從傳統(tǒng)工廠到智能工廠，還有哪些路要走？
http://www.ydsygx.cn走入三一重工位于湖南長沙的18號廠房正門，首先面對的就是景觀區(qū)——正面是一條水域，兩側(cè)整齊排放著高大的綠植，而往里走，展示廳、裝配區(qū)、結(jié)構(gòu)件區(qū)、立庫區(qū)、高精機(jī)加區(qū)次第展開。
這個長約1公里，寬約150米，總共約11.8萬平方米的廠房被譽為中國智能制造示范性廠房。在這個廠房內(nèi)智能工廠 不僅實現(xiàn)了柔性生產(chǎn)智能工廠 而且實現(xiàn)了信息化和自動化。
不能蓋完房子再做柔性化
柔性生產(chǎn)是智能制造一大重要特色。在智能工廠里，同一臺機(jī)器甚至同一條生產(chǎn)線不能只干一件事情，或者只做一個零件，只組裝一個流水線，只組裝一個型號的產(chǎn)品。而在三一重工的18號工廠，一條生產(chǎn)線，不同型號的泵車都可以組裝，而據(jù)三一重工智能制造主管唐妞介紹：在18號廠房的裝配區(qū)，生產(chǎn)線上的每個工序所花時間為60分鐘。60分鐘之后，工序向前移動。12個小時，就能從起始到結(jié)束，裝配一輛工程車。在18號廠房，并排一共有4條生產(chǎn)線，市場環(huán)境好，銷量好時，4條生產(chǎn)線每天加班加點生產(chǎn)設(shè)備。如今，工程機(jī)械行業(yè)市場環(huán)境下滑，不需要那么多的工程機(jī)械，這些生產(chǎn)線就能被改為其他裝配線，例如泵車裝配線可改為消防車生產(chǎn)線。
而之所以能做到這樣的柔性生產(chǎn)，唐妞認(rèn)為，這是在18號廠房建設(shè)之前，三一重工就運用數(shù)字化工廠軟件對廠房的生產(chǎn)不斷進(jìn)行模擬、優(yōu)化和仿真所致。
工廠建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，不僅是搭建實體廠房，而且需要規(guī)劃產(chǎn)品工藝流程以及生產(chǎn)布局，更需要對各工序的人、機(jī)、料、法進(jìn)行整合及匹配等等。傳統(tǒng)工廠則是先修建實體廠房，再進(jìn)行工藝流程以及生產(chǎn)布局，而且在設(shè)計過程中，更多的是依賴設(shè)計者的經(jīng)驗和積累。
“這種建造模式，由于前面整體框架已經(jīng)搭建完畢，在后續(xù)面臨大量調(diào)整時，生產(chǎn)線布局很難做到最優(yōu)化。”三一智能科技有限公司副總經(jīng)理王俊認(rèn)為這是傳統(tǒng)工廠建造時的弊端所在。
正因如此，18號廠房在建造之前，首先利用數(shù)字化仿真技術(shù)，設(shè)計出工廠模型，然后再對模型的生產(chǎn)過程進(jìn)行推理并進(jìn)行完整的預(yù)測，包括制造設(shè)備的能力，以及廠內(nèi)物流的仿真，在這基礎(chǔ)之上，來規(guī)劃整個廠房的設(shè)計，從而定型設(shè)計方案，最后再建造廠房。
而這么做給三一重工帶來的好處則是，由于提前規(guī)劃，不僅可以防止后續(xù)的調(diào)整，而且可以節(jié)省廠房的建造成本。
而據(jù)三一重工2015年年報表明，由于推進(jìn)柔性化生產(chǎn)，通過對涂裝線、裝配線、焊接線等產(chǎn)線整合或產(chǎn)業(yè)園整合，改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)線負(fù)荷率，有效降低了制造成本。
完整的信息化管控是基礎(chǔ)
在18號工廠，每個區(qū)域，每個工位的前面都有一臺MES智能機(jī)，這是一臺安裝著MES（生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)）的智能終端，而工人能在里面查詢到標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)，以及在這個工位這個工序，需要安裝什么，如何安裝，如何質(zhì)檢。
“MES系統(tǒng)起著承上啟下的作用。”王俊表示。
對上而言，MES銜接三一重工的企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），將研發(fā)數(shù)據(jù)以及ERP的核心數(shù)據(jù)根據(jù)現(xiàn)場需要，進(jìn)行整合。而在現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，再向這些系統(tǒng)反饋生產(chǎn)進(jìn)展。
朝下而言，在生產(chǎn)現(xiàn)場，如何知道生產(chǎn)設(shè)備是否出現(xiàn)異常？利用率有多高？生產(chǎn)計劃如何安排？王俊認(rèn)為，這并非拍腦袋決定，而是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及分布式數(shù)控（DNC系統(tǒng)）將現(xiàn)場所有設(shè)備與信息化平臺連接，從而實時監(jiān)測設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況以及利用率。如果現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)利用率下滑，則會現(xiàn)場處理。如果因為計劃的安排或者缺料導(dǎo)致設(shè)備停滯，則會逐漸優(yōu)化，使這些設(shè)備更快更好地運轉(zhuǎn)。而如果發(fā)生故障，三一則有用于維修的管理系統(tǒng)去支撐，使工廠盡快恢復(fù)生產(chǎn)。
整個生產(chǎn)則統(tǒng)一通過生產(chǎn)控制中心進(jìn)行調(diào)度，比如工位缺少哪些物料，今天需要準(zhǔn)備哪些零配件，需要在哪個時間段送到哪個工位。
在裝配區(qū)，除了智能終端之外，還有報警裝置。如果有緊急情況，導(dǎo)致缺料，則可以按下報警按鈕，立體倉庫以及車間就能收到報警信息。如果工人發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量問題，也可以按下報警按鈕。
而這也改變了相關(guān)人員的工作方式。此前在裝配現(xiàn)場，因為信息傳遞不及時，到處都有質(zhì)檢員以及工人，而現(xiàn)在因為同享一個系統(tǒng)，質(zhì)檢人員平時則可以在后方活動，有需要再來處理。
在立體倉庫區(qū)，則有上千種關(guān)鍵小型零配件，每一個零配件都有電子標(biāo)簽，因而在需要取料的時候，就可以由自動導(dǎo)引運輸車（AGV）自動取送，并將零配件分發(fā)至不同的工位上。而自動化的精準(zhǔn)物流系統(tǒng)也是實現(xiàn)柔性制造的核心競爭力，因為生產(chǎn)線上組裝不同的型號，就需要系統(tǒng)能把需要的零部件準(zhǔn)確地送至相應(yīng)的工位。
基于ERP以及MES等系統(tǒng)，三一重工在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了信息化和自動化。而在這其中，囊括生產(chǎn)管理、計劃管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、幾乎涵蓋現(xiàn)場所有生產(chǎn)過程的MES系統(tǒng)又最為核心。
2014年，西門子工業(yè)領(lǐng)域首席執(zhí)行官魯思沃教授曾在演講中指出，工業(yè)4.0的三大支柱是：MES、虛擬和現(xiàn)實的結(jié)合、CPS物理信息融合系統(tǒng)。由于生產(chǎn)是工廠所有活動的核心，而MES是實時反應(yīng)各個環(huán)節(jié)活動和交換數(shù)據(jù)的節(jié)點，在這三大支柱中，它將會起到更為重要的作用。
而為了打造這樣一個系統(tǒng)，三一專門成立了軟件開發(fā)團(tuán)隊以及現(xiàn)場實施團(tuán)隊。現(xiàn)場實施團(tuán)隊?wèi){著對現(xiàn)場業(yè)務(wù)的了解以及對三一制造模式的了解，再根據(jù)現(xiàn)場的需求與軟件開發(fā)團(tuán)隊一起定制出適合三一的MES系統(tǒng)。
“這些系統(tǒng)利用率越高，我們的產(chǎn)出就越大。”王俊對《中外管理》說，“傳統(tǒng)工廠大家更多從制造的能力，從設(shè)備的布局，從物流的布局去考慮，其實還有一個重要的層面，就是如何整合人、設(shè)備、物料的資源，使它們更好地協(xié)調(diào)配合。而這就需要建立這樣一套信息化系統(tǒng)。”
王俊進(jìn)而指出，企業(yè)要布局智能制造工廠，推動智能工廠的建設(shè)，可以從兩方面入手：一是從整體工藝、制造以及物流布局；二是信息化的管理能力。