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任何一家對制桶技術(shù)有執(zhí)著追求的制造企業(yè),都希望自己能在當代這個變革舞臺上走得更高、更遠。鋼桶作為制桶企業(yè)的產(chǎn)品,如何在這個變革中通過智能制造實現(xiàn)數(shù)字化、人員最少化和成本最優(yōu)化,是樹立在每一個制桶人面前的目標?,F(xiàn)如無錫四方、天津大田、中糧包裝、格瑞夫等這些代表性的現(xiàn)代化智能工廠已走在時代前面,提前布局了智能制造和面向未來的全數(shù)字化。為此,本文希望將制桶新形勢的一些想法與方向進行分析,給改革中的企業(yè)提供一些助力。
智能制造成熟度
知根才能發(fā)展,只有制造自身實現(xiàn)了智造,才能更好地造出滿足市場需求的智能終端產(chǎn)品,否則最終只會被市場淘汰。真正意義的智造不是僅指鋼桶產(chǎn)品上的各種科技技術(shù)應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)+或激光焊接,而應(yīng)該是指企業(yè)內(nèi)部制造的管理、模式、架構(gòu)的智造。縱觀國內(nèi)不少的鋼桶企業(yè),很多企業(yè)才剛進行全面自動化升級變革,管理上仍然保持著20世紀末的方式。線末裝桶勞動力密集,生產(chǎn)、品質(zhì)都依靠人的經(jīng)驗與個人的評判基準,導(dǎo)致產(chǎn)品背后沒有生產(chǎn)數(shù)據(jù)可溯源。甚至為了減少品質(zhì)的波動,一直延續(xù)著多工序生產(chǎn)和單零件大批量生產(chǎn)的粗放型排產(chǎn)。這樣一來,成本居高和靈活性低下成為了制桶的通病,且產(chǎn)能提升時的投資往往也是巨大的。即便一些大型的企業(yè),雖然在管理上嚴格執(zhí)行ISO,品質(zhì)上遵從較高的基準,但在管理上對大數(shù)據(jù)的不敏感,也往往會導(dǎo)致一些問題的反復(fù)發(fā)生,如一些基礎(chǔ)品質(zhì)問題,在每個鋼桶上重復(fù)發(fā)生而得不到遏制。而這些問題的根源,就是缺少數(shù)據(jù)分析,無法縱觀一個產(chǎn)品的始終所導(dǎo)致。
鋼桶的生產(chǎn),在20 世紀就一直圍繞零件的成形,開卷、落料、清洗、拆垛、成形、質(zhì)檢、裝箱、入庫、出荷等環(huán)節(jié)開展自動化變革。這些變革環(huán)節(jié)中,一直都是沿用成熟的生產(chǎn)技術(shù)與工藝,一些數(shù)字化新技術(shù)極少在制桶領(lǐng)域被應(yīng)用。過往曾經(jīng)出現(xiàn)過的桶蓋自動堆碼系統(tǒng),受限于零件裝掛數(shù)量、后工序取用困難等問題,也如曇花一現(xiàn),并未能在行業(yè)中被廣泛認可和推廣。
作為一家對制桶技術(shù)有著執(zhí)著追求的企業(yè),肯定不會在智能制造這個變革時代缺席。其中,格瑞夫算是在數(shù)字化技術(shù)上走得比較早的一部分制桶企業(yè)之一,相比其它企業(yè)全新建設(shè)的數(shù)字化工廠不同,格瑞夫沒有拋棄原有的生產(chǎn)基礎(chǔ),而是在此基礎(chǔ)上不斷進行效率的精益求精,走出了一條屬于自己的低投入變革之路。早在2010 年,格瑞夫就開始導(dǎo)入桶蓋自動堆碼、成品自動裝車,更是將此作為了后續(xù)所有鋼桶生產(chǎn)線的標準配套,實現(xiàn)了班組人員最小化;全程輸送鏈,最大程度上削減了車間面積和優(yōu)化了零件物流輸送;全模型化的伺服制造技術(shù),更是成功將一個桶型的工序數(shù)量縮減,,并將坯料利用率提升到行業(yè)的最高水平。另外,在其他新技術(shù)的研發(fā)中,格瑞夫也從未停步,在市場的激勵下,制桶車間涌現(xiàn)了很多的新技術(shù),如“質(zhì)量自動檢測技術(shù)”、“智能輸送”、“ERP 系統(tǒng)”、“遠程維修”等,已如雨后春筍般在新興的制桶車間不斷涌現(xiàn)。作為鋼桶生產(chǎn)者,如何將這些眾多新技術(shù)串聯(lián)起來,并成為一個數(shù)字化孿生車間,是決定未來大田包裝站位高低的一個重大推動力。
規(guī)劃級是指能夠?qū)诵臉I(yè)務(wù)活動,如設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)進行流程化管理,讓整個產(chǎn)品線不再是斷層,而是整個生命周期聯(lián)合在一起。這個環(huán)節(jié)需要對制造的基礎(chǔ)和條件進行規(guī)劃,并實現(xiàn)一定的數(shù)字化,可以實現(xiàn)全流程的溯源。這一點,企業(yè)在ISO認證時基本都已經(jīng)能做到。
規(guī)范級和集成級,就是企業(yè)采用自動化技術(shù)、信息技術(shù)手段對核心裝備和核心業(yè)務(wù)活動進行改造和規(guī)范化,實現(xiàn)單一業(yè)務(wù)的活動數(shù)據(jù)共享。然后對裝備、系統(tǒng)等開展集成,實現(xiàn)跨業(yè)務(wù)活動間的數(shù)據(jù)共享。對于這兩點,格瑞夫從2008 年開始就已規(guī)劃了未來自動化制桶車間的藍圖,實現(xiàn)了從桶蓋的自動堆碼到成品的自動裝車,從簡單的庫存數(shù)據(jù)庫升級到輸送、定位、品質(zhì)一體化數(shù)據(jù)中心,實現(xiàn)每一個零件的生產(chǎn)軌跡登記和品質(zhì)溯源。同時,還能關(guān)聯(lián)能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)等,對不太合理的數(shù)據(jù)進行處理和生產(chǎn)優(yōu)化的提醒與建議。
優(yōu)化級,企業(yè)對人員、資源、制造等進行數(shù)據(jù)挖掘,形成知識、模型等,實現(xiàn)對核心業(yè)務(wù)活動的精準預(yù)測和優(yōu)化。這個階段是整個智能制造的核心,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集,匯總了整個企業(yè)所有生產(chǎn)的數(shù)據(jù),對于每一個趨勢發(fā)展、效率高低都能進行預(yù)判與優(yōu)化,并自動下發(fā)不同的工藝文件。未來所有的生產(chǎn)布局、流程都將要依賴這個模型進行擴展,實現(xiàn)少人化和信息化。
最后的引領(lǐng)級則是一個終極的發(fā)展目標,基于上述搭建的模型,持續(xù)驅(qū)動業(yè)務(wù)活動的優(yōu)化和創(chuàng)新,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同并衍生新的智造模式。也就是大家常說的數(shù)字化孿生生產(chǎn)車間,可以基于數(shù)據(jù)的科學(xué)決策和動態(tài)優(yōu)化,實現(xiàn)無人化智能制造,并主動學(xué)習(xí)和自動持續(xù)優(yōu)化能力,實現(xiàn)生產(chǎn)資源自組織、柔性化、個性化需求,且與安全一體化管理,為企業(yè)帶來持續(xù)客觀的經(jīng)濟效益。
為了更好地去推進鋼桶的智能化制造,在整體布局時,必須要充分考慮鋼桶的生產(chǎn)環(huán)境和制約因素。
大數(shù)據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)
在生產(chǎn)系統(tǒng)上,每個企業(yè)都有自己的生產(chǎn)管理思路,但并不是所有的管理思路都能成為數(shù)字化系統(tǒng),并能覆蓋車間的所有領(lǐng)域,例如設(shè)備、工藝和品質(zhì)等。另外,鋼桶生產(chǎn)也不能粗狂地按計劃大批量地生產(chǎn),特別是品種多的企業(yè),會導(dǎo)致零件占據(jù)大量的存放空間,并有品質(zhì)隱患。很多企業(yè)雖然也有生產(chǎn)系統(tǒng),但往往就是管控庫存與生產(chǎn)計劃,忽視了其他的影響因素,容易發(fā)生與計劃脫節(jié)、完成率不高等問題。
對于常規(guī)的生產(chǎn)系統(tǒng),可獲知的信息量少,更多還需要依靠班組自我調(diào)整,才能保障生產(chǎn)的順利。而最優(yōu)的做法,是根據(jù)現(xiàn)場的各種狀態(tài)去協(xié)調(diào)生產(chǎn)的變化,例如新產(chǎn)品的調(diào)試、設(shè)備的維修、后工序桶型、零件數(shù)量、安全庫存量等,甚至還需要結(jié)合坯料的生產(chǎn)運輸情況,將生產(chǎn)計劃從落料、生產(chǎn)到庫存,成為一個有機流程開展統(tǒng)籌安排。
智能化方向:建立全面MES 生產(chǎn)管理系統(tǒng),可監(jiān)控制桶車間的每一個細節(jié),足不出戶管控車間。
為了獲取更多、更全面的信息,智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)必須要將信息量最大化,包含且不限于設(shè)備狀態(tài)、模具狀態(tài)、人員在崗信息、品質(zhì)狀態(tài)、能源變化等方面。因為任何一個節(jié)點出現(xiàn)異常,都會直接導(dǎo)致生產(chǎn)的不穩(wěn)定。其中設(shè)備和模具的狀態(tài),是除庫存外的最重要的數(shù)據(jù)。
同時,沖壓與其他車間存在最大的差異,首先,生產(chǎn)不能單純依靠拉動性來進行生產(chǎn),需要根據(jù)不同的桶型生產(chǎn)計劃、數(shù)量,結(jié)合現(xiàn)場的零件、坯料和庫存空間,在保證最低安全庫存的基礎(chǔ)下提前進行排產(chǎn);其次,還需要考慮單批次的生產(chǎn)量與下一工序模具準備的工時,調(diào)整每批次生產(chǎn)的零件數(shù)量,讓制桶生產(chǎn)線稼動率最大化。綜上所有因素,鋼桶智能化生產(chǎn)模型必須要將上述所有的條件整合起來作為輸入量,方可輸出最合理、最優(yōu)化的生產(chǎn)計劃,并操控生產(chǎn)。因此,制桶的智能化必須有且只能有一個大腦來整合這些數(shù)據(jù)。這個大腦就是生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。
車間內(nèi)布局“一個核心+多個輔助”,構(gòu)成制桶車間信息化系統(tǒng)。在這個架構(gòu)中,所有的信息全部匯總至MES 系統(tǒng)中進行整理,通過內(nèi)部的大數(shù)據(jù)模型,排列出最合理的生產(chǎn)計劃,交付生產(chǎn)線。但這僅僅是完成了“軟件”部分的內(nèi)容,真正智能化的生產(chǎn)才剛剛啟動。
在實際生產(chǎn)過程中,MES 系統(tǒng)還需要不斷監(jiān)控整個生產(chǎn)環(huán)節(jié),從坯料的入庫到AGV 上料,從設(shè)備的運轉(zhuǎn)到品質(zhì)的檢測,從零件的自動裝掛到入庫,從焊裝崗位的投遞到空容器的重新入庫。這一切都需要精準的策劃與調(diào)控,任何一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常都會導(dǎo)致生產(chǎn)的癱瘓或發(fā)生產(chǎn)品品質(zhì)的重大事故。這是一個復(fù)雜且又龐大的工程,現(xiàn)階段廣本處于在智能成熟的第三級,為第四級的蛻變積累著數(shù)據(jù)的經(jīng)驗。
品質(zhì)提升
在傳統(tǒng)的品質(zhì)檢查中,都是通過人工對光進行外觀品質(zhì)的確認,檢出率與檢查人的技術(shù)能力直接相關(guān)。無論是在線質(zhì)檢或檢具掃描,耗費時間長且仍無法規(guī)避異常流出,特別在生產(chǎn)線的節(jié)拍不斷提升中,這個異常流出會不斷被放大。
智造技術(shù):在線自動檢測,機器人藍光掃描。隨著視覺系統(tǒng)的日趨成熟、圖像從2D 到3D,數(shù)據(jù)分析速度快速提升,自動品質(zhì)檢測已經(jīng)從離線搬到了在線狀態(tài)。利用穿透性強、抗干擾能力強的短波長藍光,進行高精度的零件掃描,可以識別的品質(zhì)問題,已經(jīng)從原來的單純開裂,發(fā)展到了桶型外觀、工藝過程、尺寸精度確認等許多方面,可以實現(xiàn)多種不同的作業(yè)。導(dǎo)入該類設(shè)備,可以大幅削減品控人員、品質(zhì)檢查的區(qū)域,甚至檢具等投入。同時,對于高速伺服線的高生產(chǎn)節(jié)拍,還能有效削減不良品的產(chǎn)生數(shù)量,削減生產(chǎn)成本。
線末智能物流
早在2006 年,國內(nèi)鋼桶行業(yè)就開始進入自動化生產(chǎn)的時代。與此同時,桶件碼垛的強度也隨著生產(chǎn)速度的提升遇到了瓶頸,需要更多的員工去配合零件碼垛。隨著生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍普遍達到8只/分鐘 以上,輔助的人員需求也繼續(xù)增大,生產(chǎn)線面積需求也日益增大,如一些鋼桶生產(chǎn)企業(yè)線末鏈條設(shè)計長度就達到了40 米,僅是為了滿足成品碼垛崗位的需求。特別是一些大型的企業(yè),生產(chǎn)時需要的裝車人員數(shù)量占到了整個班組人數(shù)的50%。而且人工裝車存在許多的問題,如產(chǎn)品變形、觸摸污染等。在此背景下,適應(yīng)性高的自動裝箱系統(tǒng)再次成為了制桶行業(yè)的一個急需。
在2010 年,許多的廠家開始考慮鋼桶自動化裝車的課題研究。但是受到已有生產(chǎn)線的限制,僅能實現(xiàn)極少部分的產(chǎn)品自動裝車,畢竟一旦轉(zhuǎn)為自動裝車后,裝車的數(shù)量將會大幅削減,且裝車的精度要求要比原來提升了數(shù)個等級,導(dǎo)致制造成本劇增。而格瑞夫在第一代的自動裝車系統(tǒng)中,就通過視覺識別實現(xiàn)了鋼桶的自動裝車。但由于受到人工生產(chǎn)物流的因素影響,經(jīng)常存在生產(chǎn)的停頓,如鋼桶精度差異、鋼桶運輸不及時等等,難以體現(xiàn)自動裝車的優(yōu)勢。
智能化方向:建立臺車數(shù)據(jù)庫,零變化切換自動裝車;配合AGV 和智能立體倉庫搭建自動庫存系統(tǒng)。
自動裝車的設(shè)計,不能僅僅考慮裝車一個環(huán)節(jié),更多要結(jié)合庫存開展聯(lián)動,將叉運、庫存和出荷作為一個整體進行規(guī)劃,才能最大程度節(jié)省空間與人員,同時實現(xiàn)自動裝車的最大優(yōu)勢和弱化原來的弊端。特別是涉及不良品的混裝,更加是一大難題。一些企業(yè)曾采用人工剔除或不區(qū)分混裝的方式,以減少設(shè)備和物流的影響。但是這樣一來,少人化仍難以達成,還會導(dǎo)致場地的布局混亂。對此,在MES 系統(tǒng)的配合下,同步導(dǎo)入線末自動AGV 系統(tǒng),將生產(chǎn)線原來人員最為密集的線末物流有機整合為一個自動化智能整體,通過RFID 實現(xiàn)了不同產(chǎn)品、不同品質(zhì)種類的有序排布。自動裝車不再是獨立的系統(tǒng),而是物流的一個有機組成,不但使效率大幅提升,還可以讓整個生產(chǎn)進入數(shù)字化時代。
首先,針對手動裝桶臺車的精度不足這一個最大的困擾問題,過往均是采用重新制作高精度的臺車,但是造成生產(chǎn)成本的激增。為此可以結(jié)合MES 系統(tǒng),通過離線對已有臺車的精度進行精準測量,形成具體的數(shù)據(jù)庫資料,并寄存在服務(wù)器中;對臺車安裝二維碼/RFID 等身份識別信息,每次生產(chǎn)時自動將裝車的位置作標與機器人作標結(jié)合,保證裝車的穩(wěn)定性與品質(zhì)一致性。
然后,利用AGV 智能入庫小車或?qū)S幂斔玩溸M行零件的自動入庫,即可保證先進先出,又能全面掌控零件的實際數(shù)量,已達到最佳的生產(chǎn)模式。另一方面,立體庫的設(shè)置能最大化空間的利用,削減沖壓最大的零件面積占用。但作為配套,生產(chǎn)管理系統(tǒng)則需要在管理上增加更多的生產(chǎn)計劃、出入庫信息等的模塊用于支撐整體智能庫的運作。
結(jié)束語
工欲善其事,必先利其器。在數(shù)字化變革的浪潮里,制桶必須要懂得轉(zhuǎn)換思維,將制造升級為智造,才能讓生產(chǎn)效率、場地占用、人員數(shù)量達到最優(yōu)平衡,真正實現(xiàn)提產(chǎn)降本。
對于鋼桶行業(yè)的新形勢,特別是老企業(yè)的變化轉(zhuǎn)變,由于原來管理模式的差異,過程必然是會往個性化發(fā)展的。但對于已有的制桶車間,廢舊立新是必然之勢,且是一個長期曲折的過程。這個過程沒有一步到位的靈丹妙藥,也絕不會只有唯一的一條道路,因此,作為規(guī)劃者必須要考慮各種因素,站在高處俯視自身才可做出最好的選擇,讓企業(yè)立于時代的高位。
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