智能車間規劃和實施建議

1 應用背景

最近一段時間，筆者幫助不少客戶作了智能車間或數字化車間的規劃，感受各行各業對數字化車間和智能車間的建設熱情很高，一上來就說要建設什麼系統，要達到設計、工藝和生產一體化，物流、信息流和資金流一致等目標。這些都沒錯，但仔細分析，發現這些應該是實施智能車間帶來的效果，徹底做爲目標顯然丟失了智能製造和信息化的「初心」。並且，不少人對信息化理解有誤差，將「信息化」理解成「信息系統的規劃和應用」，其實信息化更是孕育着企業商業模式、生產模式、運營模式、決策模式等的創新和發展，核心依然是產品設計、工藝、生產、供應鏈等業務，而這些信息系統是爲其服務的。

當前，大多數製造類型的企業，尤爲軍工企業，大多都處於「工業2.0」階段，只有一少部分逐漸邁向了「工業3.0」。而這個生產水平，不管數字化車間仍是智能車間建設，都要緊貼企業當前的實際，依然要將生產工藝的改進，產品質量提升，生產效率提高，將落實精益管理做爲重點。

2  智能車間規劃和實施建議

2.1 明確智能製造含義

明確智能製造含義，是首要前提。製造業信息化專家寧振波和趙敏老師提出了智能製造的二十字箴言：狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行、學習提高，來從多方面來定義智能製造，推進其實踐和落地。

智能製造五大方面

1)   清晰的狀態感知：生產過程當中任何變化都被被實時檢測到，並且可以實時量化。這類變化包括資源的變化（如設備工況、物料信息和狀態、人員操做、能耗等變化）、產品質量變化、環境的變化等。

2)   實時數據分析：對獲取的數據，如計劃、產品設計、工藝、質量、物料、設備、工裝刀具、環境等數據，以及產品運營、服務與營銷等活動產生的數據，實時進行大數據分析，造成具備豐富可視化效果的圖表。

3)   實現自主決策：根據大數據分析的結果，進行預測，作出切合實際狀況和發展趨勢的經營和生產決策。

4)   精準執行：經營和生產決策逐級轉變爲設計、工藝、生產、物流、售後等環節的指令，都能獲得精準地執行，彼此節拍協調。

5)   自主學習，不斷提高：經過大數據分析，可以經過專家系統，或者自適應系統進行學習，使整個系統的表現愈來愈「聰明」，表現爲真正意義的智能化。

6)   全生命週期產品質量管理：使用在線檢測技術，開展各個過程（包括產品需求、設計、工藝、生產、物流、售後、能耗等）的產品質量數據獲取，創建產品全生命週期的產品質量追溯系統。

在這幾大方面有所創新和改進，均可以認爲向智能製造的方向邁進。

2.2  迴歸初心

迴歸初心，就是迴歸智能製造最終的目標是什麼，確定不是上一堆的智能硬件，部署不少信息化軟件，目標的落腳點仍然是「製造」二字，即智能車間的建設和應用是爲生產服務，充分體現精益，即提升生產效率，改進質量，縮短交貨期，適應多種小批量的柔性定製生產。

業內專家常常說，我國製造的現狀和發展思路是「2.0補課，3.0普及，4.0示範」。工業2.0主要補自動化、數字化、網絡化等軟硬件裝備。工業3.0的重點是普及精益生產，以及人員素質、企業管理水平的提升等。當前，不少企業生產水平遠沒達到精益生產的要求，所以，頗有必要經過硬件裝備更新，信息化軟件和手段的應用，推進精益生產的落地，達到如下幾點目標：

1)     生產計劃的科學性：經過計劃的制定和分解、下發、執行進度反饋等進行閉環，實時報警或提醒，及時處理計劃變動和插單，經過對生產計劃的柔性調整來適應多品種小批量生產模式下的車間做業，提升製造資源的利用率。

2)     生產過程的執行管控與可視化：按照標準的工藝路線進行加工和流轉，並在過程當中經過質量記載完成質檢信息的記錄，經過調測設備運行參數等信息，監控生產工過程重要的工藝參數的變化，達到生產計劃、製造執行、質量記載、工藝參數等完整的製造過程追溯，實現可視化化管理、信息最大程度透明化。

3)     實現真正意義的「流」生產：經過現場調度和管理，確保物流與信息流時刻保持一致。

4)     構建完整的質量管理體系：創建質量控制、質量數據收集、質量追蹤的質量管理平臺。實現產品製造全過程的質量管控與追蹤以及過程統計分析。完善產品設計和生產製造過程，實現質量管理PDCA閉環管理。

5)     實現生產輔助決策分析：肯定物料採購週期，合理分配計劃，減小非增值勞動，提高產品質量，改進生產效率等提供分析依據。

2.3 生產現場分析

迴歸初心就是要聚焦點集中在生產自己進行分析，尋找生產的優化點和提高點。例如：

1)      明晰智能化產品，定義產品的屬性、功能等，肯定符合哪些特徵的產品能在智能車間的生產線上生產，將全部產品部署到智能車間生產對絕大多數企業來說，是個長期的過程。同時，須要肯定智能化產品須要的工裝以及檢驗方法，是否須要自動化？

2)       車間生產佈局是否須要改進，是否利於新品生產，利於開展生產創新？

3)       肯定生產主模式，是柔性仍是脈動，體現拉式生產？

4)       生產過程當中採集什麼數據，它能帶來什麼價值？

5)       物流如何規劃，車間物流通道是否利於物料和半成品流轉，是否利於RFID、AGV、自動化輥道等技術手段應用？

6)       生產工藝哪些工序是瓶頸，有無改進的可能，提升要依賴哪些方面，是否要實現數字化？

7)       生產哪些環節自動，自動解決什麼問題？人工參與哪些環節，爲何人工參與，不參與帶來哪些問題？並且要考慮綜合成本。

8)       質量改進方面，如何採起手段不會裝錯，漏裝；對關鍵工序、關鍵零部件實現必定意義的在線檢測？生產質量目標有哪些提高？

9)       提高生產效率，須要分析哪些生產過程數據，分析方法有哪些？

以這些問題爲線索，對產品技術、工藝和生產的各個環節進行創新性思考和分析，才能把握住智能車間建設的實質。

2.4     肯定建設目標

基於生產現場進行全面分析後，就明白智能車間建設的必要性、生產的優化點和提高點，明確智能車間的建設目標，核心是生產創新、產品和工藝的改進，肯定建設的具體內容，產生哪些真正的效益，也就理解了建設內容之間內在的邏輯性和必然性。例如，對機加車間來講，將機牀數據採集不只僅停留在MDC系統提供的支持上，還可進一步精細化機牀採集數據，如主軸電流和功率，進刀量和刀具轉速，並與NC程序運行結合起來，來優化NC程序編寫。對裝配車間來講，更要肯定生產線建設是「柔性」的，仍是「脈動」的，這與產品的特色嚴格相關，產品裝配哪些環節能優化成自動操做，哪些環節須要人工參與和閉環等。

2.5     明晰建設思路

智能車間建設思路沿着「智能單元-->智能生產線-->智能車間」，逐步建設，突出試點和示範，摸索經驗。

1)       智能單元：完成關鍵工序、瓶頸工序和重要工序。根據生產任務須要，經過採集和分析物料、設備、質量數據，實現特定的複雜、聯動的生產操做要求，對智能工裝、工藝優化、人工參與程度等進行嘗試和摸索。

2)       智能生產線：多個智能單元拼成生產線，覆蓋特定產品生產的全部工序或主要工序。智能生產線實時存儲、提取、分析與處理工藝、工裝等各種製造資源數據，以及設備運行參數、運行狀態等過程數據，據此進行故障診斷、維護報警等行爲。同時，摸索產線內不一樣設備的協同關係，可根據不一樣的生產需求，對物料、工裝、生產方案等進行實時優化與重組，優化配置產線內生產資源。它是智能車間的建設關鍵。

3)       智能車間：打造多條智能生產線，完成多種產品的智能生產。

2.6     信息化系統規劃與建設

將智能車間建設定位於生產製造，圍繞車間現場生產和工藝的佈局進行分析，肯定出建設目標，沿着從簡到繁的思路進行建設，就可明晰信息化規劃，並進行配套設備的選型。現以某企業智能車間的規劃來舉例說明。

其中：

1)       梳理產品數據，打好基礎。肯定在智能生產線須要生產的產品以及對應的產品工藝，這些產品具備典型的生產工藝、產品尺寸和體積。梳理出這些產品數據、產品工藝、BOM及其結構下的物料信息（如物料編碼、物料名稱、型號/規格等），造成產品生產的主數據，並確保在整個企業範圍內保持一致性、完整性。這一步基礎建設尤爲關鍵。

2)       數字化立體庫房：依靠二維碼或RFID識別等技術，控制存取機器人在倉庫內的升降、移動和抓取，實現物料的高效快速地存取與精細化存儲。

3)       智能物流系統：利用先進的數據採集技術、智能搬運技術、無線通訊技術等實現對物流信息進行採集、傳輸、加工、存儲和監控，可以對整個生產線上每一個環節進行全程的記錄，實現全面物流管控。

4)       視頻監控系統：藉助攝像頭拍攝的視頻，進行生產區域進行監控和管理，及時發現問題進行報警等。

5)       智能數據採集系統：針對智能物料、設備、各種控制系統的不一樣，靈活選取採集驅動模式，直接讀取設備和智能物料在加工、控制和檢測過程當中的生產和質量數據，設備運行狀態和參數等；並根據用戶須要，對數據進行實時分析、存儲和輸出和可視化管理。

6)       質量在線檢測系統：動態測量正在生產線上產品質量數據，來判斷產品的生產和裝配的過程當中的質量，及時發現問題及時解決。

7)       智能MES系統：圍繞車間產品材料庫存、資源管理、質量管理三條主線進行生產計劃管理、高級排產、車間執行管理，並伴隨工序進行開展相應的質量檢測，以及物料、半成品和產品的自動物流配送等，實現車間生產高效、質量可靠保障、成本有效控制的機制，造成車間製造與管理閉環。

8)       現場集成監控系統：經過對生產現場的設備狀態、生產進程、維護狀況等進行數據採集、傳輸、分析處理，完成設備運行狀態監控、現場環境監控、生產現場異常監控等，若條件容許，能夠考慮進行沉浸式虛擬製造場景展現。

3  結束語

    經過對以上分析，核心建議就是：結合企業生產發展示狀，圍繞採購、產品技術、工藝、生產、銷售等各個環節進行紮實分析，開展生產、運營、決策等模式的創新，實現真正意義的精益生產，才能把握住智能車間建設的方向。

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