編者按:
數(shù)據(jù)的力量正在撬動(dòng)地球,并正潛入深層改變?nèi)祟惖男∈澜纭9I(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)……與人類生活相關(guān)的各個(gè)層面都已經(jīng)處在變革的洪流中。無人工廠、智能制造、工業(yè)4.0——這些進(jìn)階版的概念已然成為新世代制造業(yè)“仰望的星空”。一座座傳統(tǒng)工廠的進(jìn)化之路已經(jīng)展開。
一座智能工廠的養(yǎng)成
“第四次工業(yè)革命”掀起的無處不在的自動(dòng)化、大數(shù)據(jù)和人工智能浪潮正越來越深入地影響著一切。
數(shù)據(jù)正在撬動(dòng)我們的地球,技術(shù)的進(jìn)步讓人類能探索遙遠(yuǎn)的星空,能深入海底與海洋生命同呼吸,能守護(hù)極地冰雪…… 數(shù)據(jù)也同樣在重塑著人類的小世界,通過挖掘數(shù)據(jù)背后的價(jià)值,可以給制造生產(chǎn)、零售、醫(yī)療等各個(gè)行業(yè)注入智能力量。
數(shù)據(jù)帶來的智能力量正在重新定義行業(yè)的邊界,并且重構(gòu)生產(chǎn)關(guān)系。一切都在發(fā)生著巨變。比如,街邊司空見慣的便利店,有一天,它可以無人經(jīng)營了。在物聯(lián)網(wǎng)的洗禮下,零售行業(yè)迎來前所未有的變局。傳統(tǒng)的互聯(lián)零售或者是實(shí)體零售已經(jīng)不能滿足消費(fèi)者的訴求。人、物、場的關(guān)系正在重新塑造。應(yīng)運(yùn)而生的無人商店在改變著我們的零售體驗(yàn)。
歷史上任何一次新技術(shù)的爆發(fā),都帶來了超乎想象的新產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟(jì)模式。在18到20世紀(jì),人類先后歷經(jīng)了三次工業(yè)革命,第一次工業(yè)革命推動(dòng)了機(jī)械生產(chǎn)的開始,第二次工業(yè)革命實(shí)現(xiàn)了電力生產(chǎn),第三次工業(yè)革命推動(dòng)了電子和信息技術(shù)與工業(yè)的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。
現(xiàn)在,我們正處于第四次工業(yè)革命的進(jìn)程中。而這一次工業(yè)革命的本質(zhì),完全不同于前幾次。按照世界經(jīng)濟(jì)論壇創(chuàng)始人克勞斯·施瓦布(Klaus Schwab)教授的說法,這一次將不僅僅是某個(gè)方面的進(jìn)步,而是橫跨了諸多領(lǐng)域,不同技術(shù)可以貫通起來,隨心所欲地制造出時(shí)空無限的產(chǎn)品。第四次工業(yè)革命將從數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)入手,帶來某種“集成式”的革命,集中改變能源、汽車和制造生產(chǎn)技術(shù)等行業(yè)。
隨著市場對(duì)于產(chǎn)品個(gè)性化、快速上市迭代的需求越來越高,在生產(chǎn)制造層面,向智能工廠、智能制造的升級(jí)進(jìn)化也顯得更為迫切。
在制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的浪潮不斷推進(jìn)下,對(duì)工廠數(shù)據(jù)流、信息流的實(shí)時(shí)采集、分析,從而輔助快速響應(yīng)、決策的需求越來越明顯,這需要信息化、數(shù)字化、智能化技術(shù)在工業(yè)中的深入融合。
需要明確的是,智能制造不只是簡單的“機(jī)器換人”。很多看不見的東西往往是生產(chǎn)成本和效率控制的盲點(diǎn)。
產(chǎn)線中設(shè)備機(jī)臺(tái)的運(yùn)作狀況是否良好?有無出現(xiàn)個(gè)別機(jī)臺(tái)空閑?是否有異常故障發(fā)生?生產(chǎn)排程是否合理科學(xué)?產(chǎn)線平衡度如何?各個(gè)節(jié)點(diǎn)的物料準(zhǔn)備以及物料進(jìn)出倉庫的情況,甚至于每個(gè)工位上工人的生產(chǎn)效率、工作狀態(tài)等等……這些四散在工廠各處的數(shù)據(jù),在傳統(tǒng)的工廠管理中往往難以整合利用,很多數(shù)據(jù)往往被遺漏忽略。
傳統(tǒng)工廠的很多管理與運(yùn)營商的瓶頸與痛點(diǎn)亟待解決。仰賴人工記錄生產(chǎn)資訊、計(jì)算生產(chǎn)報(bào)表,容易發(fā)生錯(cuò)誤且記錄不即時(shí)的情況,在生產(chǎn)管理上也難以實(shí)時(shí)了解設(shè)備、產(chǎn)線狀況。事實(shí)上,在一個(gè)典型的傳統(tǒng)制造業(yè)中,60%的生產(chǎn)活動(dòng)都是浪費(fèi)的——因?yàn)樗鼈兏緵]有增加顧客的價(jià)值。
提升作業(yè)價(jià)值、降低庫存風(fēng)險(xiǎn)、縮短產(chǎn)品上市周期、少量多樣的個(gè)性化產(chǎn)品、高彈性低附加價(jià)值的操作將是未來制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)工廠的轉(zhuǎn)型進(jìn)階日益迫切。
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工廠生產(chǎn)智能進(jìn)階,成為一種有效的方向。前提是,要讓隱藏在生產(chǎn)制造各個(gè)層面的數(shù)據(jù)被“看見”。
“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”,也成為研華位于昆山的制造基地向智能工廠進(jìn)化的核心推動(dòng)力。
在研華科技位于昆山的制造基地內(nèi),有一間特殊的房間,被稱之為整個(gè)制造基地的“戰(zhàn)情室”。八塊大電子顯示屏實(shí)時(shí)呈現(xiàn)整個(gè)制造基地內(nèi)三家工廠的現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)況,各個(gè)產(chǎn)線、工位的生產(chǎn)效率、工時(shí)等數(shù)字報(bào)表,機(jī)臺(tái)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀況,廠房車間內(nèi)的溫濕度、環(huán)境指數(shù),倉庫進(jìn)出物料的情況…… 所有工廠生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù),都可以在戰(zhàn)情室里隨時(shí)調(diào)用分析,監(jiān)測整個(gè)工廠的生產(chǎn)狀態(tài)。
這里可以說是工廠整體管理和營運(yùn)的靈魂。
戰(zhàn)情室定位為決策中心,隨時(shí)搜集與分析工廠生產(chǎn)運(yùn)作的數(shù)據(jù),讓工廠的環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)可視化,并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn),方便管理者以此制定決策。除了戰(zhàn)情室內(nèi)的屏幕外,分布于廠區(qū)、車間、倉庫、各個(gè)產(chǎn)線站點(diǎn)及工位出大大小小的顯示屏上,也都能實(shí)時(shí)看到相應(yīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù),同時(shí)通過專門開發(fā)企業(yè)app,也可以隨時(shí)手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備上查看工廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這樣一來,一旦有異常狀況發(fā)生,管理者能第一時(shí)間得到通知,及時(shí)處理。
以設(shè)備聯(lián)網(wǎng)及可視化作為起點(diǎn),用數(shù)據(jù)讓工廠變“透明”,從而持續(xù)生產(chǎn)優(yōu)化流程,由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)生產(chǎn)效率提升,研華的智能工廠進(jìn)化之路由此開始。據(jù)公司內(nèi)部統(tǒng)計(jì),自2015年整套戰(zhàn)情室系統(tǒng)導(dǎo)入全廠區(qū)以來,產(chǎn)品平均生產(chǎn)周期降低59%,同時(shí)提升員工生產(chǎn)力12%。
智能制造也不僅僅只是提出一些創(chuàng)新解決方案,而是要正真將這些智能解決方案在工廠生產(chǎn)線的各個(gè)場景中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用落地,才能真正拉動(dòng)工廠向智能化的創(chuàng)新。同時(shí),隨著生產(chǎn)過程越來越細(xì)分,反過來每個(gè)應(yīng)用場景都可能滋生新的行業(yè)解決方案,并能復(fù)制到其他生產(chǎn)制造行業(yè)中去,形成全行業(yè)共同升級(jí)轉(zhuǎn)型的良性循環(huán)。
時(shí)代的鐘聲已經(jīng)緩緩敲響,未來已來,從工廠到農(nóng)田,從生產(chǎn)到零售,從工作到生活,智能化已經(jīng)深入滲透每個(gè)領(lǐng)域,并由表及里改造每個(gè)行業(yè),同時(shí)也正在重塑人類的工作。
一座智能工廠的養(yǎng)成之路,或許是一個(gè)非常緩慢的過程,而革命性的技術(shù)創(chuàng)新與制造業(yè)的融合更是充滿挑戰(zhàn),但潛在的收益無比巨大,能夠幫助企業(yè)尋求最優(yōu)的解決方案,應(yīng)對(duì)積弊,創(chuàng)造價(jià)值。
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研華PCBA板卡廠:數(shù)字化進(jìn)階 打造虛實(shí)融合的透明工廠
“過去工廠的設(shè)備是‘吃’電的,現(xiàn)在以及未來,設(shè)備將是‘吃’數(shù)據(jù)的。” 研華PCBA板卡廠協(xié)理劉永仁作了這樣一個(gè)形象的比喻。
2014年起劉永仁開始擔(dān)任昆山板卡廠廠長(2017年5月他升任為板卡廠協(xié)理),也在那一年,工廠開始了全面的數(shù)字化升級(jí)轉(zhuǎn)型之路。
“一般工廠為了追求生產(chǎn)效益都有MOQ(Minimum?Order?Quantity,最小訂單量)的限制,但在我們所處的IoT產(chǎn)業(yè),客戶的需求量往往不大且種類繁多,PCBA工單很多都只有數(shù)片的需求,系統(tǒng)組裝連一臺(tái)的工單都有。”劉永仁介紹。
研華自1983年成立以來,一直致力服務(wù)全球不同垂直領(lǐng)域的SI伙伴及KA客戶。因此,研華的產(chǎn)品形態(tài)一直都屬于“少量而多樣”。
“我們的工單在生產(chǎn)線上非常復(fù)雜,工程數(shù)非常多。”劉永仁說,這對(duì)于一般工廠而言很難想象,但是為了滿足這種少量多樣的彈性生產(chǎn),也不得不失去一定的效率。一直以來,規(guī)模效率和產(chǎn)線彈性似乎是魚和熊掌難以兼得的兩面。很多大規(guī)模生產(chǎn)的工廠為了追求效率不得不犧牲彈性。但是,隨著成本的上漲,以及對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化、快速上市等需求的提升,原本的工廠作業(yè)狀態(tài)漸漸難以滿足。劉永仁也意識(shí)到,再不改變,很快就會(huì)面臨巨大的挑戰(zhàn)。
消滅“紙” 讓數(shù)據(jù)被“看見”
從傳統(tǒng)工廠向智能工廠進(jìn)階的過程中,以機(jī)器替代人力的自動(dòng)化升級(jí)往往是很多工廠會(huì)考慮的第一步。但對(duì)于少量多樣的個(gè)性生產(chǎn),想要兼具彈性和效率,單靠自動(dòng)化并不夠。
“我們需要自動(dòng)化,但自動(dòng)化并不見得完全適合我們。而數(shù)據(jù)是未來的趨勢,我們第一步做的是數(shù)據(jù)可視化管理,讓散落在工廠各個(gè)角落的生產(chǎn)數(shù)據(jù)被‘看見’。”劉永仁說。
消滅“紙”是第一步。
從2014年開始,板卡廠把所有制造的設(shè)備全面聯(lián)網(wǎng),從而把所有生產(chǎn)的人、機(jī)、料、法、環(huán)的一些相關(guān)的數(shù)據(jù)全部做收集和分析。而在生產(chǎn)線上,很多看不見的東西,其實(shí)都是在管理上的盲點(diǎn)。
在具體的做法上,全廠導(dǎo)入MES(Manufacturing Execution System,制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)),做全廠數(shù)字可視化,利用信息技術(shù)聯(lián)網(wǎng)管理。MES是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng),可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊,為企業(yè)打造一個(gè)制造協(xié)同管理平臺(tái)。
劉永仁指出,在導(dǎo)入智能化數(shù)字管理系統(tǒng)的同時(shí),又要把人的經(jīng)驗(yàn)寫進(jìn)系統(tǒng),人機(jī)有效交互,實(shí)現(xiàn)真正透明的數(shù)據(jù)化管理。
如今,進(jìn)入PCBA工廠的車間內(nèi),過去每個(gè)工人工位上貼滿的各種紙張(作業(yè)書、說明書、流程單等),全部被一塊電子屏替代,所有的操作文檔全部可以實(shí)時(shí)下載,同時(shí)每一個(gè)環(huán)節(jié)上的生產(chǎn)狀況也實(shí)時(shí)被系統(tǒng)記錄。
“智慧工廠的第一步就是‘全面可視化’,以數(shù)字技術(shù)取代人工,讓現(xiàn)場看得見。”劉永仁指出,工廠變“透明”了,可以讓現(xiàn)場主管在第一時(shí)間做有憑有據(jù)的決策,同時(shí)也能有效杜絕現(xiàn)場的浪費(fèi)。而這樣的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化智能化技術(shù),能讓少量多樣的生產(chǎn)兼具大量生產(chǎn)的效率,創(chuàng)造大效益。
打通系統(tǒng) 生產(chǎn)作業(yè)虛實(shí)結(jié)合
不過,僅僅“透明”是不夠的。對(duì)于一座智慧工廠而言,數(shù)據(jù)信息被“看到”只是第一步,實(shí)現(xiàn)各個(gè)信息系統(tǒng)之間的串連溝通,進(jìn)而深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值是更關(guān)鍵的一步。
在研華昆山制造基地的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)框架中,主要有三大系統(tǒng)模塊,分別是管理生產(chǎn)流程的智能排程系統(tǒng)(APS),追蹤生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)管理系統(tǒng)(SFIS),以及管理物料的物料控制系統(tǒng)(MCS)。
通常而言,很多公司都有多個(gè)資訊系統(tǒng),除了MES,其中ERP(Enterprise Resource Planning,企業(yè)資源計(jì)劃)系統(tǒng)是大部分企業(yè)都會(huì)使用的,通常用于訂單管理和財(cái)務(wù)管理。
“但很多公司的ERP和MES系統(tǒng)往往各自獨(dú)立,相互之間沒有連結(jié)起來。所以中間很多溝通都需要人工去做串連,會(huì)變得非常復(fù)雜,溝通成本很高。”劉永仁說。
其中,智能排程系統(tǒng)(APS,Advance Production Scheduling)尤為關(guān)鍵,被工廠的管理團(tuán)隊(duì)視作如“脊椎”一般重要。
據(jù)介紹,APS原來的目的和作用就是協(xié)助生管做工廠生產(chǎn)工單的排布管理,幫助少量多樣生產(chǎn)形態(tài)的排程作業(yè)降低難度,減少人為作業(yè)部分。劉永仁介紹,在工廠生產(chǎn)中,工單排程是非常重要的關(guān)鍵因素,“如果把工廠看作一個(gè)人體,整個(gè)工單的排程就像人的脊椎骨,所有的人、機(jī)、料、法、環(huán)、文件,所有東西都是跟著生產(chǎn)排程的需求去串起來的,最后滿足出貨。” 所以生產(chǎn)排程的變化會(huì)直接影響整個(gè)生產(chǎn)線的效率及產(chǎn)能。
過去傳統(tǒng)的工廠高度仰賴有經(jīng)驗(yàn)的熟手來做工單排程,但隨著規(guī)模漸漸變大,生產(chǎn)現(xiàn)場日益復(fù)雜,數(shù)千種產(chǎn)品完全仰賴人工經(jīng)驗(yàn)排程的模式顯然不可行。
據(jù)了解,研華自2014年開始推動(dòng)iFactory 計(jì)劃,同時(shí)將ERP/APS/MES做串連,讓訂單、工單、生產(chǎn)排程、物料管理、生產(chǎn)工藝、治工具、工序流轉(zhuǎn)、全面鏈接,以數(shù)據(jù)指導(dǎo)生產(chǎn)安排、過程控制,現(xiàn)場管理等環(huán)節(jié),突破以往高度仰賴熟練工、技術(shù)員與資深管理人員的作法,大幅降低營運(yùn)成本。其中,APS作為一個(gè)新生系統(tǒng),一方面與ERP溝通,獲取訂單、物料、出貨訊息等,另一方面與MES交換數(shù)據(jù),查閱工廠的設(shè)備、人力、治工具資源明細(xì)等。
?“ERP總攬了訂單運(yùn)營的所有數(shù)據(jù),而MES是制造現(xiàn)場信息流的匯聚點(diǎn)。在傳統(tǒng)工廠ERP與MES是獨(dú)立管理的,無法同頻互動(dòng)。APS的出現(xiàn)恰恰解決了這個(gè)問題。APS系統(tǒng)幫助兩端系統(tǒng)完成了最后的對(duì)接。整個(gè)工廠的數(shù)據(jù)流和實(shí)物流在多平臺(tái)的共同作用下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合。”
打通各系統(tǒng),填補(bǔ)系統(tǒng)間間隙,帶來的是直接的生產(chǎn)進(jìn)度管理上的收益。PCBA板卡生產(chǎn)周期從最初的9.5天直降到現(xiàn)在的3天以下。
“之前受困于系統(tǒng)間隙,ERP雖然很清楚訂單交期,物料采購這些重要信息,可是工廠的現(xiàn)場生產(chǎn)狀況卻不明了,而MES掌握生產(chǎn)現(xiàn)況的同時(shí)無法實(shí)時(shí)對(duì)接前線供需的快速變化。隨著APS把天地線搭接通暢,生產(chǎn)進(jìn)度管理變得通暢透明且實(shí)時(shí)。以往需要業(yè)務(wù)、OP、SCM、采購、制造等,多單位反復(fù)進(jìn)行信息溝通的狀況被清除了,實(shí)物流和數(shù)據(jù)流被統(tǒng)一整合,物料從進(jìn)庫開始就被感知,訂單轉(zhuǎn)工單后業(yè)務(wù)也能通過窗口看到工單實(shí)際運(yùn)營狀況和產(chǎn)能狀態(tài),各制程段之間的模糊地帶被信息串聯(lián)消除,連生產(chǎn)異常的異常和出貨的實(shí)時(shí)也被充份掌控、管理。”劉永仁進(jìn)一步解釋。
除了生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)度的管理變得更為緊湊和無縫銜接外,這種系統(tǒng)間的虛實(shí)整合也在其他管理環(huán)節(jié)體現(xiàn)收益。比如,庫房的物料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)盤點(diǎn),制造生產(chǎn)串聯(lián)ERP生產(chǎn)完成后自動(dòng)扣帳,之前需要人力實(shí)現(xiàn)的核算由系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)代勞,設(shè)備聯(lián)網(wǎng)互通,從異常報(bào)警到工時(shí)記錄,現(xiàn)場狀況轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔?shí)時(shí)發(fā)送到各相關(guān)單位。
PCBA板卡廠向智慧工廠的進(jìn)化之路還在進(jìn)行中,在過去三四年的變革中,板卡廠在質(zhì)量提升、組織精進(jìn)以及生產(chǎn)系統(tǒng)智能化等領(lǐng)域都已經(jīng)有了不小的收效,整體效益提升了40% 以上。劉永仁表示,2015年以后,智能制造已成為顯學(xué),傳統(tǒng)工廠的智慧轉(zhuǎn)型、變革已成為各個(gè)行業(yè)克不容緩的重要課題。研華在這個(gè)智能制造大潮流下也不會(huì)缺席,并且會(huì)以共創(chuàng)的模式與各領(lǐng)域的專家協(xié)同合作,加速智能制造的發(fā)展與共贏。
系統(tǒng)廠:?做“接地氣”的智慧工廠
“最近訂單比較多,我們的工程師、管理人員,包括我自己都下到第一線去支援,同時(shí)也在這個(gè)過程中不斷發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線可以優(yōu)化創(chuàng)新的地方。”研華昆山系統(tǒng)廠協(xié)理莊再來十分注重產(chǎn)線流程的合理化,在他看來,一條彈性的、可實(shí)時(shí)優(yōu)化完善的生產(chǎn)線是打造智能工廠的前提。
系統(tǒng)廠早期一個(gè)月的產(chǎn)值約七八千萬,現(xiàn)在則提高到約1.2億,但相比之下人員反而有所減少。這就得益于流程的合理化,同時(shí)再在此基礎(chǔ)上去做自動(dòng)化、智能化的應(yīng)用,才是工廠真正需要的“接地氣”的智慧力量。
?打造一條彈性靈動(dòng)的生產(chǎn)線
?實(shí)時(shí)了解各個(gè)生產(chǎn)流程的狀況是讓優(yōu)化有據(jù)可循的基礎(chǔ)。“戰(zhàn)情室”的導(dǎo)入,讓所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)透明可視,就能從中發(fā)現(xiàn)很多以前忽視的問題。
系統(tǒng)組裝廠的生產(chǎn)流程,從產(chǎn)品材料投入開始,要經(jīng)過組裝、燒機(jī)、測試、包裝等一系列步驟。莊再來說,他們早期從材料開始生產(chǎn)到出貨往往需要5天是時(shí)間,以往也都不太清楚哪個(gè)環(huán)節(jié)是可以優(yōu)化的,很多時(shí)候憑經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整。而現(xiàn)在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的透明化起了很大的作用。
“通過生產(chǎn)過程的透明化,從前置到組裝所需的時(shí)間、組裝到測試所需的時(shí)間以及測試到包裝所需的時(shí)間都一目了然,我們當(dāng)時(shí)就發(fā)現(xiàn),組裝完之后,在測試階段的停留時(shí)間特別長,往往要等十幾二十個(gè)小時(shí),有的甚至一天。”莊再來說,于是他們就意識(shí)到需要改善測試環(huán)節(jié)的效率,把測試時(shí)間縮短。
“大家就進(jìn)行頭腦風(fēng)暴,把測試那一塊做了一些人機(jī)協(xié)調(diào)。通過一些改造,引入測試臺(tái)車,可以實(shí)現(xiàn)最多一個(gè)人同時(shí)測9臺(tái)機(jī)器,而我們早期是一個(gè)人測一臺(tái)機(jī)器,光在測試環(huán)節(jié)就需要20多個(gè)人。”莊再來介紹,現(xiàn)在通過數(shù)據(jù)透明的優(yōu)化以及人機(jī)協(xié)調(diào)生產(chǎn),工廠從投入產(chǎn)出的時(shí)間縮短到了2.5天以內(nèi),效果十分明顯。
數(shù)據(jù)的透明化可以讓管理人員快速抓到整個(gè)生產(chǎn)過程中的瓶頸,通過數(shù)字找到一個(gè)平衡點(diǎn),快速調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)線,而不再像以往那樣全憑經(jīng)驗(yàn)來判斷。
此外,數(shù)據(jù)的透明化也有助于人員生產(chǎn)力的合力調(diào)配。“通過數(shù)字化的自動(dòng)連接,我們甚至可以追蹤到每一個(gè)人的生產(chǎn)力。我們設(shè)定一些KPI指標(biāo)來管理,用數(shù)據(jù)來串聯(lián),生產(chǎn)力也實(shí)現(xiàn)透明化,同樣對(duì)于優(yōu)化產(chǎn)線很有意義。”莊再來說。
柔性生產(chǎn),因地制宜的人機(jī)協(xié)作
莊再來指出,對(duì)于研華而言,如果要用機(jī)器來完全代替人工自動(dòng)化并不可行,因?yàn)槟菢觿荼貙奚鼜椥裕@并不適合研華少量多樣的生產(chǎn)模式。對(duì)此,系統(tǒng)廠的策略是,在可能自動(dòng)化且可以彈性應(yīng)用的范圍內(nèi),盡量用人機(jī)協(xié)作的方式,而且這樣成本也比較容易控制。
比如,在系統(tǒng)廠,封箱打包的環(huán)節(jié)是全廠區(qū)負(fù)荷最重的部分,同時(shí)由于少量多樣化的訂單也意味著封箱打包的尺寸也各不相同。這部分單靠人力或者單一的機(jī)器,都難以實(shí)現(xiàn)高效率。“我們就跟相關(guān)的合作廠商一起來設(shè)計(jì)自動(dòng)化應(yīng)用方案,最終設(shè)計(jì)出這樣的機(jī)臺(tái),可以全自動(dòng)完成一系列動(dòng)作——貼標(biāo)簽、封箱、打釘。它知道是哪一個(gè)工單,自動(dòng)抓起來疊好。通過這樣的優(yōu)化,在封箱環(huán)節(jié)至少節(jié)省了三個(gè)人,但效率則提升了30%以上。”莊再來介紹,系統(tǒng)廠2016年成功導(dǎo)入自動(dòng)封箱機(jī)代替人工封箱作業(yè),之后2017年又導(dǎo)入機(jī)械手臂自動(dòng)碼垛,在降低現(xiàn)場人員工作強(qiáng)度和人力精實(shí)方面有突出的成效,入庫區(qū)人員降低57%。
除此之外,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合研華的ADAM系列傳感器產(chǎn)品,串聯(lián)生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié),自動(dòng)收集生產(chǎn)過程中相關(guān)生產(chǎn)資訊,如ESD防護(hù)狀態(tài)、產(chǎn)品過站信息、螺絲防漏鎖系統(tǒng)等,這些細(xì)分的智能應(yīng)用在具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中能很好地落地,并起到很大的效率提升作用。
莊再來舉例,螺絲漏鎖一直是困擾系統(tǒng)組裝廠的一個(gè)痛點(diǎn)。因?yàn)槿斯げ僮麟y免會(huì)出現(xiàn)失誤漏鎖的狀況,而這些細(xì)小之處的疏漏很難被一下子發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過研華自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)探索和驗(yàn)證,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過ADAM、工業(yè)交換機(jī)、工業(yè)控制主機(jī)的串聯(lián),與電動(dòng)螺絲機(jī)進(jìn)行連接,實(shí)時(shí)采集組裝線螺絲鎖附數(shù)量,并自動(dòng)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量進(jìn)行對(duì)比,達(dá)到螺絲防漏鎖功能,有效提升品質(zhì)和效率。
此外,在人機(jī)協(xié)作方面,莊再來透露,下一步他們正在考慮導(dǎo)入一些小型的臂來協(xié)助生產(chǎn)小的產(chǎn)品,比如用于鎖螺絲等。“80%以上的工作可以通過這些落實(shí)到細(xì)處的智能自動(dòng)化設(shè)備來完成,而人則去做剩下的精細(xì)的部分,這才是對(duì)的方向。人不是去做苦工,而是做決策的,這應(yīng)該是一個(gè)未來的方向,可能接下去很長一段時(shí)間都會(huì)按照這樣的模式走。”莊再來表示。
“窺一斑知全豹” 挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值
(研華智能制造app,管理人員可隨時(shí)通過手機(jī)查看實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù))
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的價(jià)值已經(jīng)在工廠的生產(chǎn)流程、運(yùn)營管理中初步顯現(xiàn)。莊再來表示,下一步,要從更多維度去挖掘數(shù)據(jù)深層價(jià)值,來為工廠運(yùn)營、決策服務(wù),不斷完善提升智能化水平。
“其實(shí),每一個(gè)環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)都可以反映出生產(chǎn)中不同層面的問題。”莊再來強(qiáng)調(diào),對(duì)于大數(shù)據(jù)的收集,一定要收集到一些真正有用的數(shù)字,然后再去做針對(duì)性的分析,從而才能改生產(chǎn)帶來真正的優(yōu)化。
對(duì)于研華少量多樣的產(chǎn)品形態(tài),一千多種產(chǎn)品中,有的工序長,有的工序短,所以利用收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)作分析,然后再針對(duì)重點(diǎn)的數(shù)字做解決方案來實(shí)時(shí)調(diào)整產(chǎn)線平衡十分關(guān)鍵。
事實(shí)上,這么多年來,業(yè)界在談大數(shù)據(jù)的時(shí)候,也常常會(huì)提到“數(shù)據(jù)尸體”的概念。因?yàn)楫a(chǎn)生了洪流一樣的數(shù)據(jù),如果沒有好的方式處理,依然是無效數(shù)據(jù),甚至反過來產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。因?yàn)閿?shù)據(jù)迭代非常快,從文本、音視頻、圖形現(xiàn)在已經(jīng)演變到汽車、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因等新型數(shù)據(jù),加快數(shù)據(jù)處理的方式,也常為大數(shù)據(jù)時(shí)代的關(guān)鍵能力。而具體到工業(yè)生產(chǎn)制造的領(lǐng)域,能否利用數(shù)據(jù)分析,從而設(shè)計(jì)出有效的智能生產(chǎn)場景落地,才是真正有價(jià)值的。
“做智能化或者是自動(dòng)化工廠,也不是說為了自動(dòng)而自動(dòng),是真正要有效益。”莊再來說,他十分鼓勵(lì)些工程師在線上協(xié)助生產(chǎn),在這樣的過程中,可以發(fā)現(xiàn)更多的問題,不斷改善生產(chǎn)流程。結(jié)合追蹤生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)管理系統(tǒng)(SFIS)所收集的生產(chǎn)數(shù)據(jù),就可以針對(duì)不同的訂單產(chǎn)品,改造生產(chǎn)流程。
莊再來介紹,早期的生產(chǎn)流程一般是從組裝到測試再到包裝、出貨。但現(xiàn)在他們會(huì)針對(duì)某一些比較特殊的小的產(chǎn)品,把它改造成生產(chǎn)一條龍,可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)天就生產(chǎn)完畢并出貨完畢。“這樣就可以快速生產(chǎn),達(dá)到彈性跟客戶的需求出貨。通過一些設(shè)備的改造測試以及自動(dòng)化的優(yōu)化,讓生產(chǎn)連接更緊湊、無斷點(diǎn)。”
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機(jī)箱廠:信息技術(shù)與工業(yè)深度融合 重塑傳統(tǒng)工廠
?研華昆山基地的機(jī)箱制造廠與板卡廠、系統(tǒng)廠相比,屬于更為傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)制造。走進(jìn)工廠,看到大機(jī)器、大規(guī)模的“重工業(yè)”生產(chǎn)場景,看上去似乎和智慧工廠的距離還有點(diǎn)遠(yuǎn)。但是過去的一年這些“重型大家伙們”經(jīng)歷了一番智能化的轉(zhuǎn)變。
機(jī)箱廠主要制程包括沖壓、板金加工、烤漆以及組裝,一直以來,不管是在設(shè)備或是各項(xiàng)信息的自動(dòng)化與智能化程度相對(duì)比較低。但自去年以來,他們越來越意識(shí)到向智能化轉(zhuǎn)型迫切性。
“漸漸地,我們發(fā)現(xiàn),如果只是仰賴過去的技術(shù)與工藝改善,已經(jīng)有點(diǎn)捉襟見肘了。” 研華機(jī)箱廠協(xié)理劉志騰介紹,盡管過去幾年來,工廠通過內(nèi)部在生產(chǎn)技術(shù)以及工藝流程方面的精進(jìn),產(chǎn)能表現(xiàn)方面依舊勢頭良好,但在人力和材料成本不斷上漲的背景下,他們還面對(duì)著產(chǎn)能形態(tài)發(fā)生變化的挑戰(zhàn)。具體來說,工廠面臨產(chǎn)品多樣化以及生產(chǎn)復(fù)雜化的狀況越來越明顯,而且訂單需求更為急迫,需要工廠有快速應(yīng)變能力。
“從接單到現(xiàn)場的反應(yīng)包括資料準(zhǔn)備、串接要非常緊密,如果中間的信息僅靠人力傳遞,沒有辦法做到。”基于此,工廠從去年開始思考如何通過智能制造的轉(zhuǎn)型,全面提高工廠生產(chǎn)作業(yè)以及管理的運(yùn)行效率。機(jī)箱廠把2017年定為工廠的“智能化元年”。
?潛入深層做改變
?“我們必須潛入深層去做改變。”劉志騰坦言,對(duì)于工廠生產(chǎn)管理和流程工藝上,過去他們所作的改善,大多都是針對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)中的表層現(xiàn)象進(jìn)行糾正和調(diào)整,但如果要追求更進(jìn)一步的升級(jí)跟進(jìn)化,就要運(yùn)用感知與通信技術(shù),潛入深層進(jìn)行生產(chǎn)過程的動(dòng)態(tài)與信息跟蹤,通過新一層的認(rèn)知,建立更高效的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)。
盡管導(dǎo)入智能化體系的時(shí)間是最晚的,但是機(jī)箱廠的轉(zhuǎn)型速度很快。
2017年開始,工廠把設(shè)備跟生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行串聯(lián),通過機(jī)臺(tái)聯(lián)網(wǎng)及生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng) (MES),讓整個(gè)生產(chǎn)過程中的信息可視化,提高工廠的生產(chǎn)靈活性跟資源利用率。
其中設(shè)備的部分,主要通過一些IoT模塊以及外設(shè)傳感器,來使其實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),設(shè)備可以實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù),獲得設(shè)備稼動(dòng)狀態(tài)。在模/治/工具的部分,則利用RFID的應(yīng)用,來達(dá)到生產(chǎn)過程中的自動(dòng)識(shí)別、獲取與記錄數(shù)據(jù)的功能。
通過采集機(jī)臺(tái)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)并串聯(lián) MES 實(shí)時(shí)生產(chǎn)資料,機(jī)箱廠以“軟硬整合”的方式驅(qū)動(dòng)突破與進(jìn)化。過去一年來的智能化改造中,機(jī)箱廠已經(jīng)在“沖壓”、“點(diǎn)焊”、“烤漆”三個(gè)制程導(dǎo)入MES智能化專案,其中包含設(shè)備監(jiān)控、流程管理、實(shí)時(shí)生產(chǎn)力等功能模塊,可以實(shí)現(xiàn)“設(shè)備綜合稼動(dòng)監(jiān)控”、”生產(chǎn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)追蹤”、”生產(chǎn)信息有效鏈接”、”預(yù)防保養(yǎng)計(jì)劃管理”等管理功能。
以沖壓制程為例,過去當(dāng)某個(gè)產(chǎn)品在沖壓制程生產(chǎn)中是,很多實(shí)時(shí)指導(dǎo)其確切的生產(chǎn)情況,因?yàn)橐粋€(gè)產(chǎn)品在沖壓制程中可能就有十幾個(gè)工序,如果要想知道這個(gè)產(chǎn)品加工到哪一個(gè)工序,預(yù)計(jì)什么時(shí)候可以產(chǎn)出,就一定要到現(xiàn)場去找到產(chǎn)品,才能夠確定。現(xiàn)在,實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備可以自動(dòng)采集生產(chǎn)計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在各個(gè)生產(chǎn)工序的完成量實(shí)時(shí)上傳,就能有效的掌控每一筆在制工單的生產(chǎn)進(jìn)度,以及具體的預(yù)計(jì)完成時(shí)間。
劉志騰透露,機(jī)箱廠2017年的產(chǎn)能對(duì)比2016年成長了近30%。這是通過IT技術(shù),讓生產(chǎn)活動(dòng)中的所有信息實(shí)現(xiàn)可視化管理帶來的初步效應(yīng)。
不過,他認(rèn)為,上述這些都還只是起步,“如果要驅(qū)動(dòng)開創(chuàng)性的加速變革,就必須要通過系統(tǒng)之間的信息相互關(guān)聯(lián),建立精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)互聯(lián)體系。”這是他們下一階段要進(jìn)一步推進(jìn)的。
人、機(jī)、數(shù)據(jù)、系統(tǒng) 深度互聯(lián)協(xié)作
在具備了基本的智能化基礎(chǔ)之后,工廠開始從數(shù)據(jù)與信息中進(jìn)行探討與認(rèn)知,并開始規(guī)劃下一階段的挑戰(zhàn)與變革。
“2018年,我們會(huì)讓所有系統(tǒng)信息在整個(gè)工廠運(yùn)作管理流程中實(shí)現(xiàn)相互關(guān)聯(lián),提高工廠直接與間接單位的整體運(yùn)作效能。”劉志騰透露工廠的下一步變革則需要更深層次的信息數(shù)據(jù)技術(shù)與工業(yè)的交融互聯(lián)。
通過質(zhì)量信息、MES信息、SAP訂單需求、設(shè)備OEE等的系統(tǒng)信息互相聯(lián)結(jié),可以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)智能提醒功能,挖掘工廠生產(chǎn)以及管理的精進(jìn)空間,更精準(zhǔn)地進(jìn)行工作任務(wù)的安排,提高各項(xiàng)計(jì)劃的準(zhǔn)確性跟可執(zhí)行性。劉志騰說,2018年,他們要持續(xù)通過信息精煉以及串聯(lián),深化工廠的智慧化管理能力。機(jī)箱廠下一階段的目標(biāo)是提升7%的工廠人力成本效益。
而且,工廠中的信息應(yīng)用,也不應(yīng)該只局限在單一層面,必須要通過不同層面之間的整合鏈接,才能讓信息流形成最大的價(jià)值體系。
比如,接下去工廠計(jì)劃在鈑金制程導(dǎo)入MES,實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)件全制程的MES管理。因?yàn)殁k金制程的生產(chǎn)型態(tài)相較于沖壓而言是“絕對(duì)性的少量多樣化”。目前工廠的自動(dòng)化、智能化團(tuán)隊(duì)正在規(guī)劃利用信息化系統(tǒng),整合生產(chǎn)排程以及料件所需的刀具規(guī)格,感知前一制程的加工進(jìn)度,自動(dòng)分析運(yùn)算,動(dòng)態(tài)分配指定每一臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)加工順序。劉志騰預(yù)計(jì),板金制程的MES導(dǎo)入,可以再提升生產(chǎn)力6%,設(shè)備有效稼動(dòng)提升8%,同時(shí)生產(chǎn)L/T再縮短1天。
劉志騰指出,如果要成功地從傳統(tǒng)制造模式轉(zhuǎn)型,必須通過自動(dòng)化生產(chǎn)方案的幫助,但因?yàn)楫a(chǎn)品少量多樣化的原因,一般的自動(dòng)化生產(chǎn)模式并不一定適用。所以人機(jī)協(xié)作的方案將是其實(shí)現(xiàn)智能化的主要模式。
智能制造的“十字路口”
在這個(gè)數(shù)字化的快速轉(zhuǎn)型期,當(dāng)代傳統(tǒng)制造業(yè)和工廠亟待重構(gòu),“智能工廠”成為工業(yè)轉(zhuǎn)型的重要助力。
IDC國際數(shù)據(jù)公司的統(tǒng)計(jì)顯示,近年來,數(shù)字化轉(zhuǎn)型已在中國制造業(yè)達(dá)成高度共識(shí)。有84.9%的受訪企業(yè)表示,他們正在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型,尤其是利用數(shù)字化技術(shù)和能力來驅(qū)動(dòng)組織商業(yè)模式創(chuàng)新和商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu),引領(lǐng)他們走向智能制造。IDC預(yù)計(jì),到2020年,中國40%的制造企業(yè)將通過供應(yīng)鏈、工廠運(yùn)營、產(chǎn)品與生命周期間的集成獲得新的商業(yè)價(jià)值。
但工業(yè)4.0非一己之力。在傳統(tǒng)價(jià)值鏈下,企業(yè)是生產(chǎn)過程的核心,與供貨商、經(jīng)銷商和客戶之間以產(chǎn)業(yè)鏈上下游的模式相連接。而在工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)下,客戶需求是生產(chǎn)過程的核心,以此為基礎(chǔ)組織和設(shè)計(jì)公司、供貨商、經(jīng)銷商、企業(yè)、售后服務(wù)機(jī)構(gòu)、金融機(jī)構(gòu)等多方參與者的加入,形成平臺(tái)式的網(wǎng)絡(luò)連接模式。工業(yè)4.0需要新的生態(tài)圈,需要工業(yè)企業(yè)打破組織的邊界,與其合作伙伴互聯(lián)互通。
研華針對(duì)工業(yè)4.0智慧工廠的進(jìn)化之路規(guī)劃了四個(gè)階段式的“導(dǎo)入藍(lán)圖”——
第一步,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與省力化,即工業(yè)3.0時(shí)代,強(qiáng)調(diào)機(jī)器的自動(dòng)化。運(yùn)用機(jī)器視覺、機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV),減少對(duì)人力的依賴并實(shí)現(xiàn)精實(shí)生產(chǎn)。
第二步,設(shè)備聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)采集,即透過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及傳感器,可以實(shí)時(shí)采集并傳送數(shù)據(jù),設(shè)備本身狀態(tài)、生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)、生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù),都可以被收集,不再需要透過人力作業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)紀(jì)錄。
第三步,MES整合應(yīng)用與可視化,即將機(jī)臺(tái)與生產(chǎn)信息通過MES制造生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)整合應(yīng)用,顯示實(shí)時(shí)的工廠生產(chǎn)狀態(tài),實(shí)時(shí)進(jìn)行信息分析及可視化呈現(xiàn),以優(yōu)化生產(chǎn)流程。
第四步,大數(shù)據(jù)分析及預(yù)防維護(hù),即將信息實(shí)時(shí)傳送到云端進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,這些數(shù)據(jù)可以預(yù)測出工廠貨料預(yù)備,甚至是與上下游廠商的更緊密合作可能。可以提高生產(chǎn)力,優(yōu)化進(jìn)貨及庫存管理,并減少維修成本。
這其中,數(shù)據(jù)是最大的概念。
因?yàn)椋悄芄S不僅生產(chǎn)產(chǎn)品,更生產(chǎn)“數(shù)據(jù)”。對(duì)于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的善加儲(chǔ)存、處理并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,可以協(xié)助管理者實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)狀況,并通過數(shù)據(jù)還原現(xiàn)場、優(yōu)化流程;而工廠戰(zhàn)情中心將讓工廠的環(huán)境、設(shè)備、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化,管理階層使用數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)決策行為。
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)越來越多的解決方案的推動(dòng)下,新型工廠實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)已是大勢所趨。而轉(zhuǎn)型的過程勢必是漫長而艱難的,需要跨越許多障礙。除了網(wǎng)絡(luò)信息、硬件設(shè)備之外,工廠中的員工也是工廠變革需考慮的重要挑戰(zhàn)因素。在工業(yè)4.0,不僅僅是工廠的進(jìn)化,工人更需要和造運(yùn)營同步進(jìn)化。而當(dāng)前,在數(shù)字化時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)下,只有人機(jī)充分協(xié)作,智能工廠才能有效運(yùn)轉(zhuǎn)。在勞動(dòng)密集型工作崗位能引進(jìn)“智能”解決方案,提升工廠整體員工的技術(shù)水平,為員工打造更為高效、舒適的人性化工廠,是技術(shù)之外,智能工廠承諾踐行的關(guān)鍵。研華在工廠智能化的實(shí)踐中也充分體會(huì)到打造制造生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中人、機(jī)、生產(chǎn)系統(tǒng)之間的協(xié)作的重要性,這樣將在很長一段時(shí)間內(nèi)符合未來制造業(yè)少量多樣化的生產(chǎn)模式。
此外,需要注意的是,數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化串聯(lián)帶來的效益很大,但是也有些新的問題在出現(xiàn)。海量數(shù)據(jù)開始充斥整個(gè)工廠,設(shè)備監(jiān)控OEE、設(shè)備預(yù)防保養(yǎng)PMS、生產(chǎn)執(zhí)行MES、環(huán)境與能耗監(jiān)控EMS、經(jīng)營績效指標(biāo)管理FIMS,這些林林總總的數(shù)據(jù)無一不細(xì)不繁;生產(chǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)用已成為每個(gè)制造行業(yè)要攻堅(jiān)的重要課題。而智能化的目地是用數(shù)據(jù)簡化并取代部份不必要的人工操作,讓信息和數(shù)據(jù)自動(dòng)運(yùn)算、分析與回饋,提供更有價(jià)值,實(shí)時(shí)并有前瞻性的管理訊息,讓管理決策更容易。同時(shí),謹(jǐn)慎保護(hù)自己的數(shù)據(jù)資產(chǎn),注重?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量與監(jiān)管,在對(duì)于智能工廠同樣是至關(guān)重要的課題。
一切都在循序漸進(jìn)中,全行業(yè)都站在智能制造的“十字路口”,變革已經(jīng)開始,我們既要仰望星空,更需腳踏實(shí)地。