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自2015年“中国制造2025”战略规划提出之后,智能制造就瞬间成为行业热词,被广泛热炒。其中,“无人工厂”、“黑灯工厂”、“数字化工厂”、“互联工厂”、“虚拟工厂”以及“智能工厂”等概念也犹如雨后春笋一般涌现出来。这里面既包括国家层面推进的“智能制造试点示范项目”,也包括在新的趋势下,敢于尝试应用新技术促进自身变革创新的前沿企业。
可能就像前文所述的那样,无论是何种工厂,都是在同一个目标之下,采取的不同实践路径。俗话说“不管黑猫、白猫,抓住老鼠就是好猫。”虽然采访中刘功效一再强调,不要主观地应用一套标准去束缚或者对企业的实践行为指手画脚,因为处于不同发展阶段的企业需要考量自身的实际情况,但是殊途同归,无论哪种工厂都是要实现智能化,而从目前来看智能工厂的正确打开方式应该是――虚实结合。
在宁振波看来,德国“工业4.0”的核心实际上就是要建立CPS(信息物理系统)系统。从宏观上理解,CPS系统就是一个虚实结合的智能制造系统,是智能制造的底层架构。这个智能制造系统是基于网络化、数字化以及智能化,并包括设计、工艺、制造、交付、维护保障服务等全生命周期管理过程。
智能感知
实现人机物三者互联
从概念上讲,CPS系统是一个在环境感知的基础上,深度融合了计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统。其中,计算、通信以及控制之间的深度融合是CPS系统正常运行的必要保障。另外,从更深层面上去理解,CPS系统还需要具备远程协调、自我管理和学习的功能,这五大功能最终要实现的就是产品生产过程中的实时感知、动态控制和信息服务。综合来说,也就是我们眼中的智能化生产。
在智能化生产的过程中,要想实现人机物三者互联,最重要的是数据的采集、分析以及处理,最终实现生产层、控制层、决策层之间的数据互联互通。
之前中国软件评测中心主任助理曾晋博士接受本报记者采访时表示,通过设备的互联互通、基于大数据分析的决策支持、可视化展现、生产过程的管理与控制,建设智能工厂是中国制造企业实现两化深度融合和智能制造的突破口与落脚点。
目前,英飞凌在无锡智能工厂当中实施BEAR项目(后道工厂自动化蓝图),无锡通过BEAR五年蓝图规划项目,以“工业4.0”为框架逐步实现全方位的系统与设备的智能互联,使设备和设备之间能够进行信息交换和通信,让机器实现自主智能管理,实时调度保证生产的流畅性,提高生产效率。
与此同时,英飞凌还在智能工厂实施了“4M”法则,就是将制造过程中的人、机、料、法进行协调管控。“人机料法”四大要素通过BEAR系统实现人与机器、机器与机器对话,从而能够实现智能生产管理和控制。
另外,再以海互联工厂为例,在2017德国汉诺威工业博览会上,海尔面向全球了具有独创性和引领性的工业互联网平台――COSMOPlat大规模定制解决方案,并现场搭建起一条互联工厂示范线,展示了“中国智造”的独到探索。
目前,在海尔的互联工厂早已不局限于“机器换人”,敏锐的市场触觉、发达的“数字神经”把这里变成了人、机、物紧密协同的智能集成。
具体来说,海尔互联工厂首先是“连用户”,用户信息能直接传递到工厂,生产线上的每一台产品都是有目标客户的,这是互联工厂的核心;其次是“连网器”,通过智能产品的联接,用户的体验可以随时反馈回工厂,工厂方面会根据用户反馈加快产品的迭代;最后是“连全流程”,用户全流程参与,与用户实时互联,从产品的研发到制造再到供应商、物流商,实现全流程、全供应链整合。
以虚控实
传统企业嵌入智慧基因
CPS系统内部是一种怎样的运行场景?以虚控实和虚拟结合又是如何实现的?似乎光靠大脑想,并不能形成完整的画面场景。
《三体智能革命》一书中有这样一段形象的描述:飞机飞行时有的飞行员在睡觉,这听起来是不是有些可怕?那么,谁在操控机器?想到这个问题,估计所有的乘客再也难以入眠了。实际上,这要得益于自动驾驶系统。自动驾驶能够提供飞机的自动导航、自动飞行、自动推力、限制与保护功能,按照自动设定的姿态、航向、高度和马赫数飞行。
实际上,这一切都依赖于CPS系统的发展。人的经验被软件化,重复性的工作也被各种程序代替,仪表和设备都变得更加智能,从而实现数字虚体世界与物理实体世界的交互和控制。对此,宁振波也强调,实际上人类的智能很多都来源于传统经验的积累。在实践“中国制造2025”战略规划的过程中,更多的是需要知识和经验的积累,当知识变成一种重用的方式时就变成了智能。
目前除了实现工厂本身智能化,英飞凌也正在整合公司的所有工厂和生产合作伙伴以便实时集成在一起,打造“全球虚拟工厂”。英飞凌的目标是在全球范围内实现生产联网并控制已联网的生产,就像一座巨大的工厂一样,精密运作。如今这个计划正在积极实施,生产过程中的所有信息已经能够在各工厂之间自由交换并实时自动处理。
未来,“工业4.0”还将涵盖跨企业边界的智能网络:供应商、制造商和客户将不断交换数据,全球供应链中的各个流程将优化自身,也使生产更加高效灵活。
英飞凌科技(无锡)有限公司总经理兼执行董事陈小龙在接受记者采访时提到:“以我们的理解,在信息社会发展之前,各个传统工厂都是分离的。现在有了智能制造技术,有了网络,现在所有的信息你可以坐在无锡办公室的电脑面前看到在德国同事在哪台机器上生产器件,生产哪一个产品,它的产品参数是多少。以我的理解,虚拟工厂就是大家可以在同样一个平台上整合全球工厂的资源。我们设定了很多KPI,他可以看到每一个工厂的KPI指标是什么。通过这些信息,可以优化,看哪个工厂做得更好,然后可以向其他工厂推荐好的方法和经验,这就是所谓的信息智能化工厂所承担的虚拟化工厂,把整个全球的工厂融合在一起,变成一个大的工厂。”
目前,虽然企业进行了各种实践和尝试,但是要想真正实现以虚控实或者虚拟结合还是有难度的。这需要整套的虚拟工厂的控制系统做支撑。就算数字化工厂的标杆企业――西门子的安贝格工厂也只是实现了产品生产环节的以虚控实。
从2011年联宝成立开始,一直在积极进行IT布局,2013年开始量产,2015年启用私有云,现在信息化程度跟联想协同研发,在工厂端的制造和信息化上已经做到和联想在研发上的资料交互,自动化程度达到90%左右。另外,联宝在基地产业布局上,出口加工区内457亩是制造基地,出口加工区外153亩是配套产业园,同时在合肥新建了研发中心。目前产业基地共有员工7000多名,现在在生产基地有17万平米的单机厂房,10万平方米的仓库。未来,在自动化、信息化方面也将朝向混合云发展,并希望能够透过云端化以及移动化方式让整个管理工作获得生产效率的提升。
自我定位工业3.0
目前联宝在智能制造上的进展,按照德国工业4.0的标准,大概处于工业3.0左右的阶段,设备的信息化和自动化程度达到90%,基本完成但还没有达到百分百完成。、这个成果已经可以将整个研发制程时效缩短2~3个星期,这是一个非常大的突破。
具体来说,在生产设备自动化方面,联宝智能化程度达到90%以上;在SMT前段制程方面,智能化程度达到90%以上,从材料调配和发送一直到SMT主板和零件的组装,一直到组装完毕之后的测试,大概每一块板子从仓库抠料一直到最后测试完成整个制程只需半天;在柔性制造方面,从2016年开始有小规模尝试产品的定制,但仍以制式化的大单为主。
联宝公司资讯本部应用服务部高级经理王拜文表示,从IT角度来讲,可以帮公司节省人力和成本的地方,就是要智能化的地方。例如可能做仓库的立体化,从原本平面式做立体化,透过BI物流配合,从备料开始更高效率的智能备料,这样生产周期的等待时间会缩短。
另外是机器人,比如美的、格力的产品可以由机器人组装,各大汽车厂商的产品也可以由机器人组装。目前,联宝的产品不是单一型号,未来会有越来越多不同的定制化产品,所以产线会多变。公司也在思考如何在制造端使用机器人来减少人力,但目前也只是研究阶段。毕竟一个笔记本电脑要上千个元件组成,和冰箱、洗衣机不太一样。未来,生产过程中哪个环节可以做智能化,这是联宝整个IT部门和公司,以及整个供应链都在关注的方向。
智能化转型的机遇
首先说联想在智能制造上的优势,就此问题联想集团中国区商用DCG政企行业销售总经理马宁向记者介绍到,首先联想是一个IT企业,其次也是一个制造型企业,更是一个成长于中国的IT企业。既了解客户的需求,又有能力满足客户的需求,甚至包括客户的国际化等前瞻性需求。同时,联想在国内有海量合作伙伴,这些合作伙伴对客户的应用非常了解。所有这些东西整合起来,联想既能够提供这种服务,本身又是@种服务的受益者,这是联想的优势。2000年左右,联想是中国第一个做ERP的厂商,有2000多IT工程师专门做智能化生产调度等业务,在智能制造领域有大量积累并传承下来。
从国家“十二五”的数字化概念到“十三五”的智能化概念,国家的重点一直都是帮助企业做转型。联想集团中国区商用业务企业行业总监许子牛表示,企业要顺应国家潮流,拿到国家的支持资金,然后联想可以帮助企业去做实事,脚踏实地地做事。
十几年前国家掀起信息化的大潮,很多人都在谈系统,现在发现信息化其实是管理和思路上的改变;现在智能制造浪潮也是一样的,其实是理念和制度上的创新,包括制造业服务化等等。最近大火的共享单车,完全可以由永久、飞鸽这类传统品牌自行车公司去将制作业服务化。终归,智能化变革是意识的转变;智能制造更多的是理念和思路上的问题,这是客户应该关注的的重点。对于联想本身而言,第一,IT要回归本质,不能因为智能化就以前一切的东西。第二,未来整个生产跟IT系统非常紧密地耦合,以前是辅助工具,现在是直接工具,所以CIO的位置和话语权会越来越重。联想应该能帮助他们系统地、安全地搭建一个适合未来发展的IT架构。
未来定制化生产以及个人化需求的生产,联宝从研发环节开始和联想的设计之间会有大量的产品资料沟通,所以现在开始关注混合云平台。也是基于这个原因,要谈联宝在智能化方面的建设不能离开联想的优势及布局,但终究联宝和联想还是两家不同的公司,可以说是顾客和生产者的角色。所以在很多系统上还是切割的,在逻辑上也没办法放在一起,联想的ERP和联宝的ERP不能用同一套。因为联宝是工厂,联想是品牌商,整个流程不一样,要用不同的系统。
联宝有大量的资料交互,从产品、半成品这样的资料,联宝有很高比例的研发人员是散落在各个不同的供应商,并分散在全球办公,跟他们协同合作。同时,联宝有大量的移动出差办公行为。所以联宝在考虑将核心从公司内的虚拟化朝全球的虚拟化来转变,以应付柔性生产和定制化生产,增加这样一个需求来做更快速的变化,做产品设计上的变化。
转型面临的挑战
同诸多制造业在数字化和信息化转型上一样,联宝也面临着诸多的挑战,包括生产线规模不断扩大、客户个性化需求之下多品种、小批量的产出模式,以及原材料、人员成本的不断上涨等等。联宝意识到,只有通过信息技术对业务流程的管理和再造,才能强化自身在瞬息万变市场中的竞争力。
面对全新的挑战,联宝电子并没有盲目“开方治病”,而是通过前期全面的评估和调研,明确了建立一个符合自身需求的信息化架构的目标,这个架构要具备“可弹性扩张、易管理、成本可控”等特点。当时,联宝选择了以联想ThinkServer服务器、Lenovo EMC存储及高可用双活架构VMware虚拟化平台为核心的联想私有云解决方案,通过业界最成熟的虚拟化技术及私有云部署方式实现了运维管理的转型。
从2016年开始,在联想的协助下,联宝的SAP战略平台正在向SAP HANA S4 迁移,2018年升级完成后,预计能实现:AP将支持全球语言,解决业务乱码问题;解决订单、出货及财务资料乱码引起的重工问题,减少每月出货延迟68小时,发票数据传送效率提升100%;接单效率提升3倍,10000订单行项目1小时内处理完成,6000订单行项目0.5小时内完成;月末成本估算1天内完成,并发15小时完成;程序性能优化,平均提升10倍。
在联宝的未来规划上,将在联想的技术支持与协助下打造数字化工厂、智能工厂。其中,在数字化工厂建设上,目标是在物流、订单管理、制造、品质控制4个环节实现智能化管理。而在进一步的智能工厂升级上,最终目标是实现从研发、设计、接单、制造、供应链管理等环节全部实现智能化,达到工业4.0阶段。目标在2020年实现工业4.0的转型升级。
“智慧地球”这一宏伟的命题在现实中的情况如何,是否为企业的成长提供了推动力并为市场所检验和接纳?从2009年开始,IBM推出一系列“智慧”引领的相关策略,比如“智慧系统”、“智慧的运算”、“智慧成长”等。智慧地球的概念不断细化与下沉,与企业现实和发展更加紧密相连。
集成系统打造智慧工厂
“当前,智慧地球这一概念已经向行业渗透,从而面向和支撑更广泛的市场需求。智慧工厂就是其中一个典型的应用场景”,在6月20日举行的中煤张煤机公司“智慧工厂”信息化建设启动仪式上,IBM全球服务部高级系统架构师朱江华表示。将物联网技术更广泛地与设备监控技术、信息管理和信息服务技术相结合,能有效改进对数字工厂内监控信息的利用和共享,进而打造现代化绿色智能的智慧工厂。
随着业务的不断发展和规模的快速扩大,企业需要进行相应的管理变革,需要信息化建设提供有力的支持。一方面,产品设计、生产、制造等各环节需要更有效的沟通和数据传递,要求实现企业内各类应用的信息集成、功能集成和过程集成,保证关键信息的顺畅流通;另一方面,在企业内部的信息协作管理方面,需要实现上下游信息的共享,推动业务发展以应对日益激烈的市场竞争。
据悉,此次IBM与中煤张煤机公司的“智慧工厂”信息化建设项目的主体是中煤张煤机公司煤机装备产业园建设项目。产业园项目总投资约26亿元,将分三期建设,预计在2015年全部建设完成。作为项目的总系统集成商,IBM将整体规划设计产业园的信息化和智能化系统。园区建成后将形成集数字工厂、稳定高效、绿色节能于一体的高新技术大型装备生产基地。
七个模块实现六大统一
IBM全球信息科技服务部亚太区数据中心智能化基础设施服务总经理Greg Farmer表示:“此次与中煤张煤机公司合作的信息化项目被列为2012年IBM最重点项目之一。作为项目总集成商,IBM将派最有经验的团队参与实施,调动全球资源支持。”
据了解,项目的信息系统基础设施建设工作共分为七个模块,包括网络通信、数据中心机房、安全防范、智能识别、视听多媒体、生产监控管理系统以及智能物流。建成后的产业园数字化平台将实现数据共享、业务标准、数据平台、新系统运作、实时系统决策、企业发展战略服务六方面的统一。
(2021年)
为切实做好我省智能制造试点示范,推动企业实施智能化改造,推进产业转型升级,制定本实施方案。
一、总体思路
坚持统筹规划、分类实施、重点突破、示范引领的原则,以企业为主体、以市场为导向、以应用为核心,结合我省产业发展情况,聚集制造业关键核心环节,分类、分步推进省级智能制造试点示范工作。以提高装备智能化率、成果转化率、劳动生产率、产品优等率、节能减排率、生产安全率为主攻方向,在全省范围内遴选一批智能制造试点示范项目,并以此为基础做好推荐国家智能制造试点示范条件准备。结合试点示范项目认真总结经验、加强推广应用,通过试点示范,推进生产装备数字化,提升我省关键智能部件、装备和系统自主化水平,推进生产过程智能化,提高设计、生产、物流、销售、服务等生命周期的智能化水平。
二、重点任务
(一)制定实施省级智能制造试点示范评价指标体系
结合我省制造业发展情况,总结以往试点示范开展情况,制定实施符合我省产业发展情况的省级智能制造试点示范指标体系。
(二)组织实施省智能制造试点示范项目
1.流程型制造行业试点示范项目
以石化、化工、冶金、建材、纺织、食品、医药等流程型制造领域,推进新一代信息技术与制造技术融合创新,全面提升企业的资源配置优化、实时在线优化、生产管理精细化和智能决策科学化水平。
2.离散型制造行业试点示范项目
在机械、汽车、船舶、家电、电子信息等离散型制造领域,组织开展数字化车间试点示范项目建设,推进装备自动化、柔性化、智能化升级,实现工艺流程改造、生产与管理数据互联共享。
3.智能制造装备试点示范项目
在智能制造装备领域,加快推进高端芯片、新型传感器、智能仪器仪表与控制系统、工业软件、机器人以及高精密数控机床及系统、工作母机等智能设备的研发和产业化,实现装备和系统的自感知、自适应、自诊断能力的大幅提升,实现智能装备的自主可控。
4.智能产品制造试点示范项目
在智能移动终端、可穿戴设备产品、智能家居产品、智能交通电子信息产品、智能医疗设备、智能轻工消费品等领域开展智能产品生产制造和服务试点示范,强化产品网络化特征、功能可扩展性和人机交互能力,提升产品核心技术、关键零部件和软件系统的自主化率。
5.智能服务和管理试点示范项目
开展在线监测、远程诊断、云服务、大数据及系统解决方案等制造业服务化试点示范,加快推动产品运行与应用状态报告的自动生成与推送服务,提升企业大数据分析能力、信息化管理集成能力和信息安全保障水平,建立企业智能服务生态系统。在物流管理、能源管理等智能管理新领域开展试点,提升物流企业物联网应用和仓储管理、企业智能调度和能耗优化水平。
6.智能制造新业态和新模式试点示范项目
在个性化定制、网络协同开发/云制造、电子商务等新业态开展试点示范,完善企业网络平台功能,加强企业大数据能力、资源配置能力、信息基础保障能力。
(三)建设重点行业智能工厂(数字化车间)
在组织实施省级智能制造试点示范项目基础上,在机械、汽车和摩托车制造、纺织服装、食品医药、化工、电子信息、五金家电、建材、民爆等重点行业建设一批智能工厂(数字化车间),提升产品全生命周期管理和生产制造、销售服务全流程关键环节的智能管控水平。
(四)开展试点示范推广应用
对试点示范取得明显成效的项目,进行典型先进经验总结,分行业、分地区进行试点示范应用交流和推广。
三、政策措施
(一)成功入选省智能制造试点示范的项目,优先推荐申报工业和信息化部智能制造相关项目。
(二)作为省财政资金支持制造业高质量发展的重点参考,市、区各级财政资金根据相关政策给予支持的,按具体规定执行。
(三)统筹利用相关平台及渠道对试点示范项目及项目单位进行推广宣传。
(四)成功入选省智能制造试点示范的项目单位,优先推荐入选广东省智能制造生态合作伙伴。
四、工作进度
(一)2021年2月,启动智能制造试点示范申报。
(二)2021年3-4月,各地发动企业申报并择优推荐。
【关键词】总装车间;轮胎输送线轮胎安装工艺
1.前言
近年来,我国国内汽车产销量保持持续高速增长的态势,为满足市场需求,各汽车公司不断通过新建工厂来扩大产能,合理的前期规划对于打造精益高效绿色的现代汽车制造工厂至关重要。而对于整车厂的总装车间而言,如何提升车间自动化、智能化及精益化是每一位总装人致力研究的方向。
总装车间完成整车所有零部件的装配,物料的高效合理配送对于车间运行及其重要,对比现有主流整车主机厂,总装车间的大件物料如座椅、仪表盘、副车架、后桥及轮胎都倾向于采用输送线直接配送到工艺装配线旁。针对输送而言:轮胎特点在于需求数量多,配送频次高,体量大并且需要根据车型进行防错排序;对于安装来说:轮胎安装需要借助辅助臂,降低工人操作强度,提高人机工程及自动化,而轮胎拧紧需要配置自动拧紧设备,轮胎后道工艺进行胎压监测TPMS(Tire Pressure Monitoring System),这一系列人员、设备、物料之间的合理高效布局带来了极大的挑战。
2.轮胎输送线
某合资汽车公司总装项目规划支持混线7款车型柔性生产,覆盖豪华轿车、SUV、MPV及新能源车等多种车型。轮胎尺寸兼容17寸至21寸,轮胎外径尺寸650mm至800mm,轮胎输送机运线选择重型辊道线(见图1),前期投资及后期维护成本都较为底下。轮胎可以通过物流交互系统实时获得物料需求数据,并排序后通过卡车送达工厂,卡车可以与输送线自动对接,然后通过输送设备从高空或地下自动送至线旁。
卡车输送轮胎4个胎/辆车一个堆垛,卡车自动对接至输送线上采用解垛机自动拆解。轮胎输送过程中为减少投资节约空间,轮胎输送采用先从钢平台上输送,节约地面物流面积,然后采用无动力转龙设备(见图2),过渡到地坑输送,最后从轮胎安装的底盘装配线中间采用自动机构分拆到左右两边(见图3)。
3.轮胎安装工艺
轮胎安装工艺包含轮胎的安装、紧固及胎压监测TPMS,本文描述的方案为简单高效将安装工艺整合,有效利用装配工位。
1)轮胎安装及紧固
该总装项目追求精益高效原则,轮胎安装仅规划一个工位,对轮胎安装辅助臂及拧紧机布置带来极大挑战。提出了一种节省空间且简易的轮胎安装辅助臂(见图4),轮胎从地坑输送出来,被拆分机构自动分解到左右两边,提升机将轮胎抓取放置轮胎安装小车,安装小车在地面的滑轨上移动,满足轮胎安装。该方案优势在于轮胎安装小车布置在地面,采用二级气缸满足高度上轮胎安装,轮胎拧紧机布置在线边钢结构上,二者有效利用一个工位的空间,满足轮胎安装及紧固。
2)胎压监测
轮胎胎压监测采用设备自动读取进行,无人工操作,需求一个整工位。综合根据前面介绍的轮胎从地坑输送出来分解到装配线两边,轮胎出地面坑口会占据一定的空间,对比胎压监测无人操作工位,规划把轮胎出地面的输送线方向与底盘主线方向反向(见图3),这样高效利用轮胎出坑口区域位置进行胎压监测,实现轮胎输送、安装、胎压监测在2个主线工位内完成。
4.结语
汽车厂轮胎特点在于需求数量多,配送频次高,体量大并且需要根据车型进行防错排序,本文描述了轮胎输送及轮胎安装工艺方案,从简单高效且经济的角度出发,目前该总装项目已经顺利投产量产,对前期的轮胎输送安装方案进行了有效充分验证。为同类其他汽车工厂的规划设计提供了有益的参考与借鉴。
参考文献
[1]李国建.简易高效的轮胎输送线.汽车制造业,2010:56-57.
[2]王仲钦.现代汽车制造厂总装车间工艺设计.机械制造41卷 第464期.
[3]段文玲.轿车总装车间工艺规划.汽车工艺与材料AT&M2010年第10期.
作者简介
第一作者:方明,上汽通用汽车有限公司 总装区域高级经理 邮编201206