【智能制造】电子公司智能制造数字化车间——国产自主智能制造整体解决方案

产业智能官2018-11-07 17:57:38

HollySys始创于1993年电子部第六研究所,是中国领先的自动化与信息技术解决方案提供商。公司主要从事自动控制系统产品的研发、制造和服务,核心业务聚焦在工业自动化、轨道交通自动化和医疗自动化三大领域。公司以“用自动化改进人们的工作、生活和环境”为宗旨,致力于提升客户的生产效率和产品品质,并保障客户的生产安全和降低能耗及排放。


公司在二十余年的发展历程中,始终坚持发展自主技术,走自主产品创新之路,为国家经济建设和民生服务提供强有力支撑。在实施“中国制造2025”促进产业升级过程中,公司提供从智能控制器、智能化装备、自动化产线到生产监控系统、工厂管理系统、企业决策分析系统全套的智能制造整体解决方案,及咨询、规划、设计、实施、运维全方位、全生命周期服务。


“可编程控制器(PLC)制造数字化车间”是国家发改委2014年智能制造装备专项,由公司自主完成总体规划、设计与实施,实现电子工厂、PLC产品线全生命周期内的协同智能制造。


用中国制造“制造中国”

      采用自主的 MES、SCADA、PLC、MC等智能制造关键软硬件产品和系统,实现“用控制系统生产产品”,并向制造企业推广智能制造整体解决方案。


【提升国产自主大型PLC的产业化】

        “可编程控制器(PLC)制造数字化车间”是国家发改委2014年智能制造装备专项,是针对我国自主大型PLC产业化的劣势,通过全面实施智能制造提升大型PLC的研发、设计、制造和服务能力。


【建设全互联智能工厂】

     通过ERP、MES、WMS、AGV、SCADA、PLC/MC间的无缝集成,优化制造过程信息传递,有效管控订单、BOM、生产设备、仓储、元器件、在制品和生产过程,实现生产计划、执行和控制的闭环管理,增强生产的智能化和柔性化。


【多品种小批量、客户定制,国产PLC发展之道】

       实现全自动化PLC生产和全制造流程信息集成,有效减少原器件和产成品库存、提高PLC产量和质量、降低制造成本,并实现多批次小批量及用户定制化生产,从而提升国产PLC的市场竞争力,为更多的国产装备安装一颗“中国心”。

全互联智能工厂

     项目面向PLC制造全过程,针对销售、制造、物流、管理、排产、质量、安全和节能环保各环节,综合运用采集、检测、识别、控制、计算、存储、通信等新一代工业互联网技术,构建一个全互联、高效运转的数字化虚拟工厂,实现物理生产的快速响应、高效集约、多品种柔性制造,通过为客户提供更加灵活多变的个性化功能和服务提升国产PLC的竞争力。 


【面向管控一体化的纵向集成构架】

      电子公司智能制造是一个纵向集成系统,可划分成现场层、生产执行层和经营管理层三层。现场层主要有生产设备、工业机器人、扫描录入设备、产线主控制器、立体库房、AVG小车、视频监控和精确定位系统等;生产执行层主要有生产监控SCADA系统、物料管理WMS系统和生产执行MES系统,以及分布在车间各处的看板系统;经营管理层主要有ERP、CRM和SCM。

图1  PLC数字车间系统集成架构

主要内容有:

1)PLC自动化柔性生产线。主要由智能电子看板、PCBA自动化生产线、自动化装配测试线和自动化物流仓储系统等四部分组成。

      a)智能电子看板。采用自主研发的数据集成平台SCADA,实现对生产过程数据的实时采集和生产运行监控,应用于车间/工厂监控系统、生产线看板和手持移动终端。

       b)自动化装配测试线。主要包括PLC、MC、装配机器手、全自动测试设备、自动上下料及传送装置等。其中PLC、MC和全自动测试设备采用自有产品,其它通用设备外购。

       c)自动化PCBA生产线。主要包括自动上/下板机、焊膏印刷机、点胶机、高速贴片回流焊机、波峰焊机、AOI/XOI、RFID读写器等设备,具备双向通信接口,接收来自MES的产品数据和生产调度指令,采集设备运行状态。

      d)自动化物流仓储系统。主要包括物料识别、货位管理、自动分拣、物料传输,以及立体仓库和AVG系统等部分。


2)智能制造车间制造执行系统MES。采用自主研发的MES,实现生产作业管理、批次管理、质量管理、设备管理和能源管控等功能。


3)企业资源计划ERP。采用SAP R/3系统,实现订单管理、供应链管理、生产计划、库存管理等。


4)产品数据平台:采用配置管理数据库系统管理电子CAD生成的BOM与PCBA数据、机械CAD生成的三维产品信息和装配数据等,实现版本控制并按照生产计划的要求及时、准确地向生产线发放生产数据。


5)其它智能化系统:包括智能工业电视系统、室内精确定位系统、电能计量系统、X射线辐射监测系统、手持移动应用、增强现实系统等。通过各种物联网、移动互联网技术对生产、环境和人员全面感知,为实现基于大数据的精细化管理提供基础支撑。


【基于CPS的全互联架构】

       运用信息技术对工厂中各类对象进行建模,采用最先进的通信方式和协议实现对象间的互联互通,建设全互联的工厂CPS系统。

      

        信息流:数字工厂集成软件平台,基于OPC-UA工业标准,支持异构数据的集成,实现现场各类设备、各种系统的互联,可扩充的业务逻辑建模,集SCADA、APS、MES、WMS、看板等生产管控功能于一体;采用智能看板、手持终端、云技术,用户随时随地获取生产信息;

       物料流:物料、在制品、产成品、托盘采用条码、二维码、RFID,实现物流全电子化高效管理、产品质量生产可追溯性;


       控制流:自动化装配测试线采用工业机器人、机器视觉、自动上下料、信号自动加载测试及记录系统、全自动打包装箱机,实现无人化生产;


       无线网:采用WiFi、ZigBee、UWB无线和POE以太网供电技术,简化车间内网络和电源布线,增强移动性;


       安全:采用工业智能视频分析系统(ICCTV)、室内精确定位系统(UWB),实现基于机器视觉和位置/轨迹的安全防护与监视。

图2 基于CPS的全互联架构

【强大的自动化系统综合集成平台】

       HOLLiSCADA系统软件是自主研发的自动化系统集成平台,定义为安全、可靠、开放的工业平台软件,支持异构系统集成,可以将各种不同的设备、软件和人无缝地集成为一个协同工作的系统,实现互联互通和互操作,平台主要包括工厂建模和应用开发工具、现场设备接入、工业数据服务、控制运算引擎、规则引擎、工作流引擎、大数据引擎和可视化展示等组件。


       SCADA系统在工业控制领域传统的角色定位为数据的采集与监控、提供开放的协议与第三方系统互联、数据存储和分布式计算等,但是随着互联网等新技术的飞速发展,SCADA不再仅仅限制在做数据提供者上,其与Web、GIS、大数据、智能技术、云计算、移动应用、增强现实、物联网等技术结合,构建企业数字化综合运营平台。


       HOLLiSCADA不仅支持生产过程实时数据、报警、事件和历史数据,还扩展了对产品数据、设备数据、设计数据、地理位置数据、音视频多媒体数据的支持,实现与多种类型子系统的集成融合。系统提供快速二次开发功能,通过扩展实现HOLLiMES生产执行系统,支持特定行业的应用功能定制开发;支持C/S和B/S方式的PC、移动设备、看板、大屏幕等多种图形化展示方式,可以实现在异构环境下的协同制造、生产监控、生产调度和生产管理,适合于制造业智能工厂和数字化车间自动化集成应用。


       PLC制造数字车间项目主要目的是为了解决协同制造能力、提高信息可靠性、提高生产效率、柔性制造、提高自动化管理水平、提高产品质量,是一个集数据采集与监控、生产调度、生产排产、生产监控、产品生命周期管理、能源管理、库存管理、视频监控、人员管理等功能于一体的高度信息化、智能化系统。SCADA在其中起着承上启下的核心作用,对现场生产设备、产品、环境和人员进行实时监控;基于SCADA平台之上构建MES、WMS,实现车间生产集成管控;与CAD/PDM、ERP等系统进行对接,打通产品数据和企业经营信息。

 图3 HOLLiSCADA综合集成平台

【全方位安全防御】

项目中综合运用了以下措施和设备进行安全防御:

防火墙:生产网与管理网之间、公司内网与外网之间

堡垒机:账号管理、身份认证、单点登录、访问控制、资源授权、操作审计等

企业级安全杀毒软件、安全漏洞升级

OPC UA :访问规范采用标准安全模型,通过数字证书进行安全认证

软件系统:采用用户权限、安全认证、数据加密传输和访问控制

LK PLC/MC控制器:具有抗网络攻击设计


自主创新,合作共赢


【推广中国自主智能制造解决方案】

      本着开放合作共赢的目的,联合更多有自主产品的国内厂商,首先在3C、家电等行业形成适合中国企业特色的智能制造垂直解决方案,实现用中国自主的智能制造方案实施“中国制造2025”,提升国产装备制造业的竞争力。


【实施工业云服务】

     针对广大中小型制造企业普遍欠缺实施智能制造的资金、技术和人力这一事实,引入物联网、云计算、大数据技术建设公共的工业云服务平台,采用多租户技术实现低成本线下实体工厂与线上虚拟工厂的双向映射与对接,提供公共资源租用、供应链对接、运维服务外包等服务,助力中小制造企业的转型升级。

图4  智能制造工业云服务

自主技术创新,高效柔性定制


【自主技术全面创新】

      在自动化控制、生产工艺技术等操作技术(OT)之外,还大量采用物联网、互联网、移动互联网、云计算和大数据技术等新一代信息技术(IT),并实现两者的完美融合。

采用自主软硬件产品实现智能制造

高度自动化装备和生产流水线

高效率车间仓储与物流系统

有线、无线多种通信网络综合运用

综合数据集成和业务开发平台

灵活的对象建模与业务逻辑编排工具

信息流转自动化和调度智能化

多类型异构数据融合与综合数据分析

高效、柔性、协同制造

支持云端部署,拓展应用范围

移动手持应用,随时随地获取信息

【减员增效,柔性定制】

       以PLC为代表的智能装备是我国制造业升级的关键设备,通过“PLC制造数字化车间”建设,可以有效降低PLC产品的制造成本、提升产品质量、降低库存,提升国产PLC产品的市场竞争力。

       通过实施PLC数字化车间带来的直接经济效益如下:

产品一次合格率达到98.5%

产品返修率低于0.4%

生产人员减少30%

生产效率提升50%

能耗降低10%

产量达到100万模块/年,增加值2亿元以上

定制产品从需求确定到样机制造完成时间小于2个月

支持按订单小批量经



数据驱动的智能制造-18号智能工厂

——三一“智造”工业革命

在新一轮科技革命和产业变革的大背景下,以数字化、网络化、智能化为特点的智能制造已成为未来发展趋势。“中国制造2025”、“德国工业4.0”、“美国工业互联网”等制造业国家战略,均旨在构建自身的智能制造体系,特别是新一代信息技术与制造业的深度融合,以促进制造模式、生产组织方式和产业形态的深刻变革,改变全球制造业的发展格局。

三一集团始创于1989年,是中国领先、全球第五的工程机械制造企业,年销售600亿元,产品销往全球100多个国家和地区,作为重工领域的标杆,三一集团以其18号厂房成为智能制造应用基础的示范。

“18号厂房更像是一个大型计算系统加上传统的操作工具、大型生产设备的智慧体,每一次生产过程、每一次质量检测、每一个工人劳动量都记录在案。装配区、高精机加区、结构件区、立库区等几大主要功能区域都是智能化、数字化模式的产物。”


打造“三一式”智能制造平台,数据驱动智能制造

【高度离散制造企业的困局】

       三一是一个高度离散型制造企业,这种制造模式分散且独立,需要大量的人力物力,造成企业成本提高,这种制造模式显然不能满足企业高质量的发展需求。三一积极借助信息化时代的优势,导入智能制造模式,优化运行系统,提升设备生产制造能力,积极应对工程机械企业多品种、高效率、高质量、低成本方面的压力与挑战。

      本项目建设实体18号厂房建筑面积10万平方米,是亚洲最大的单体生产厂房,有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线,是三一重工总装车间,年产能300亿元,生产的混凝土机械全球第一,港口机械中国第一。

【技术创新,智能引领】

(1)总体架构

       18号智能工厂从产品设计→工艺→工厂规划→生产→交付,打通产品到交付的核心流程,总体架构如图1所示。

图1  18号厂房智能工厂总体结构图

1)全三维环境下的数字化工厂建模平台、工业设计软件,以及产品全生命周期管理系统的应用,实现数字化研发与协同;

2)多车间协同制造环境下计划与执行一体化、物流配送敏捷化、质量管控协同化,实现混流生产与个性化产品制造,以及人、财、物、信息的集成管理;

3)自动化立体库/ AGV、自动上下料等智能装备的应用,以及设备的M2M 智能化改造,实现物与物、人与物之间的互联互通与信息握手;

4)基于物联网技术的多源异构数据采集和支持数字化车间全面集成的工业互联网络,驱动部门业务协同与各应用深度集成。


(2)基于三维仿真的数字化规划

      通过对整个生产工艺流程建模,在虚拟场景中试生产,优化规划方案。在规划层面的仿真模型实验过程中实现产能分析与评估,通过预测未来可能的市场需求,动态模拟厂房生产系统的响应能力;在装配计划层面的仿真模型中,通过仿真实验进行节拍平衡分析与优化,规划最优的装配任务和资源配置。

图2  基于三维仿真的数字化规划应用图

(3)工业物联网与智能产线

       利用智能装备实现生产过程自动化、机器换人,提升生产效率;同时搭建工业生产物联网,通过网络连入机台,实现机台的生产信息采集、机台互联,以及自动控制与数据传输,使机台使用率最大化。

图3 智能装备的应用示意图

       基于物联网平台集成的现场设备数据、生产管理数据和外部数据,运用机器学习、人工智能等大数据分析与挖掘技术,建立产品、工艺、设备、产线等数字化模型,提供生产工艺与流程优化、设备预测性维护、智能排产等新型工业应用。

图4 工业生产物联网应用结构图

(4)MES和ERP无缝集成

       集成MES系统与ERP系统,实现了客户订单下达到生产制造、产品交付以及售后追踪的全流程信息化,实现了生产制造现场与客户的实时交互。客户的个性化需求可以第一时间到达计划、制造、商务等相关部门,制造人员就能直接按照客户的要求进行快速生产和交付,客户也可以随时了解所购买设备的生产进度。

图5 SANY MES系统结构图

      生产现场以MES系统为主线,辅助智能派工、现场LED看板等可视化信息,集成化计划/物流/质量等控制系统,从生产计划下达、物料配送、作业标准查询、质量管理等维度进行在线管控,实现了人员、资源实时调度,生产制造现场与生产管控中心的实时交互。

(5)公共资源精细化管理

       公共资源定位系统是18号智能工厂的一个重要支撑。公共制造资源定位平台融合不同的定位方式并满足不同的业务需求的同时,实现基础设施的共用,达到减少重复建设、提高基础设施利用率的目的。

1)  通过物联网技术实现对在制品、叉车、人员、设备资源的实时定位、追踪与监控;

2)  实时获取物料和运输工具的状态和位置等信息,并可以通过对这些信息的分析实现对物料的高效调度;

3)  综合运用WSN、RFID 和GPS等多种定位技术,满足不同制造资源的定位需求。

图6 公共资源定位系统结构图

(6)智能化立体仓库和物流运输系统

       智能化立体仓库和物流运输系统实现泵车、拖泵、车载泵装配线及部装线所需物料的暂存、拣选、配盘功能,并与AGV配套实现工位物料自动配送至各个工位。

       仓储模式采用自动化立体仓库存储(主要储存中小件为主)+垂直升降库存储(主要储存小件为主)+平面仓库储存(主要储存大件等其他特殊物资),配合全自动化的AGV小车,把工人从繁复的运输工作中解放出来,使装配区内整个物流通畅有序,改变将近总量30%的物料种类的储存和出入库作业模式,很大程度地缓和了自动化立体仓库的出入库作业压力,有效地提高了整个系统的作业能力。

图7 智能化立体仓库和物流运输应用示意图

图8 智能化立体仓库和物流运输系统结构图

(7)SPC质量在线检测与分析

       18号智能工厂通过GSP、MES、CSM及QIS的整合应用,实现了涵盖供应商送货、零件制造、整机装配、售后服务等全生命周期的质检数字化,以及SPC分析、质量追溯等功能。


图9 SPC系统结构图

  图10  SPC应系统用示意图

       质检员所使用的设备,以工业级平板电脑和PDA为载体,在总装及部装线全面应用,实现了图形化质检,指导质检员快速、准确定位质检部位及质检标准。质检项图形化率达90%以上,质检电子化率100%,全面提升了质检效率。

(8)生产控制中心PCC

       厂房建设有 PCC生产控制中心,通过对生产过程中物料、设备、辅助生产资源等数据采集,并集成PDM\ERP\CRM\MES等应用系统,实现订单执行与生产现场的集中管理与调度。核心业务包括生产计划与执行管控、质量管控、物流管控,以及生产现场视频监控等。

图11 PCC系统结构图 

 图12  PCC系统应用示意图

离散型柔性制造典范

       实施智能化改造后,18号厂房实现了厂内物流、装配、质检各环节自动化,一个订单可逐级快速精准地分解至每个工位,创造了一小时下线一台泵车的“三一速度”,实现“产品混装+流水”线的高度柔性生产。对整个生产过程的精益管控,大大提高了产品制造过程的质量、物流、生产管控程度,企业生产效率提高24%以上,生产周期缩短28%,减少生产误操作40%,不良品率下降14%,物流运作效率提高18%以上,送货速度提高12%;节省人力成本约20%,总体制造运营成本降低28%,生产节能7%。

三一梦、智造路

      作为机械制造行业领军者,三一集团对智能制造积极配合和大力推进,从传统的粗放型工业生产模式到积极探索互联网+工业的新型生产模式,用信息技术对制造业进行升级,建立先进的制造和管理系统,做大做强中国制造业。

      继18号智能工厂建成运营后,三一相继建成了国内领先的长沙宁乡汽车起重机智能工厂、北京南口桩机智能工厂、上海临港挖掘机智能工厂等。目前,智能工厂技术已在十多个业务单位得到应用,助推了集团生产模式的变革。

      三一集团在智能制造总体规划、技术架构、业务模式、集成模型等方面进行了有益的探索和应用示范,为工程机械行业开展转型升级提供了一个很好的范式与典型,也为我国装备制造业由生产型制造向服务型制造转型提供了新思路。




基于机器人和物联网技术的智能立体库

——智能制造下的智能物流模式

海尔集团创业于1984年,截止16年,全球营业额实现2016亿,利润实现203亿,近十年收入复合增长率达到6.1%,利润复合增长率达到30.6%,连续8年蝉联是全球大型家电第一品牌。海尔作为全球布局的国际化公司,目前运营10大品牌,连续十五年蝉联中国市场最有价值品牌第一,遍布全球10大研发中心和108个工厂。


海尔对智能制造的探索-互联工厂模式,得到了行业、国家的广泛认可,以用户为核心的互联工厂模式普适性广、复制性强。为了持续深入探索、固化和对外复制互联工厂模式,并在智能制造的新技术、标准、模式和创新方面进行全方位的应用突破、资源整合,海尔于2016年2月,成立了青岛海尔工业智能研究院。智研院定位于构建全球工业智能领域一流资源共创共赢生态系统,输出中国智能制造落地技术,为广大企业转型升级提供全套解决方案。包括高端人才培育、高附加值的咨询服务、新厂建设、老厂升级等全流程解决方案服务,软硬件集成解决方案等。

大规模定制模式下,基于机器人及物联网技术运用的智能物流仓储模式探索

      海尔互联工厂以模块化、自动化、信息化为支撑,以标准化、精益、质量保障为基础,核心是以最佳用户体验为导向,实现按需生产的大规模定制模式。


【打造大规模定制模式下的新型柔性制造能力】

        海尔在互联工厂探索道路上,逐步形成独创的大规模定制模式下的新型柔性制造能力,为支撑此能力,与相关资源方共同探索智能立体库(包括自动存储设备、计算机管理系统、机器人、基于物联网技术的AGV/RGV、功能模块以及主要流程等)方案。


【智能技术驱动创新,颠覆传统物流模式】

       利用机器人和物联网技术相结合,建设智能、高效的智慧仓储系统。根据实际需求以及现有信息化平台、通过增加硬件设施和深化信息调度,实现仓储管理信息化、标准化、可视化、智能化、自动化。以信息系统平台和硬件设施为支撑,以成品出入库和物料搬运为主体业务,实现工厂的智慧管理和运行,使仓储、搬运、信息、人员等资源能够柔性调度,实现工厂智能化。


【构建新型柔性仓储物流体系】

       通过互联网、物联网、物流网等技术运用,整合物流资源,并结合IWMS智慧物流系统,满足用户个性化需求,实现“智能物流”快速服务和配送。

结合物联网和智能终端等技术,实现实时管控和智能调度的智能仓储与物流

      项目实施涉及所有与仓储物流相关的业务流程,主要包括原材料出入库,智能拣配,成品智能仓库和物流。


【新型柔性物流体系的总体架构和主要内容】

(1)总体架构

      智能立体库整体系统架构以WMS为核心,通过设备支持系统(包括RFID等)及关联子系统,快速、准确、动态地获取货物处理数据作为其系统运行的基础,实现用户不同订单的合并和订单分配,通过上下系统接口技术,与企业的资源管理系统ERP等系统实现无缝连接,有效实施快速响应战略。

如图1所示:

图1 总体技术方案与架构

(2)主要内容

       海尔互联工厂智能立体库设计根据“总体规划,分期实施”的策略,制定了总体工艺布局方案,包括码垛区在内的7个区域设计,以及智能穿梭机器人业务系统设计,通过WCS和TCS控制系统进行业务处理。

【网络互联架构: M2M关键技术搭建物联网互联】

(1)M2M技术互联

       M2M重点在于机器对机器的无线通信,存在以下三种方式:机器对机器,机器对移动电话(如用户远程监视),移动电话对机器(如用户远程控制)。      

 如图2所示:

图2 网络架构方案

(2)云计算信息闭环

       通过云计算将大量互联信息用网络连接的计算资源统一管理和调度。构成一个计算资源池向用户按需服务,云计算能对物联网中数以万计的各类物品的实时动态进行管理,进行智能分析,处理,从而实现网络互联信息闭环反馈。


【数据架构和应用:物联网信息技术的运用】

(1)信息采集

       采用射频识别(RFID)技术,通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,采用视频识别,使用电子标签对采集的信息进行标准化标识,使用射频识别装置对信号进行采集。

(2)信息传递

       在物联网中的主要传递采用的是无线技术,在仓库里建立互联网IP,提供高效的传送通道。

(3)信息处理

       对仓库内,各类物品的实时动态进行管理,进行智能分析,处理。同时对设备采用分布式管理模式,各设备独立运行,统一管理模式,实现信息处理和优化。


【安全及可靠性:智能化机器人设备规划与安全维护】

(1)开放性模块化的控制系统体系结构

       主要部分为机器人控制器,和运动控制器、传感器处理板等连接来完成机器人的运动规划,主控逻辑等功能。

(2)模块化层次化的控制器软件系统

       采用分层和模块化结构设计来实现层次化,其分为三个层次:硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次面对不同的功能需求来进行开发。并且和系统中多个模块协作实现功能。

(3)机器人的故障诊断与安全维护技术

       通过各种信息,对机器人故障进行诊断,并进行相应维护,是保证机器人安全性的关键技术。

(4)网络化机器人控制技术

       控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯,便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。

两项世界首创,八项指标高于行业水平


【两项世界首创】

硬件设备创新:四方向穿梭机器人,出入库能力强,支持高效拣选作业,布局柔性高,支持货物多深位存储和操作;本智能立体库系统是通过电阻尺实现载物平台调平,从而可以自身实现换层工作,节约了其他种类穿梭车换层需要借助外力的叉车和堆垛机,从而提高了效率、节约了投资;本智能立体库系统实现智能控制。

软件控制系统创新:WCS/TCS系统执行系统与WMS仓储管理系统的运用,可实现根据库存需求实时调度和监控穿梭机器人的各种功能。


【八项指标高于行业平均水平】


胶州二期项目传统仓库
先进性搬运设备及货架系统世界首创六十年代国际,七十年代国内
智能1.无平置区

2.根据作业能力扩展设备数量

3.设备灵活,可以备用设备

4.库区无人

5.自动组盘

6.空托盘自动回流自动分发

7.任一设备可以到达任一货位

 1.有平置区

 2.作业能力固定,不能扩展

 3.不灵活,不可配置备用设备

 4.库区有人

 5.人工组盘

 6.空托盘人工回流人工分发

 7.设备只能到达固货位
互联线体-产品-托盘-货位-产品-客户-车辆互联 线体-产品-托盘-货位-产品-客户-车辆互联
定制

1.大批量定制与个性化定制采用不同方案,同体积存量大

2.支持个性化定制存储
1.大批量定制与个性化定制同一 方案,同体积存量低
 2.不支持个性化定制存储
可视1.大数据中心集成可视化
2.交互式可视点
1.仓库独立的中控室、规模小
 2.无交互式可视点


【实施效果】

胶州二期工程实现了如下应用效果:

效率相比传统仓库提高50%

存储能力相对传统仓库提升70%

投资相对传统节约30%




欧姆龙的智能工厂

——多品种少数量型的生产对应

欧姆龙的生产系统,是着眼于对生产数量及种类的有效平衡协调而演变而来的。本提案的案例中的欧姆龙(上海)有限公司就是不断追求多品种少产量产品的精益生产系统革新的代表。因此我们也愿意把多年积累的经验作为新的服务提供给国内的制造业同行。


构筑多品种少产量的生产系统,需要在生产设备和信息设备两方面下功夫。其特点为,以生产平台概念为基础,通过信息平台整合人与设备来组建的小型生产单元的低成本自动化方案(LCIA)。从而尽可能用当初少品种多产量的生产设备来满足多品种少产量的产品要求,并且在生产中不间断的对系统进行完善和小步升级,从而平衡内部短期效益和长期对外竞争力的良性组合。


这里的生产平台是指作为实际生产系统的插件/贴片安装平台和组装平台(ASSY)。与此对应的信息平台的作用是个体动作间的有机关联以及演变。除了有机的整合人机设备以及管理从元器件到出货的生产过程,信息平台的作用还包括通过(大)数据处理及时发现/预测每个生产环节上发生的问题,最大限度的保证生产系统的高效及稳定运转。

生产系统十年磨一剑,在顾客的复杂要求和价格下降压力之中求得生存

【项目背景 诸多挑战面前的盈利扩大】

       本次案例介绍的欧姆龙(上海)有限公司作为欧姆龙集团的海外研发生产基地之一,工厂原有作业人员2000人左右。经过近十年的努力,在不增加员工数量的情况下,目前每年生产的产品种类可达22000多种,而且每种产品的产量不一,有的型号产品最少每年只生产几十件。这种情况对生产的安排,对产品的质量,成本及发货期等等的控制都是极大的挑战。因此,我们从工厂开始的2005年底就开始了LCIA解决方案的计划与实施,直至今日仍在继续。


【项目简介及项目目标: 三个五年计划的执行】

       如图1所示,项目按照五年计划的格局总体分为三个阶段:生产线的彻底的标准化,分阶段的自动化,以及生产系统的智能化。项目开始于2006年,每个阶段的时间跨度为五年,2006 – 2011 – 2016 – 20XX。现在正在向智能化以及柔性化的方向努力。具体阶段概要如下表所示。另外,每一阶段的具体实施细节也在图表中说明。

图1 项目的总体架构以及时间段


项目实施概况

【项目总体架构和主要内容 】

       项目的总体架构以及时间段在图1已有涵盖。根据上面提到的三个五年计划,我们把在2006年开始的Stage1以及2011年开始的Stage2两个阶段中的工作和成绩做一细化总结,同时对2016年已经开始的Stage3开始的柔性生产改善也做一个概述。

图2  生产平台的构筑

      在说明图2 之前,介绍一下欧姆龙上海工厂的开始背景。当时它是由三家独立的欧姆龙工厂合并而成。所以,最初几家部门由于历史原因及不同的产品系列各自为政,从采购到设计以及生产管理没有一个统一的考虑。因此,欧姆龙的第一步计划是一步步通过标准化的制定执行统筹规划所有的人力物力资源,包括产品设计理念以及设备设计思想。

       比如三个工厂的产品大都用到SMT操作,于是欧姆龙针对SMT做了基于标准设计的自动化考虑及实施。另外,在信息平台方面,导入了MES的同时对产品批次跟踪以及多种类作业支援方面做了很多更新。

图3  U型组装台

       在(大部分)SMT工序完成之后,全部产品所需物件会被送入图3中的ASSY组装平台,也是我们所称的U型台。每个U型台将完成产品出厂前所需的全部组装操作,包括与说明书一起的贴标封装。

图4   信息平台的构建

图5 不同类型生产线的构建(细节请联系欧姆龙公司)

       欧姆龙上海工厂的产品覆盖多种少量和中种中量,所以对生产线的设计也作了不同的考虑。比如上图中的安装PF主要指电路板上的插件操作,因而针对不同的插件种类(形状,尺寸)以及不同的订单大小我们有不同特性的操作平台。同样的,在后期组装线上我们也有从相对大产量的专用组装平台到柔性的混流平台等选择。


       值得说明的是,所有这些操作及选择都是基于Stage1之后的高度统一的标准化的结果。

图6 决定LCA的升级思路

       图6说明了Stage2的执行LCA改进时的决策逻辑,即利用有限的人力物力解决生产中的瓶颈需求。所以,如表中所示,对不同产品(纵向)生产所需要的不同工艺(横向)做一列表,从而发现最通用的操作需求进而明确局部自动化的实现来达到最大的设备更新投入产出效果。需要再次强调的是,如果没有之前的合理优化的内部标准化的努力,所有这些操作都无从谈起。


       以下两图(7/8)介绍的是生产系统的可视化平台。通过欧姆龙自行研发的包括Timeline等等的可视化管理系统,从现场操作人员到生产管理人员都能够清楚了解总零部件配备,操作程序更新提示到设备运行的所有相关信息,并且做到在不良事件发生之前就采取措施,让生产效率最大化。


图7 生产设备的可视化(TimeLine)

图/8 U型组装台的设计(细节请联系欧姆龙公司)

       经过了近十年的努力之后,欧姆龙上海工厂开始慢慢跨入智能化工程的改造阶段,尤其把柔性生产作为一个努力方向。这个改造的目的归根到底还是追求产品的成本和品质生产效率,从而更好地满足客户及市场需求。

       

       从以下两图(图9/10)可以看出我们的实现目标,即所有的平台比如管理平台及硬件操作平台包括机器人都被纳入一个有机的整体。其中所有设备的实时监控及相互协调,所有数据的管理及实时分析,所有人机之间部门之间的相互分工都被统一管理和及时优化。图11显示的是图10中的组装生产线的系统举例,也称U字生产平台。


图9 柔性生产系统的示意图

图/10 U型组装台与智能管理平台的(细节请联系欧姆龙公司)

图11

【其他亮点 企业短期效益与长远效益的有机结合】

       欧姆龙公司充分认识到生产系统自动化的目的在于两个方面:短期内提高企业内部效益,长期内提高对外竞争优势。所以,我们的方式不是一蹴而就,而是滴水穿石。力争做到每次的人力物力财力投入都会做到短期内立竿见影地解决生产过程中的瓶颈问题,同时又与我们的长期系统升级战略相吻合。


      十多年来,我们认为在完善欧姆龙自己生产系统的过程中积累的经验。我们意识到这些知识也可以满足很多中国本土制造业的切实要求。因此欧姆龙有意愿通过合作共赢使我们的成绩能够为更多的企业带来实际效益。


项目创新点和实施效果

       经过十年的努力,欧姆龙上海工厂在不增加员工数量的情况下,目前每年生产的产品种类可达22000多种,而且每种产品的产量不一,有的型号产品最少只生产几十件。之前在2010年当中国地区相应商品销售价格下降50%时,我们实现了生产量的倍增和营收的大幅增长,固定费效率实现了翻番。时至今日,我们具备了更充分的实力来应对来自产品的质量,成本,发货期等等的挑战,也为我们的客户提供了更有价值的服务。因此在2016年国内工业自动化行业不很景气的大环境下,欧姆龙上海工厂所对应的工控业务逆势而上达到了超过以往的增长。




人工智能赛博物理操作系统

AI-CPS OS

人工智能赛博物理操作系统新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS:云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能)分支用来的今天,企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中,利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量,实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。


AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能,而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务数据+分析一体化,这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合,没有颠覆现状的意愿,这些将不可能实现。


领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量,领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位:

  1. 重新行业布局:你的世界观要怎样改变才算足够?你必须对行业典范进行怎样的反思?

  2. 重新构建企业:你的企业需要做出什么样的变化?你准备如何重新定义你的公司?

  3. 重新打造自己:你需要成为怎样的人?要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位,你必须如何去做?

AI-CPS OS是数字化智能化创新平台,设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端,可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系,实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉,形成了领导力模式,使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置:

  1. 精细种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切,进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。

  2. 智能:模型随着时间(数据)的变化而变化,整个系统就具备了智能(自学习)的能力。

  3. 高效:企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力,这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。

  4. 不确定性:数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验,其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域:技术、文化、制度。

  5. 边界模糊:数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化,还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长:

  1. 创造虚拟劳动力,承担需要适应性和敏捷性的复杂任务,即“智能自动化”,以区别于传统的自动化解决方案;

  2. 对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升,提高资本效率

  3. 人工智能的普及,将推动多行业的相关创新,开辟崭新的经济增长空间


给决策制定者和商业领袖的建议:

  1. 超越自动化,开启新创新模式:利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能,为企业创造新商机;

  2. 迎接新一代信息技术,迎接人工智能:无缝整合人类智慧与机器智能,重新

    评估未来的知识和技能类型;

  3. 制定道德规范:切实为人工智能生态系统制定道德准则,并在智能机器的开

    发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践;

  4. 重视再分配效应:对人工智能可能带来的冲击做好准备,制定战略帮助面临

    较高失业风险的人群;

  5. 开发数字化+智能化企业所需新能力:员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说,创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。


子曰:“君子和而不同,小人同而不和。”  《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和 人工智能,像君子一般融合,一起体现科技就是生产力。


如果说上一次哥伦布地理大发现,拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现,拓展的就是人们的数字空间。在数学空间,建立新的商业文明,从而发现新的创富模式,为人类社会带来新的财富空间。云计算,大数据、物联网和区块链,是进入这个数字空间的船,而人工智能就是那船上的帆,哥伦布之帆!


新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS作为新一轮产业变革的核心驱动力,将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量,并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节,形成从宏观到微观各领域的智能化新需求,催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革,深刻改变人类生产生活方式和思维模式,实现社会生产力的整体跃升。



产业智能官  AI-CPS


用“人工智能赛博物理操作系统新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”:云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能)在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的认知计算和机器智能;实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链


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新技术“云计算”、“大数据”、“物联网”、“区块链”、“人工智能新产业:智能制造”、智能金融”、“智能零售”、“智能驾驶”、智能城市新模式:“财富空间“工业互联网”、“数据科学家”、“赛博物理系统CPS”、“供应链金融”




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