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個性化定制 大數據預測 智能化排產柔性生產開啟中國智造新模式

來源:互聯網2021-03-02

圖為一汽紅旗工廠的焊裝生產線,該生產線高度自動化,可實現多種車型的柔性化生產。(資料圖片)

最近,家住北京市大興區的李女士想給新家購置一臺洗衣機。在家電市場逛了一圈之后,她發現,專柜里的成品有些功能合適,可樣式自己不喜歡;有的外觀讓人滿意,可性能又不稱心。看來看去,最后她決定,干脆定制一臺。

“廠家生產什么就只能買什么”,相較于過去這種標準化、批量化的生產消費模式,近年來,消費者對于個性化、定制化產品的需求日益增強。在傳統的規模化工業生產模式中,由于批量越大、生產效率越高,因而生產線相對固定單一,很難滿足不同客戶個性化、小批量的訂單需求。隨著工業4.0時代的到來,“互聯網+”為制造業帶來更多可能。工業互聯網、數字技術、人工智能改變著傳統工業的生產與管理方式,讓“個性定制”“一件起訂”的柔性化生產模式變為現實。

工信部日前發布的《工業互聯網創新發展行動計劃(2021-2023年)》提出:“鼓勵消費品、汽車、鋼鐵等行業企業基于用戶數據分析挖掘個性需求,打造模塊化組合、大規模混線生產等柔性生產體系,促進消費互聯網與工業互聯網打通,推廣需求驅動、柔性制造、供應鏈協同的新模式。”一些業內人士表示,作為智能制造的重要內容,隨著工業互聯網應用的深入,柔性制造將成為制造業未來發展的驅動力。

1 一條生產線可生產十幾種產品,一件起訂快速完工

消費者通過移動終端選擇產品所需的顏色、形狀、規格,直接下單到海爾全球的供應鏈工廠;自動化生產線上,機器人抓取零部件組裝制造,上萬傳感器實時傳輸各項生產數據……在海爾的互聯工廠,來自世界各地的個性化定制訂單在此匯聚,傳統的大規模制造變為了以用戶體驗為中心的大規模定制。

作為中國著名的家電企業之一,海爾在幾年前就開始打造自己的互聯工廠體系,并建立了全球首家引入用戶全流程體驗的工業互聯網平臺,打通供需兩端,實現了“用戶需要什么,企業就能夠提供什么”的柔性制造。

柔性制造,是智能制造的重要內容之一。過去,一條生產線一般只能生產一種規格的產品,而且考慮到生產成本,一件產品要達到成百上千的起訂量工廠才會生產。如果要生產定制產品或者接小訂單,成本就會增加。如今,生產線經過升級改造,具有延展性。依托大數據、智能化技術,生產各環節實現了高效模塊化拆解、可以進行不同的排列組合,一條生產線能夠同時生產十幾種產品,降低了企業的運維成本。在產品質量、生產成本不變,工期也不延長的情況下,可在大批量生產和小批量生產之間切換,哪怕是10件的訂單也能快速完工。同時,疫情期間,面對口罩、護目鏡等防疫物資的巨大需求,許多企業正是通過柔性制造的方式實現了快速轉產,保障了防疫物資的供應。

受市場的影響,近年來,大到汽車、家電,小到服裝、食品等,都有柔性制造的現實需求。國內一家飲料集團的負責人曾在采訪中表示:“每個人有他自己不同的需求,比如我,可能喜歡粉紅色的瓶蓋,綠顏色的內容物,這些怎么去做出來呢?這就要對我們企業的供應鏈體系有一個很大的跨越或創新。”

有關專家表示,柔性制造不僅是技術能力的提升,也是生產管理理念的革新。隨著人們物質文化生活水平的提高,消費者追求的不僅僅是產品的品質,還有個性化、差異化、限量版。面對這樣的市場需求,生產企業一次接一兩萬件訂單、一個月做完的剛性生產策略必然要向一次接手幾十件甚至一兩件訂單、幾天做完的“小單起訂、快速反應”模式轉變。

“過去是‘埋頭干’制造,憑經驗生產,現在通過給消費者畫像、銷售數據分析來驅動制造。”浙江溫州一家制鞋企業將生產線升級成模塊化布局的柔性生產線后,一旦預測到爆款,“哪怕50雙鞋都可接單,最快7天就能出貨,生產變得更加彈性高效。”

2 大數據預測消費需求,生產端數字化,全過程可跟蹤

位于安徽省宿州市的阿里巴巴犀牛智造產業園是一家主打服裝的產業園。與很多人印象中不需要高端技術、眾多工人在生產線上忙忙碌碌的服裝制造場景不同,這里的生產實現了全鏈路數字化、智能化、云端化。

犀牛智造平臺運用云計算、物聯網等技術,為工廠裝上了“智慧大腦”;工廠內的每塊面料都有自己的“身份ID”,設備之間實現互聯。從面料裁剪到縫制、出廠……各個環節都有相應的數據可供全鏈路跟蹤。依托這些數據,工廠具備了柔性換產、一鍵插單、智能排產、快速生產的柔性制造能力,實現了100件起訂、7天交貨的“小單快反”。

實現柔性生產,離不開數字化驅動。生產的基礎,就是數據。

在產品開發環節,一些企業用大數據分析預測消費者的需求變化,通過數字化智能評估實現“以需定產”。在產品生產環節,生產端也邁入數字化:物聯網傳感器遍布企業的各個生產設備,收集全生產鏈條的實時數據,再通過整合來自供應商和客戶的數據信息,實時掌控供應鏈上下游各個環節的所有流程。5G網絡讓海量數據得以快速傳輸,這些數據傳輸到工業互聯網平臺,通過大數據分析進行處理,人工智能依托數據進行智能決策,最終制定出最佳生產方案。

在一汽紅旗國內首個新能源汽車工廠,高柔性生產線使工廠實現了從傳統燃油車到新能源汽車的多品種混線生產,并預留了擴能空間。

“以前一條生產線所能生產的車型是有限的,有可能每個生產線的生產量都不飽和。現在生產線對生產的車型沒有限制,極大降低了運營成本。”一汽集團工程與生產物流部副總經理張曉勝介紹,“一條生產線生產不同的車型要切換不同的資源,這需要我們收集生產計劃數據以及車型、工裝、夾具等的數據。相當于是把整個業務場景數字化,形成大數據,這些數據積累越多,就越準確,之后,我們再用這個數據去指導業務生產。”

據張曉勝介紹,依托數字化技術,工廠實現了對生產線上設備的預測性維護。“我們給設備上那些容易損壞的配件裝上數據傳感器,設備運行過程中,配件的溫度、電流、電壓還有振動幅度等數值都被實時采集,我們通過分析這些數值的波動曲線,可以提前三個月預測到問題,不會在設備生產中出現需要更換配件的問題。”

流水線上的每一輛汽車也實現了全流程可監控。“我們的每輛車都有一個專屬二維碼,在生產過程中,每一環的信息都會錄入二維碼中,上傳到智能平臺系統里,工作人員能清楚地知道每一輛車在車間哪個位置,庫存有多少。包括車的質量信息,比如說輪胎上螺栓擰緊的力矩值,線與線之間的連接情況,這些數據都要進行上傳。”張曉勝說。

3 系統智能化排產,機器人協作辦公,自動化保障高效柔性生產

在三一重工集團的柔性生產智慧化工廠,一塊鋼板華麗變身為一個精密零部件,這其中所有預約、配送和上下料的過程,均由系統和機器人自動完成,無須人工干預。

“生產指令下達后,鋼板通過自動吊裝系統被輸送至對應機臺,實現自動套料和自動切割;切割好的鋼板被智能行車輸送至自動分揀輸送線,3D視覺識別后,機器人任意抓取工件放到料框中;料框滿框后,自動運輸裝置將料框輸送至下一工位等待加工;之后,裝有3D視覺系統的機器人抓取工件送至對應的成型設備自動加工,合格的零件就可以直接入庫待用。”三一重工集團泵送事業部智能制造所所長饒有福表示。

國際生產工程研究協會指出,柔性制造系統是一個自動化的生產制造系統,在最少人的干預下,能夠生產任何范圍的產品族。在定制的情況下,每筆訂單的產品參數可能都不一樣,若完全依賴人工,不僅工作量巨大,也很容易出錯。因此,設備和生產線的自動化是實現快速、高效柔性生產要求的重要保障。

把客戶的個性化訂單轉成批量化工單,是柔性制造的重要一環。為此,不少企業上線了智能化系統,可綜合客戶交付要求、生產資料準備情況等,進行高效的智能化排產、智能化派工。即便生產線上有上百種產品,每一種只有一兩件的需求,系統也能對其進行最優分解組合,保證生產有條不紊。

饒有福表示:“三一重工集團的智慧化工廠配備了企業自主研發的智能化生產管理系統和APP,可進行智能排程、智能派工、制造執行、質量預測、倉儲配送、設備互聯、6S監控等。”

大量智能協作機器人的使用也極大提升了柔性生產的效率。在三一重工集團的智慧化工廠,多機器人集成協作智能指揮系統可指揮30余臺機器人協作工作,完成千余件、百種形物料的自動切割、分揀、碼垛、成型、入庫。工廠的500余名工人由原本的機器操作者變為了機器看護者和研究者。

一汽紅旗工廠的智能焊裝車間是紅旗首個高柔性化、高數字化、高綠色化的焊裝車間。車間擁有14條生產線,可實現5個車型柔性化生產,焊接自動率達到了100%。在紅旗工廠H總裝車間,風擋柔性裝配系統應用UR協作機器人可以自動切換不同形狀角窗的定位裝置,從而能適配生產線上的所有車型。

機器人運送紗線、設備自動染色、生產運營數據實時監控……在青島貴華針織有限公司的織染縫一體柔性化智造車間,自動化、數字化設備讓企業敢于接下“數量很小,而且需要7個顏色,1個顏色僅染色就需要12小時,還需要織布、印花”的定制訂單。

客車行業本身具有小批量、多品種、定制化的特點,柔性制造是必然選擇。“我們每天接收到的客戶訂單中,1臺車、2臺車到幾百臺車不等,而且不同客戶對車輛的性能、配置、外觀等都有不同的需求。”鄭州宇通客車有關負責人表示,宇通有十余條生產線,可滿足上百種車型的柔性高效生產。生產線加大自動化設備投入,型材下料智能制造、涂裝機器人噴涂自動換色、總裝玻璃視覺自動打膠等都是行業首次使用,有效支撐了柔性化生產下的高效率、低成本和高質量。
 

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