng)自動(dòng)化，或者說(shuō)我要加強(qiáng)考核，讓工人提高效率。
艾普工華認(rèn)為，認(rèn)識(shí)到自己與別人的差距，并有決心去行動(dòng)、去改變，這是*值得肯定的事情，但智能工廠是個(gè)系統(tǒng)工程，而不是從某個(gè)單一環(huán)節(jié)上就能解決的，光靠購(gòu)買(mǎi)大量的設(shè)備或者僅對(duì)工人加強(qiáng)管理，對(duì)整體而言效果是有限的。試想一下：
數(shù)據(jù)就是企業(yè)的財(cái)富，沒(méi)有良好的信息化管理系統(tǒng)，沒(méi)有自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，沒(méi)有智能化的大數(shù)據(jù)分析，沒(méi)有形象直觀的展示系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)就白白丟失掉了，企業(yè)永遠(yuǎn)只能處于憑經(jīng)驗(yàn)、拍腦袋的粗放型管理狀態(tài)。
艾普工華認(rèn)為，企業(yè)在智能工廠建設(shè)時(shí)一定要從全局思考，打造一個(gè)的、有體系的智能工廠管理系統(tǒng)，從各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化、挖掘潛力，程度地企業(yè)的生產(chǎn)效率及管理水平。
七個(gè)維度打造具有中國(guó)特色的智能工廠
如何打造中國(guó)特色的智能工廠？從哪幾個(gè)方面入手？智能做成什么程度？針對(duì)這些企業(yè)關(guān)心的問(wèn)題，艾普工華在領(lǐng)先的智能工廠整體解決方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)4.0等先進(jìn)理念，在國(guó)內(nèi)首次提出了 “制造運(yùn)營(yíng)管理”，全方位詮釋基于制造運(yùn)營(yíng)管理打造中國(guó)特色的智能工廠，分別從計(jì)劃源頭、過(guò)程協(xié)同、物流協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等7個(gè)方面著手，實(shí)現(xiàn)的精細(xì)化、精準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的智能化管理與控制，既很好地符合了德國(guó)智能工廠的定義，又能與美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、以及中國(guó)制造2025等理念完全吻合。
圖2 艾普工華制造運(yùn)營(yíng)管理
1.智能計(jì)劃排產(chǎn)
首先從計(jì)劃源頭上確保計(jì)劃的科學(xué)化、精準(zhǔn)化。通過(guò)集成，從ERP等上游系統(tǒng)讀取主生產(chǎn)計(jì)劃后，利用APS進(jìn)行自動(dòng)排產(chǎn)，按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、優(yōu)庫(kù)存、同一裝夾優(yōu)先、已投產(chǎn)訂單優(yōu)先等多種排產(chǎn)算法，自動(dòng)生成的生產(chǎn)計(jì)劃可準(zhǔn)確到每一道工序、每一臺(tái)設(shè)備、每一分鐘，并使交貨期短、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)均衡化。這是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行科學(xué)的源頭與基礎(chǔ)。
圖3 圖形化的UniMax XPlanner APS排產(chǎn)
2.智能生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同
為避免貴重的生產(chǎn)設(shè)備因*作工忙于找刀、找料、檢驗(yàn)等輔助工作而造成設(shè)備有效利用率低的情況，企業(yè)要從生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程上，實(shí)現(xiàn)物料、刀具、工裝、等的并行協(xié)同準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)車(chē)間級(jí)的協(xié)同制造。
圖4 智能的生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同
還比如，隨著3D模型的普及，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)以3D模型為載體的信息共享，將CATIA、PRO/E、NX等多種數(shù)據(jù)格式的3D圖形、直接下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)，做到生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)紙化，也可*減少圖紙轉(zhuǎn)化與看圖的時(shí)間，工人的勞動(dòng)效率。
圖5 3D 可視化在智能制造中的應(yīng)用
3.智能供應(yīng)鏈物流協(xié)同
智能供應(yīng)鏈物流協(xié)同主要通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率。需求方則能快速獲得服務(wù)匹配并能得到智能物流支持。
建立貫穿整個(gè)供應(yīng)鏈的智能物流體系，通過(guò)立體倉(cāng)庫(kù)、電動(dòng)叉車(chē)、AGV等自動(dòng)化物流設(shè)備實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)存取、輸送與分揀，大幅提高作業(yè)效率。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)提醒*作信息，減少人工出錯(cuò)。按時(shí)序、工位等要求，智能安排配送任務(wù)，保證物料按時(shí)、按量配送生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)調(diào)度智能化，合理利用運(yùn)輸設(shè)備，高效率完成物料運(yùn)輸。快速響應(yīng)物流需求，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部物流及外部供應(yīng)商物流計(jì)劃的即時(shí)傳遞。建立物流小批量拉動(dòng)式配送機(jī)制，形成穩(wěn)定的物料消耗速率，減少裝配中的物料取用時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，提高轉(zhuǎn)運(yùn)效率，節(jié)約物流空間。
圖6 艾普工華3D 可視化在物流調(diào)度中的應(yīng)用
圖7 艾普工華物流調(diào)度配送可視化建模
4.智能的設(shè)備互聯(lián)互通
無(wú)論是工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、還是中國(guó)制造2025，其實(shí)質(zhì)都是以CPS賽博物理系統(tǒng)為核心，通過(guò)信息化與生產(chǎn)設(shè)備等物理實(shí)體的深度融合，實(shí)現(xiàn)智能制造的生產(chǎn)模式。對(duì)企業(yè)來(lái)講，將那些貴重的數(shù)控設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等數(shù)字化設(shè)備，通過(guò)DNC/MDC的機(jī)床聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能決策等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)化通訊、程序集中管理、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，就是CPS賽博物理系統(tǒng)在制造企業(yè)中典型的體現(xiàn)。
圖8 數(shù)字化制造與數(shù)字化控制系統(tǒng)架構(gòu)圖
DNC是Distributed Numerical Control的簡(jiǎn)稱(chēng)，意為分布式數(shù)字控制，國(guó)內(nèi)一般統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)床聯(lián)網(wǎng)。DNC系統(tǒng)通過(guò)一臺(tái)服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)控設(shè)備的雙向并發(fā)通訊，支持Fanuc、Siemens、Heidenhain等上百種控制系統(tǒng)，兼容RS232、422、485、TCP/IP、無(wú)線等各類(lèi)通訊方式，具有遠(yuǎn)程通訊、強(qiáng)制上傳等常見(jiàn)功能，將數(shù)控設(shè)備納入整個(gè)IT系統(tǒng)進(jìn)行集群化管理。
管理學(xué)大師彼得?德魯克曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“你如果無(wú)法度量它，就無(wú)法管理它”，我們不僅需要通過(guò)DNC解決互聯(lián)的問(wèn)題，更需要通過(guò)MDC(Manufacturing Data Collection，直譯為制造數(shù)據(jù)采集，俗稱(chēng)為機(jī)床監(jiān)控)解決數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、透明化、量化管理的問(wèn)題。
MDC通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)自動(dòng)采集4096臺(tái)數(shù)控設(shè)備，兼容數(shù)控系統(tǒng)、熱處理設(shè)備（如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設(shè)備）、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等各類(lèi)數(shù)字化設(shè)備，兼容西門(mén)子等所有機(jī)床控制系統(tǒng)，以及三菱、歐姆龍等各類(lèi)PLC的設(shè)備。
對(duì)高端帶網(wǎng)卡的機(jī)床，可直接采集到機(jī)床的實(shí)時(shí)狀態(tài)、程序信息、加工件數(shù)、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給、報(bào)警信息等豐富的信息。并以形象直觀的圖形化界面進(jìn)行顯示，比如，綠色表示機(jī)床正在運(yùn)行，黃色表示機(jī)床開(kāi)機(jī)沒(méi)干活，灰色表示沒(méi)開(kāi)機(jī)，紅色表示故障，鼠標(biāo)在機(jī)床圖形上一點(diǎn)，相關(guān)的機(jī)床詳細(xì)信息就全部實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的透明化、量化管理。
圖9 UniMax MES設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控界面
如果要實(shí)現(xiàn)更逼真的顯示效果，可通過(guò)3D虛擬技術(shù)以立體的形式展現(xiàn)車(chē)間、設(shè)備、人體模型等，可以實(shí)現(xiàn)人體的行走、機(jī)床的放大縮小、設(shè)備信息的實(shí)時(shí)顯示等各種*作，給用戶一個(gè)更直觀、形象的展現(xiàn)。
圖10 艾普工華3D可視化車(chē)間
通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形式對(duì)熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行采集與管理，如采集設(shè)備基本狀態(tài)，對(duì)各類(lèi)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)預(yù)警、過(guò)程記錄分析等功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、嚴(yán)格的控制，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程完全受控。
圖12 對(duì)熱處理設(shè)備生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與及時(shí)處理
當(dāng)生產(chǎn)一段時(shí)間，質(zhì)量出現(xiàn)一定的規(guī)律時(shí)，我們可以通過(guò)對(duì)工序過(guò)程的主要參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行綜合分析，為技術(shù)人員與管理人員進(jìn)行改進(jìn)提供科學(xué)、量化的參考數(shù)據(jù)，在以后的生產(chǎn)過(guò)程中，減少不好的參數(shù)，確保優(yōu)的生產(chǎn)參數(shù)，從而保證產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性。
7.智能決策支持
在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)運(yùn)行著大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在艾普工華的很多用戶里，企業(yè)一個(gè)車(chē)間一年的數(shù)據(jù)量就高10億條以上，這是一種真正的工業(yè)大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是企業(yè)寶貴的財(cái)富。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘與分析，系統(tǒng)自動(dòng)生成各種直觀的統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表，如計(jì)劃制訂情況、計(jì)劃執(zhí)行情況、質(zhì)量情況、庫(kù)存情況、設(shè)備情況等，可為相關(guān)人員決策提供幫助。這種基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，可以很好地幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高效生產(chǎn)模式。
圖13 基于大數(shù)據(jù)分析的智能決策支持報(bào)表
總之，通過(guò)以上7個(gè)方面智能的打造，可極大企業(yè)的計(jì)劃科學(xué)化、生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備與信息化的深度融合，并通過(guò)基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對(duì)企業(yè)進(jìn)行透明化、量化的管理，可*企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，是一種很好的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能生產(chǎn)模式。
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1.需求背景1）建立覆蓋加工車(chē)間的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)NC程序的有效調(diào)用、穩(wěn)定有效傳輸和在線加工等，
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汽車(chē)行業(yè)與人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展確實(shí)正在形成一條高潛力的產(chǎn)業(yè)鏈，兩者的技術(shù)共享、供應(yīng)鏈整合和市場(chǎng)聯(lián)
