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從精益制造角度看產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

時(shí)間:2019-05-05 14:33:47來源: 貝加萊工業(yè)自動(dòng)化(中國(guó))有限公司

導(dǎo)語:?無論我們討論何種的生產(chǎn),精益思想對(duì)于工廠而言是基線,精益就關(guān)乎“質(zhì)量”、“成本”、“交付”三個(gè)核心話題,一切都圍繞這三個(gè)生產(chǎn)的核心話題而展開,經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,精益制造已經(jīng)成為全球優(yōu)秀的制造商所共同執(zhí)行的運(yùn)行管理體系。

   無論我們討論何種的生產(chǎn),精益思想對(duì)于工廠而言是基線,精益就關(guān)乎“質(zhì)量”、“成本”、“交付”三個(gè)核心話題,一切都圍繞這三個(gè)生產(chǎn)的核心話題而展開,經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,精益制造已經(jīng)成為全球優(yōu)秀的制造商所共同執(zhí)行的運(yùn)行管理體系,因?yàn)楸仨毚_保穩(wěn)定可靠的生產(chǎn),然后才能談到數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級(jí),因此,我們必須讓技術(shù)回歸制造的本質(zhì),在這個(gè)基礎(chǔ)上探討產(chǎn)線設(shè)計(jì)。 

應(yīng)對(duì)個(gè)性化生產(chǎn)的難題

   智能制造正在成為產(chǎn)業(yè)聚焦的熱點(diǎn)話題,就目標(biāo)而言,智能制造要解決“個(gè)性化需求”和“成本效率”不斷提升的問題,歸結(jié)起來,主要聚焦了幾個(gè)問題:

  (1)通過軟件定義智能來讓機(jī)器與產(chǎn)線來適應(yīng)變化的需求;

  (2)通過對(duì)生產(chǎn)全局?jǐn)?shù)據(jù)的分析來優(yōu)化生產(chǎn)效率;

   無論對(duì)于“標(biāo)準(zhǔn)流水線”還是“大規(guī)模定制”而言,企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力都來自于質(zhì)量、成本與交付能力,因此,對(duì)于產(chǎn)線投資者而言,穩(wěn)定的高品質(zhì)生產(chǎn)才能真正讓企業(yè)獲得生產(chǎn)的“增值”,從而長(zhǎng)期獲利。

    第二個(gè)問題容易理解,今天通過工業(yè)互聯(lián)技術(shù),可以將原有的單機(jī)生產(chǎn)進(jìn)行連接,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸,但是,第一個(gè)問題卻會(huì)遇到瓶頸,因?yàn)闄C(jī)械的“剛性”使得要獲得生產(chǎn)的“柔性”成為難點(diǎn),產(chǎn)線在自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃下實(shí)現(xiàn)了根據(jù)工藝建模而能夠適應(yīng)變化生產(chǎn)的能力,但,卻需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠勝任這樣的變化,那么,傳統(tǒng)的產(chǎn)線就成為了瓶頸。

    評(píng)估產(chǎn)線投資效率的關(guān)鍵指標(biāo)是“OEE”,這個(gè)對(duì)于大部分的EndUser而言都極為關(guān)注,另外,產(chǎn)品上市時(shí)間(TimetoMarket)和投資回報(bào)(ReturnofInvestment)都是關(guān)鍵的評(píng)估指標(biāo)。

回歸本質(zhì)-生產(chǎn)評(píng)估

    如果我們?nèi)匀谎永m(xù)傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式,那么,你想達(dá)到高品質(zhì)的生產(chǎn)就沒有那么容易,圖1是關(guān)于OEE計(jì)算的關(guān)鍵,我們可以看到OEE影響因素并結(jié)合控制工藝來分析如下幾個(gè)方面:

    (1)質(zhì)量(Quality):質(zhì)量影響包括了開機(jī)/關(guān)機(jī)浪費(fèi),由于參數(shù)調(diào)校進(jìn)入穩(wěn)態(tài)有一個(gè)過程,生產(chǎn)中的浪費(fèi),如控制效果不穩(wěn)定帶來的不良品。

    (2)性能(Performance):影響機(jī)器性能的因素包括如機(jī)械磨損帶來無法高速運(yùn)行,相當(dāng)于機(jī)器帶病運(yùn)行,效率不高。暫停也肯能因?yàn)闄C(jī)器的電氣不穩(wěn)定、干擾等都會(huì)影響性能。

    (3)可用性(Availability):對(duì)于小批量、多品種,產(chǎn)線的換型在精益中是不增值的,因此,這個(gè)環(huán)節(jié)就會(huì)降低可用性,而快速的換型才能降低這方面的損失,宕機(jī)則是因?yàn)闄C(jī)械、電氣的故障會(huì)讓生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。

圖1-OEE是評(píng)估產(chǎn)線綜合投資效率的關(guān)鍵指標(biāo)

個(gè)性化并非易事

    了解了OEE這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)“個(gè)性化”實(shí)際上對(duì)于生產(chǎn)而言,會(huì)帶來很多挑戰(zhàn):

   (1)開機(jī)損失:如果頻繁的換型,那么,開機(jī)浪費(fèi)就無法解決,由于訂單變小,而開機(jī)浪費(fèi)是固定值,那么,這個(gè)就會(huì)帶來不良品率的提升,因?yàn)榉帜缸冃×恕?/p>

   (2)設(shè)置與調(diào)校:因?yàn)轭l繁的換型,所需的調(diào)校時(shí)間使得設(shè)備的可用性大幅下降,原來每周更換一次模具、調(diào)校機(jī)械,對(duì)于個(gè)性化可能每天都需要數(shù)個(gè)小時(shí),那么設(shè)備的“增值”加工時(shí)間就會(huì)變小。

傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)線帶來的柔性瓶頸

    除了換型帶來的品質(zhì)和可用性損失,傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)線還存在以下問題:

圖2-傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)線由鏈條或皮帶傳輸

(1)機(jī)械磨損:由于傳統(tǒng)采用機(jī)械鏈條或皮帶傳送,往往由于齒輪等的磨損會(huì)導(dǎo)致精度不足,并使得機(jī)器無法高性能運(yùn)轉(zhuǎn),帶來了減速與維修保養(yǎng)暫停的損失。

(2)不能靈活調(diào)整:包括傳統(tǒng)傳送采用了具有低速特性不足的感應(yīng)電機(jī),或者采用分度盤等方式的組裝加工過程,這帶來不能高速平穩(wěn)來實(shí)現(xiàn)調(diào)整,尤其是分度盤由于機(jī)械慣量較大,也不易于高速的生產(chǎn)。

(3)不能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化調(diào)整:機(jī)械分度盤因?yàn)橥鶠榕考庸ざO(shè)計(jì),其工位的間距、移動(dòng)的速度都不能輕易更具變化而調(diào)整,這就是使得對(duì)于新的生產(chǎn)往往要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng),測(cè)試驗(yàn)證,這些都會(huì)使得整體產(chǎn)線的可用性不能保障。

(4)大量的緩沖區(qū)設(shè)置:由于機(jī)械輸送往往不能在產(chǎn)線間最佳的匹配,導(dǎo)致高速部分和后道需要建立緩沖區(qū),這些緩沖區(qū)往往占用較大的工廠面積。

(5)復(fù)雜的維護(hù):由于機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此,往往需要大量經(jīng)驗(yàn)豐富的維護(hù)人員,以確保產(chǎn)線穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。

    綜上一些原因,機(jī)械輸送系統(tǒng)的制造產(chǎn)線無法實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)整,使得整個(gè)OEE較低水平,而在個(gè)性化生產(chǎn)的需求下,這些問題更為突出。

柔性電驅(qū)技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而生

    為了應(yīng)對(duì)更為個(gè)性化的生產(chǎn)需求,新一代的產(chǎn)線設(shè)計(jì)技術(shù),柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,如圖3是ACOPOStrak的產(chǎn)線規(guī)劃圖,ACOPOStrak采用了長(zhǎng)定子直線電機(jī)技術(shù),滑塊裝載被加工對(duì)象運(yùn)行于軌道之上,這些與軌道采用“非接觸”的,可以理解為“磁懸浮”列車,其上的滑塊采用電磁方式,這使得動(dòng)子的間距、運(yùn)行速度、加速度可以根據(jù)軟件定義而調(diào)整,解決了柔性制造中傳統(tǒng)機(jī)械的“剛性”,使得整個(gè)產(chǎn)線變得柔性。

圖3-ACOPOStrak柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)

    另外,在ACOPOStrak中的軌道設(shè)計(jì)形式多樣,可以是多種角度的,如圖4,它可以構(gòu)成非常靈活的產(chǎn)線,基于高精度的軌道機(jī)械耦合設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)“匯流”和“分流”,這往往對(duì)于下面一些場(chǎng)景特別合適:

(1)多個(gè)產(chǎn)線的產(chǎn)品混合到一個(gè)主線來組合裝配,如電子制造業(yè),或者混合包裝如食品飲料工業(yè);

(2)一個(gè)高速產(chǎn)線分給多個(gè)后道單元進(jìn)行分流加工,或者分道到不同的區(qū)域進(jìn)行不同的產(chǎn)品組裝或包裝。

(3)專用的維修站/更換夾具站:通過視覺或其它檢測(cè)方式的不良品可以被送到一個(gè)專用的通道進(jìn)行處理,或者,這個(gè)通道也可以作為工裝夾具更換時(shí)的工作站。

圖4-靈活的產(chǎn)線組織

柔性電驅(qū)技術(shù)對(duì)于OEE的提升

    柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)如貝加萊的SuperTrak/ACOPOStrak,如圖5,帶來了一些顛覆式的產(chǎn)線設(shè)計(jì),包括幾個(gè)方面對(duì)產(chǎn)線能力的提升:

圖5-柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)帶來的好處

  (1)熱插拔:快速的更換工裝夾具,并且這個(gè)更換可以在當(dāng)前產(chǎn)線進(jìn)行時(shí)在固定區(qū)域進(jìn)行;

  (2)數(shù)字孿生(DigitalTwin):這項(xiàng)技術(shù)可以讓運(yùn)行中的新的生產(chǎn)組合可以在虛擬的環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,即,可以在軟件中對(duì)目前的滑塊數(shù)量、速度、間距、位置、加速度/加加速度特性進(jìn)行模擬仿真,以確保快速的換裝后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)過程。如圖6,數(shù)字孿生會(huì)讓產(chǎn)線的設(shè)計(jì)更為快速,降低投資風(fēng)險(xiǎn),尤其是對(duì)新產(chǎn)線進(jìn)行驗(yàn)證,這在過去是一個(gè)非常耗時(shí)的過程,而由于電-磁-軟一體化,這項(xiàng)工作現(xiàn)在也變得更為容易。

圖6-通過數(shù)字孿生提前驗(yàn)證產(chǎn)線工藝可行性

(3)變軌技術(shù):使得生產(chǎn)更為靈活的調(diào)整,這些調(diào)整僅需參數(shù)設(shè)置即可,而無需對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整,與傳統(tǒng)的分度盤、皮帶鏈條傳輸而言,這項(xiàng)技術(shù)專為“柔性”的制造而設(shè)計(jì)。

(4)協(xié)同工作:采用電-磁-軟一體化的設(shè)計(jì),可以使得軌道與機(jī)器人、其它工藝設(shè)備如包裝機(jī)、注塑機(jī)、貼片機(jī)等進(jìn)行協(xié)同工作,通過總線可以實(shí)現(xiàn)極高的同步。

(5)靈活調(diào)整:這些快速的滑塊調(diào)整不僅可以在虛擬環(huán)境中模擬,在現(xiàn)實(shí)中也可以隨意調(diào)整,這使得換型變得更為靈活。

提升個(gè)性化生產(chǎn)中的產(chǎn)線OEE

     綜上所述,柔性電驅(qū)輸送系統(tǒng)可以為OEE帶來多個(gè)方面的提升:包括更快速的換型時(shí)間,更為可靠的生產(chǎn)品質(zhì)、更低的產(chǎn)線停機(jī)風(fēng)險(xiǎn),總體而言,它會(huì)大幅度提升產(chǎn)線OEE,這就意味著,產(chǎn)線能夠在個(gè)性化較大的情況下仍然保證高品質(zhì)、低成本和快速交付能力。

縮短TimetoMarket和ROI

    除此之外,在縮短面市時(shí)間方面,柔性產(chǎn)線也有大幅提升空間:

    --在產(chǎn)線投入前的驗(yàn)證,如前所述,數(shù)字孿生技術(shù)可以在產(chǎn)線投入前進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并且對(duì)運(yùn)行的產(chǎn)線也可以進(jìn)行新的換型后的生產(chǎn)驗(yàn)證,這確保了投資安全,也對(duì)于傳統(tǒng)產(chǎn)線在大幅產(chǎn)品更換時(shí)的重組,帶來了投資安全。

   --高OEE即會(huì)獲得高ROI,這就是精益的思想,一個(gè)高性能的產(chǎn)線,能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的幫您的工廠高品質(zhì)的生產(chǎn)產(chǎn)品,這就是高投資回報(bào)的產(chǎn)線。

   柔性電驅(qū)系統(tǒng)是為應(yīng)對(duì)“個(gè)性化”生產(chǎn)時(shí)代的產(chǎn)線高投資回報(bào)而設(shè)計(jì),請(qǐng)您關(guān)注貝加萊,在2019年3月28日的深圳機(jī)械展上,貝加萊的ACOPOStrak將隆重出展—這是該產(chǎn)線第一次對(duì)外公開亮相,歡迎光臨貝加萊展臺(tái)。

展臺(tái)號(hào):7H37

關(guān)于貝加萊

    貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè),2017年7月,貝加萊成為ABB集團(tuán)全球機(jī)器與工廠自動(dòng)化業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力,為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶提供機(jī)器與工廠自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)如OPCUA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強(qiáng)大的AutomationStudio軟件開發(fā)環(huán)境,貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來。貝加萊保持持續(xù)的創(chuàng)新精神,為客戶提供更為簡(jiǎn)化以及超出預(yù)期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。

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