智能制造實例 全程可視化生產(chǎn)

發(fā)表于：2017/7/11 15:09:55??閱讀量：?[關(guān)閉]

　　作為大眾集團重要的海外市場之一，中國正在見證大眾公司不斷投產(chǎn)的新工廠和新車型，而更重要的是：全新的智能工廠的理念。一汽大眾佛山工廠是大眾在全球的標(biāo)桿工廠，也是智能工廠的新示范，通過對自動化和信息化的無縫連接，實現(xiàn)了傳統(tǒng)上IT和OT(運營技術(shù))的融合。該工廠不僅在自動化程度、產(chǎn)能水平、設(shè)備狀況方面確保在全球大眾工廠中達到了頂級水平，更重要的是，通過對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用，使得整個工廠的管理水平成為了透明工廠的典范。在這樣高標(biāo)準(zhǔn)的要求之下，宜科公司的“物聯(lián)網(wǎng)+信息化+自動化”融合的戰(zhàn)略，就成為佛山工廠的一個重要推手。

　　大眾、奧迪，混線生產(chǎn)中!

　　作為工業(yè)4.0的一個重要特征，大規(guī)模定制成為越來越迫切的剛性需求，這與傳統(tǒng)的車間有著非常大的不同。而佛山這條生產(chǎn)線很大的亮點就是多車型的混線生產(chǎn)：其焊裝車間可以實現(xiàn)大眾和奧迪的產(chǎn)品在焊裝領(lǐng)域混線生產(chǎn)。

　　作為德國大眾在國內(nèi)的第一款基于MQB(橫置發(fā)動機模塊平臺)的車身焊裝線，焊裝線的機器人(300024)數(shù)量超過800臺，自動化率超過70%，6條主焊線自動化率達到100%。采用3個康采恩框架，能夠?qū)崿F(xiàn)兩大車型系列，5種車型的柔性生產(chǎn)。整線設(shè)計能力為每小時60臺，具備焊接強度高、變形小、焊縫美觀無需掩蓋等硬性生產(chǎn)能力。

　　圖1 基于MQB的車身焊裝線

　　從一開始，這就是一個巨大的挑戰(zhàn)。

　　這個設(shè)計目標(biāo)，一方面要求車間生產(chǎn)線表現(xiàn)出極大的柔性，可以兼容多種車型在同一生產(chǎn)線上進行制造，通過系統(tǒng)進行車型的區(qū)分，并對其進行準(zhǔn)確的自動化生產(chǎn)和加工。另一方面，對于生產(chǎn)線來說，生產(chǎn)是連續(xù)化的生產(chǎn)，當(dāng)某個工序發(fā)生生產(chǎn)停滯時，能夠通過緩存區(qū)和管理系統(tǒng)，自動減少對停滯前后工序的影響。

　　一汽大眾佛山工廠是大眾在全球先進的標(biāo)桿工廠，這里自然也執(zhí)行著全球最高和最新的大眾標(biāo)準(zhǔn)。在這個工廠內(nèi)，每一種生產(chǎn)工藝都體現(xiàn)了大眾造車水平的高超和精湛。

　　圖2 一汽大眾佛山工廠特色

　　雖然一汽大眾的許多工廠已經(jīng)形成高時效生產(chǎn)模式，但是當(dāng)設(shè)備、人員、物料出現(xiàn)問題時，還是會影響生產(chǎn)的進行。如何減少停線，提前對停線原因進行分析，從而保證既定的生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，是一汽大眾佛山工廠非常明確的智能制造的目標(biāo)。

　　而基于數(shù)據(jù)流動和實時分析與決策的透明化工廠，正是實現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。宜科公司對此進行了整體的規(guī)劃和實施，提供了自系統(tǒng)層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層到執(zhí)行層自上而下的全系列服務(wù)，產(chǎn)品及解決方案涵蓋MES制造執(zhí)行系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)連接、無線通訊、物流倉儲、機器人及智能設(shè)備組成的復(fù)雜自動化與電氣控制系統(tǒng)，從而使得這樣的透明工廠最終得以實現(xiàn)落地。

　　圖3 宜科工業(yè)4.0智慧工廠解決方案

　　智造物聯(lián)，開啟新模式

　　為了實現(xiàn)高時效生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，一汽大眾佛山工廠大量采用了目前世界上很先進的技術(shù)和設(shè)備，供應(yīng)商大多為德國企業(yè)，例如杜爾、GESAT等。這些公司主要對車間的數(shù)據(jù)進行整合和歸檔，然后通過數(shù)據(jù)接口的方式提供給目視化系統(tǒng)使用。其主要產(chǎn)品涉及安東模塊、設(shè)備監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等，已完成的系統(tǒng)基本都是各個獨立的數(shù)據(jù)單元，相對于其他車間和系統(tǒng)來說，基本屬于信息孤島。

　　只有打破孤島，才能真正解決透明工廠問題。透明工廠的含義包括兩方面，一方面是數(shù)據(jù)的自由流動性;另一方面則是整個進程的可視化和決策同步化。

　　在汽車工程領(lǐng)域有著豐富的系統(tǒng)集成實施經(jīng)驗的宜科，憑借多年積累的自動化和信息化解決方案，提供了可靠的“透明化”的思路。宜科的系統(tǒng)主要是與ERP系統(tǒng)對接，獲取生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)加工參數(shù)等數(shù)據(jù)，并傳遞生產(chǎn)停線時間、生產(chǎn)產(chǎn)量和效率等數(shù)值;對下層管理，主要是對自動化控制層，特別是面對車間內(nèi)的自動化控制系統(tǒng)和第三方設(shè)備，這些數(shù)據(jù)的對接都是通過專用的數(shù)據(jù)接口來完成的。

　　這些接口的數(shù)據(jù)交互主要有三種方式：數(shù)據(jù)庫方式，通過數(shù)據(jù)庫的接口與各車間的管理模塊進行數(shù)據(jù)傳遞;報文方式，與ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是通過大眾集團特定的報文通訊方式、根據(jù)預(yù)定的格式進行數(shù)據(jù)交互的;專用接口方式，如OPC接口，這樣的接口是全球統(tǒng)一的數(shù)字化接口，能夠很方便地與各國各廠家的設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互。

　　得益于宜科對數(shù)據(jù)整合、模塊功能、工藝要求的深刻了解，大眾佛山工廠所面臨的傳統(tǒng)工廠無法避免的信息孤島問題，能夠得到有效的解決。宜科將這些相互獨立的信息孤島通過信息化的手段進行互聯(lián)互通，同時將各車間、各功能模塊的數(shù)據(jù)和工藝路線通過智能互聯(lián)的技術(shù)進行匯總和整合。例如，大眾佛山工廠焊裝車間的集中控制系統(tǒng)是將自動化輸送系統(tǒng)、車身識別系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、看板展示系統(tǒng)進行了整合互通，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動化輸送系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)，提高了自動化輸送系統(tǒng)的連續(xù)無故障率，有效提高了生產(chǎn)效率。

　　物聯(lián)網(wǎng)成為很大的粘結(jié)劑。宜科依托于其傳感器感知的強大底層基礎(chǔ)，通過不依賴于傳統(tǒng)PLC等控制器的處理和采集能力以及無線數(shù)據(jù)傳輸能力，無需現(xiàn)場連接布線、安裝快捷等優(yōu)點，真正滿足了透明化工廠的需求。

　　當(dāng)然，目前依然存在一些無法整合的數(shù)據(jù)。例如，機械化輸送的上位監(jiān)控系統(tǒng)采用的是西門子公司的WinCC系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要管理了輸送系統(tǒng)中的EMS、滾床輸送以及緩存區(qū)等部分，但它并沒有與系統(tǒng)中的焊接工藝設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，因為地面工藝設(shè)備全部由德國企業(yè)提供，相對國內(nèi)企業(yè)提供的輸送設(shè)備，其接口基本屬于封閉狀態(tài)，這樣就很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取和監(jiān)控。這些遺憾，只能通過全球設(shè)備供應(yīng)商的共同努力才能得以彌補。

　　四大車間，步步連通

　　智能制造的本質(zhì)是新一代信息技術(shù)和先進制造技術(shù)的深度融合，它推動了企業(yè)數(shù)據(jù)的自由流動，包括自上而下和自下而上的，也實現(xiàn)了跨越企業(yè)邊界的價值鏈的整合。

　　而大眾佛山工廠的數(shù)字化車間的建立，則大幅提高了生產(chǎn)透明度。通過對生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理，將生產(chǎn)信息通過數(shù)字化的方式在系統(tǒng)中進行展示，為生產(chǎn)管理者提供透明化的生產(chǎn)狀況。

　　這是一個數(shù)字工廠需要的頂層視角?；谕该骰臄?shù)據(jù)傳遞和實時反饋，將一線生產(chǎn)者和決策者很大限度地連接在一起，并將生產(chǎn)中發(fā)生的問題最大化，加快問題處理速度。

　　這當(dāng)中最為重要的是業(yè)務(wù)流程的連通化。將以往的各個信息孤島互聯(lián)互通起來，對生產(chǎn)全流程進行管理，讓生產(chǎn)過程中的設(shè)備和人員進行有機結(jié)合。整車廠一般有四個工序，分別是沖壓、焊裝、涂裝和總裝。四大工藝根據(jù)各自需求，都會建立各自的數(shù)字化系統(tǒng)。在具體實施過程中，需要先將各個工藝流程透明化，同時考慮到整體的接口連接，最終實現(xiàn)整個混線生產(chǎn)的可視化目標(biāo)。

　　具體而言，庫房管理系統(tǒng)是沖壓車間智能化的重點。沖壓車間的設(shè)備數(shù)量少，但是物料管理較為重要。在沖壓車間的數(shù)字化建設(shè)中，除了必要的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)外，更重要的是WMS系統(tǒng)，即庫房管理系統(tǒng)。其主要功能是對原材料的入庫、使用、返庫等流程進行管理，同時對原材料的生產(chǎn)進行跟蹤和追溯，并進行產(chǎn)品的追蹤、管理等。

　　而中央可視化生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)則是焊裝車間智能化的重點。把整個焊裝車間涉及到自動化的工位都納入監(jiān)控范圍，實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)頁的查看方式，管理者便可在辦公室對生產(chǎn)狀況進行實時的了解。該系統(tǒng)通過報警分析功能來提高企業(yè)的技術(shù)產(chǎn)能，并向維修部門提供報警和關(guān)鍵績效指數(shù)等信息，通過可視化提高生產(chǎn)和維修的透明度。

　　涂裝車間智能化的重點目標(biāo)是設(shè)備管理和車身跟蹤系統(tǒng)。涂裝車間對工藝水平的要求相對較高，因此對設(shè)備的管理要求也較高。涂裝車間擁有非常完善的設(shè)備管理系統(tǒng)，能夠?qū)ιa(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)、報警、遠(yuǎn)程控制等進行管理。該系統(tǒng)對實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行采集、存儲和分析，通過數(shù)據(jù)反映生產(chǎn)的薄弱點，并進行有針對性的改進和提高，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)水平。這些繁雜多樣的設(shè)備連接，正是宜科物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大展身手的地方。

　　總裝車間是人員最多、零部件安裝數(shù)量最多的車間，其重要的智能化系統(tǒng)是安東系統(tǒng)。通過宜科的自動化、信息化和物聯(lián)網(wǎng)的無縫連接，能夠?qū)⒁痪€人員的問題和請求集中起來，同時確保車間實現(xiàn)全方面的物流拉動系統(tǒng)，對生產(chǎn)所需的物料提供系統(tǒng)層的支持和保障。

　　在整車制造過程中，每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有其特點和薄弱點，這就造成了各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率、質(zhì)量都存在一定差異，也就是整車制造中的黑箱。

　　宜科的全廠級目視化系統(tǒng)，正是意圖去打破黑箱，形成透明工廠。每一家汽車生產(chǎn)廠商都可以通過這樣的系統(tǒng)，找出生產(chǎn)過程中的薄弱點，以便有針對性地提高生產(chǎn)效率，從而使得管理者從宏觀的角度，了解到各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備、工藝等情況，而在傳統(tǒng)的車間級生產(chǎn)管理系統(tǒng)，則無法滿足這樣的要求。在智能制造的大背景下，包括汽車生產(chǎn)廠商在內(nèi)的制造型企業(yè)對宏觀的工廠級生產(chǎn)管理和運行狀態(tài)管理有著越來越強烈的需求。宜科公司為一汽大眾佛山工廠打造的全廠級目視化系統(tǒng)是我國國內(nèi)首個基礎(chǔ)全廠級生產(chǎn)管理綜合系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)在大眾集團也是首次實施。該系統(tǒng)不僅延續(xù)了大眾先進的生產(chǎn)和管理理念，同時也大幅提升了大眾集團在整車制造領(lǐng)域的地位。

　　智能工廠的價值體現(xiàn)

　　對一汽大眾佛山工廠而言，這是大眾在中國國內(nèi)的第一個全廠級的透明工廠，具有很重要的應(yīng)用意義和示范價值。它解決了數(shù)據(jù)透明化、生產(chǎn)流程貫通化管理的目標(biāo)，也因此形成了數(shù)據(jù)雙向快速流動的工廠管理機制，而這正是工業(yè)4.0為重要的驅(qū)動力。

　　與大眾需求方一起，宜科梳理了整個工廠的生產(chǎn)流程，并將這些業(yè)務(wù)流程，結(jié)合IT和OT的數(shù)據(jù)特征，進行了自上而下和自下而上的貫通和整合。通過將生產(chǎn)狀況利用信息化手段進行展示和分析，使生產(chǎn)的實時狀況透明化，為各部門了解生產(chǎn)情況提供了一個平臺。

　　整個透明化系統(tǒng)的主要使用者是生產(chǎn)、工藝、物流、設(shè)備維護等部門的管理者。它給企業(yè)帶來了管理的優(yōu)化以及生產(chǎn)效率的提升。一方面，管理者可以在辦公室內(nèi)對設(shè)備狀況、故障原因、生產(chǎn)進程等進行實時的了解。這些數(shù)據(jù)曾經(jīng)是需要通過人工郵件的形式提供的，不僅數(shù)據(jù)滯后，而且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也無法得到保證。另一方面，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)的可管理性，將生產(chǎn)效率下降、設(shè)備故障、人員請求、物料配送等生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進行相互關(guān)聯(lián)，以便找出生產(chǎn)的薄弱點并加以改進，從而進一步提升生產(chǎn)效率。

　　一汽大眾佛山工廠的全廠級透明化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，對宜科的“物聯(lián)網(wǎng)+信息化+自動化”的融合理念具有很好的示范和驗證效應(yīng)。系統(tǒng)中大量使用了自動化系統(tǒng)提供的信號數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)進行卓有成效的數(shù)據(jù)傳輸，并最終通過信息化的手段進行整合，最終在決策者面前實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的“透明化”。

　　大眾佛山工廠全廠透明的成功運行表明，作為一種提供“泛連接、云平臺、輕應(yīng)用、大數(shù)據(jù)”的智造物聯(lián)發(fā)展模式，特別是綜合“平臺+應(yīng)用+大數(shù)據(jù)”的整體解決方案，正在積極推動智能制造快速走向成熟。（來源：e-work）