打造智能工廠從兩方面入手

楊筱卿

走入三一重工位于湖南長沙的18號廠房正門，首先面對的就是景觀區(qū)——正面是一條水域，兩側(cè)整齊排放著高大的綠植，而往里走，展示廳、裝配區(qū)、結(jié)構(gòu)件區(qū)、立庫區(qū)、高精機(jī)加區(qū)次第展開。

這個(gè)長約1公里，寬約150米，總共約11.8萬平方米的廠房被譽(yù)為中國智能制造示范性廠房。在這個(gè)廠房內(nèi)，不僅實(shí)現(xiàn)了柔性生產(chǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了信息化和自動(dòng)化。

不能蓋完房子再做柔性化

柔性生產(chǎn)是智能制造一大重要特色。在智能工廠里，同一臺(tái)機(jī)器甚至同一條生產(chǎn)線不能只干一件事情，或者只做一個(gè)零件，只組裝一個(gè)流水線，只組裝一個(gè)型號的產(chǎn)品。而在三一重工的18號工廠，一條生產(chǎn)線，不同型號的泵車都可以組裝，而據(jù)三一重工智能制造主管唐妞介紹：在18號廠房的裝配區(qū)，生產(chǎn)線上的每個(gè)工序所花時(shí)間為60分鐘。60分鐘之后，工序向前移動(dòng)。12個(gè)小時(shí)，就能從起始到結(jié)束，裝配一輛工程車。在18號廠房，并排一共有4條生產(chǎn)線，市場環(huán)境好，銷量好時(shí)，4條生產(chǎn)線每天加班加點(diǎn)生產(chǎn)設(shè)備。如今，工程機(jī)械行業(yè)市場環(huán)境下滑，不需要那么多的工程機(jī)械，這些生產(chǎn)線就能被改為其他裝配線，例如泵車裝配線可改為消防車生產(chǎn)線。

而之所以能做到這樣的柔性生產(chǎn)，唐妞認(rèn)為，這是在18號廠房建設(shè)之前，三一重工就運(yùn)用數(shù)字化工廠軟件對廠房的生產(chǎn)不斷進(jìn)行模擬、優(yōu)化和仿真所致。

工廠建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，不僅是搭建實(shí)體廠房，而且需要規(guī)劃產(chǎn)品工藝流程以及生產(chǎn)布局，更需要對各工序的人、機(jī)、料、法進(jìn)行整合及匹配等等。傳統(tǒng)工廠則是先修建實(shí)體廠房，再進(jìn)行工藝流程以及生產(chǎn)布局，而且在設(shè)計(jì)過程中，更多的是依賴設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和積累。

“這種建造模式，由于前面整體框架已經(jīng)搭建完畢，在后續(xù)面臨大量調(diào)整時(shí)，生產(chǎn)線布局很難做到最優(yōu)化?！比恢悄芸萍加邢薰靖笨偨?jīng)理王俊認(rèn)為這是傳統(tǒng)工廠建造時(shí)的弊端所在。

正因如此，18號廠房在建造之前，首先利用數(shù)字化仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)出工廠模型，然后再對模型的生產(chǎn)過程進(jìn)行推理并進(jìn)行完整的預(yù)測，包括制造設(shè)備的能力，以及廠內(nèi)物流的仿真，在這基礎(chǔ)之上，來規(guī)劃整個(gè)廠房的設(shè)計(jì)，從而定型設(shè)計(jì)方案，最后再建造廠房。

而這么做給三一重工帶來的好處則是，由于提前規(guī)劃，不僅可以防止后續(xù)的調(diào)整，而且可以節(jié)省廠房的建造成本。

而據(jù)三一重工2015年年報(bào)表明，由于推進(jìn)柔性化生產(chǎn)，通過對涂裝線、裝配線、焊接線等產(chǎn)線整合或產(chǎn)業(yè)園整合，改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)線負(fù)荷率，有效降低了制造成本。

完整的信息化管控是基礎(chǔ)

在18號工廠，每個(gè)區(qū)域，每個(gè)工位的前面都有一臺(tái)MES智能機(jī)，這是一臺(tái)安裝著MES（生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)）的智能終端，而工人能在里面查詢到標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)，以及在這個(gè)工位這個(gè)工序，需要安裝什么，如何安裝，如何質(zhì)檢。

“MES系統(tǒng)起著承上啟下的作用?！蓖蹩”硎?。

對上而言，MES銜接三一重工的企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM），將研發(fā)數(shù)據(jù)以及ERP的核心數(shù)據(jù)根據(jù)現(xiàn)場需要，進(jìn)行整合。而在現(xiàn)場生產(chǎn)過程中，再向這些系統(tǒng)反饋生產(chǎn)進(jìn)展。

朝下而言，在生產(chǎn)現(xiàn)場，如何知道生產(chǎn)設(shè)備是否出現(xiàn)異常？利用率有多高？生產(chǎn)計(jì)劃如何安排？王俊認(rèn)為，這并非拍腦袋決定，而是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及分布式數(shù)控（DNC系統(tǒng)）將現(xiàn)場所有設(shè)備與信息化平臺(tái)連接，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及利用率。如果現(xiàn)場設(shè)備生產(chǎn)利用率下滑，則會(huì)現(xiàn)場處理。如果因?yàn)橛?jì)劃的安排或者缺料導(dǎo)致設(shè)備停滯，則會(huì)逐漸優(yōu)化，使這些設(shè)備更快更好地運(yùn)轉(zhuǎn)。而如果發(fā)生故障，三一則有用于維修的管理系統(tǒng)去支撐，使工廠盡快恢復(fù)生產(chǎn)。

整個(gè)生產(chǎn)則統(tǒng)一通過生產(chǎn)控制中心進(jìn)行調(diào)度，比如工位缺少哪些物料，今天需要準(zhǔn)備哪些零配件，需要在哪個(gè)時(shí)間段送到哪個(gè)工位。

在裝配區(qū)，除了智能終端之外，還有報(bào)警裝置。如果有緊急情況，導(dǎo)致缺料，則可以按下報(bào)警按鈕，立體倉庫以及車間就能收到報(bào)警信息。如果工人發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量問題，也可以按下報(bào)警按鈕。

而這也改變了相關(guān)人員的工作方式。此前在裝配現(xiàn)場，因?yàn)樾畔鬟f不及時(shí)，到處都有質(zhì)檢員以及工人，而現(xiàn)在因?yàn)橥硪粋€(gè)系統(tǒng)，質(zhì)檢人員平時(shí)則可以在后方活動(dòng)，有需要再來處理。

在立體倉庫區(qū)，則有上千種關(guān)鍵小型零配件，每一個(gè)零配件都有電子標(biāo)簽，因而在需要取料的時(shí)候，就可以由自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）自動(dòng)取送，并將零配件分發(fā)至不同的工位上。而自動(dòng)化的精準(zhǔn)物流系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)柔性制造的核心競爭力，因?yàn)樯a(chǎn)線上組裝不同的型號，就需要系統(tǒng)能把需要的零部件準(zhǔn)確地送至相應(yīng)的工位。

基于ERP以及MES等系統(tǒng)，三一重工在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了信息化和自動(dòng)化。而在這其中，囊括生產(chǎn)管理、計(jì)劃管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、幾乎涵蓋現(xiàn)場所有生產(chǎn)過程的MES系統(tǒng)又最為核心。

2014年，西門子工業(yè)領(lǐng)域首席執(zhí)行官魯思沃教授曾在演講中指出，工業(yè)4.0的三大支柱是：MES、虛擬和現(xiàn)實(shí)的結(jié)合、CPS物理信息融合系統(tǒng)。由于生產(chǎn)是工廠所有活動(dòng)的核心，而MES是實(shí)時(shí)反應(yīng)各個(gè)環(huán)節(jié)活動(dòng)和交換數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，在這三大支柱中，它將會(huì)起到更為重要的作用。

而為了打造這樣一個(gè)系統(tǒng)，三一專門成立了軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)以及現(xiàn)場實(shí)施團(tuán)隊(duì)?，F(xiàn)場實(shí)施團(tuán)隊(duì)?wèi){著對現(xiàn)場業(yè)務(wù)的了解以及對三一制造模式的了解，再根據(jù)現(xiàn)場的需求與軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)一起定制出適合三一的MES系統(tǒng)。

“這些系統(tǒng)利用率越高，我們的產(chǎn)出就越大?！蓖蹩Α吨型夤芾怼氛f，“傳統(tǒng)工廠大家更多從制造的能力，從設(shè)備的布局，從物流的布局去考慮，其實(shí)還有一個(gè)重要的層面，就是如何整合人、設(shè)備、物料的資源，使它們更好地協(xié)調(diào)配合。而這就需要建立這樣一套信息化系統(tǒng)。”

王俊進(jìn)而指出，企業(yè)要布局智能制造工廠，推動(dòng)智能工廠的建設(shè)，可以從兩方面入手：一是從整體工藝、制造以及物流布局；二是信息化的管理能力。