德國工業4.0的精髓,國內大多數企業都理解錯了! 2017-04-21

德國工業4.0的精髓,國內大多數企業都理解錯了!

2017-04-16 

 

工業4.0應用技術

1.柔性生產

該生產系統所要實現的目標是使生產實現最大的柔性化。自動化和信息化是實現柔性定制個性化生產的手段。

上圖中,AGV小車將毛坯推入代加工區域,而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的,按照頂點順序進行排列,符合JIO理念。而JIO(Just In Order)是繼JIT(Just In Time)準時制生產的基礎上提出的,要求供應商不僅應按時將零部件送抵生產現場,還要求不同規格零部件的順序按照要求排列,以便滿足混線生產的要求。這樣不同型號的產品在裝配時,不會因為零件順序錯落而發生裝配錯誤的問題。豐田的JIT只適合單一產品的大批量生產,而JIO則是混線生產,柔性製造模式所必需的供應鏈運作機制,是生產模式的變革。

目前國內的自動化項目都號稱4.0,但絕大部分無法實現柔性製造。所以在筆者看來,中國企業談4.0只是按照自動化集成去理解,並沒有真正領會生產模式變革的意義。

2. 數據追踪

在產品的整個生命週期中會產生很多數據,即所謂的大數據。製造商需要能夠利用這些數據對產品進行跟踪,以了解產品的狀態。比如某個客戶購買的某產品中的某個零件出了問題拿到售後服務部門去維修,這時生產廠應該能夠知道這個零件的供應商是誰,哪個生產環節中的哪個人應該對此負責,併計算出損失。相關的技術和軟件產品(PLM/PDM,ERP, CRM, SCM等)早在幾乎20年前就已經非常成熟,相對欠缺的是生產環節的大數據處理。儘管也有相對成熟的解決方案,如MES(製造執行系統),SCADA(現場數據採集系統),APS(先進生產計劃系統)等,但是由於缺乏強大的車間級管理系統去協調各生產設備,生產車間的自動化和信息化層始終存在著難以打破的屏障,原因很多此處不展開討論。而視頻中的生產系統則採用相對簡單和獨立的軟件系統,在設備層實現了對生產數據的集成和管理。

 

首先機器人通過專用的檢測設備對入庫毛坯進行全檢,再掃描條形碼,根據讀取的產品信息自動調用加工程序(NC代碼由產品設計數模自動生成),並自動調整支撐夾具的位置,以適合零件的尺寸。加工完畢後,由於條碼在加工過程中被破壞掉,所以再次貼敷條碼,並更新產品生產數據,記錄設備運行數據,將這些數據通過現場總線傳入上位機的生產管理/監控系統。

由於每個零件上都有條碼,每個條碼對於正確的程序,所以不論來料按何種順序排列,加工過程是不會出現問題的。也就是說生產管理調度軟件和生產設備之間是相互獨立運行的,就算生產調度出了問題,也不會造成生產程序調用錯誤。而即便產品信息和加工數據在對應上出現問題,機器人的入庫檢測信息也會與程序信息進行比對,不會出現加工廢品(即可能用較大尺寸的毛坯加工出小尺寸產品,而不會出現小尺寸毛坯調用大尺寸產品加工程序的問題)。

  

 

所以說,當我們評價工業4.0或工業互聯網,物聯網方案先進性的時候,不應只看技術實現的手段,不要去較真條形碼,二維碼,RFID哪個技術更先進,而更應該關注這些生產數據所支持的智能生產的運作機制。

3. 工序集中

整套生產系統集中了每一個產品從入庫到出庫的全部工序,與以往生產單元的概念有所突破,除了機械加工和上下料以外,該系統集成了自動檢測,工裝夾具調整(柔性工裝) ,生產訂單管理等功能。機加工序之後基本上直接進噴漆車間後就可以出廠了。

在生產戰略規劃上,該企業並沒有搞垂直整合,而是把附加值最高的定制化加工留給了自己,利潤薄,污染環境的上下游工序統統外購或外協。

 

4. 優化設計

從產品開發邏輯上講,產品設計決定了生產工藝,而生產工藝決定生產設備。當我們談論工業4.0或智能製造的時候,通常只關注到設備或軟件,而往往忽視了方法(工藝),更不會去在意設計(概念)。

產品設計從一開始不但決定了產品本身的價值,也決定了大部分的生產成本。以該瑞士製造商為例,由於產品為定制化設計,所以在安裝時需要服務人員在客戶現場進行安裝,而由於瑞士的人工成本極高,所以在設計時就必須充分考慮到組裝的便捷性,即DFA(Design For Assembly)。說得更通俗些,這種木門的最終安裝實際上和組裝宜家家具是一樣的,但是安裝的複雜程度和精度要求要更高,安裝時也需要更專業的工具。然而如果按照中國木匠打家具的方法,實地測量尺寸再鋸斷合適長度的木料,再釘釘子等等,那麼瑞士的這套木門成本會極高。所以就要求在設計之初就要求便於快速組裝,而且具有一定的通用性,小型功能零件盡量採用標準件,只是在門板樣式和規格上體現個性化差異。

這種產品設計既要保證便於個性化定制生產,也要合理降低製造成本,便於安裝維護。所以說,一套體系化的產品設計理念和產品開發平台才是成功實現工業4.0轉型最基本的前提。

產業變革的趨勢

1.沒有夕陽產業只有夕陽觀念

在中國人眼裡,木門生產絕對是落後的傳統製造業,沒有利潤,沒有科技含量,沒有發展前途。但是這個工業4.0項目卻落地在全世界工業技術水平最高,人工成本最貴的瑞士。可見先進的智能化製造系統是完全可以彌補人力成本的劣勢,而傳統製造業向發達工業國回流也確實正在發生。中國的製造企業必須有所作為才能避免在這次工業革命中被淘汰。

2. 柔性智能生產系統增大利潤空間

製造成本是相對概念,當產品價值足夠高時,那麼製造成本就可以忽略不計了。視頻裡的瑞士公司通過投資智能製造設備,首先在戰略上實現了定制化生產,使得產品本身的價值大幅提高,而全自動製造系統免去了人工成本,並且整個設備佔地非常小卻可以實現以往一個工廠的全部工序,使得土地成本構成的比重大幅下降。

通常我們認為中國的土地和人力成本很低,因此製造業優勢明顯。但是一旦發達的工業國紛紛採用柔性智能無人/少人生產系統來實現工業4.0革命,那麼未來製造業的利潤-成本構成將發生極大的變化:土地,人力,能源等資源相關的因素在生產成本中所構成的比利將大為降低,智能設備的技術折舊以及僱用高端技術和諮詢人員的將成為未來主要的成本。所以,如果不增加在知識和技術上的投入,中國製造業將面臨毀滅性的打擊。

企業看工業4.0往往只看到了相關技術的先進,看到了不足,但是缺乏合理的方法論去實現轉型升級。中國企業要轉型升級,首先要看懂製造業的發展趨勢,在整理出合適自己的新的運營模式,再根據這個模式有所取捨地規劃企業轉型升級的途徑和戰略。只要中國的製造企業多一些理性,少一些浮躁,以中國人的聰明才智總可以找到合適自己的轉型升級之路。

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