利用RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)智能工廠中萬(wàn)物流動(dòng)的可視化

全球知名機(jī)床生產(chǎn)制造商山崎馬扎克(Yamazaki Mazak，簡(jiǎn)稱MAZAK)目前最關(guān)注的領(lǐng)域之一是智能工廠。2019年11月，公司將其位于日本岐阜縣美濃加茂市的主要工廠——美濃加茂工廠改建為智能工廠并投入運(yùn)營(yíng)。

但美濃加茂工廠的智能化改造面臨著重大挑戰(zhàn)，即第一工廠和第二工廠的重組。

到目前為止，第一第二工廠一直在獨(dú)立處理從零件加工到成品組裝的所有產(chǎn)品線。但是這次，它已被改編重組為第一工廠成品組裝、第二工廠零件加工的一體化生產(chǎn)體制。

在以前一個(gè)工廠生產(chǎn)一種產(chǎn)品的情況下，如果特定機(jī)種的需求下降，那么工廠之間就會(huì)產(chǎn)生巨大的差別。但如果每個(gè)工廠預(yù)先劃分功能，則可以在不進(jìn)行大規(guī)模機(jī)種轉(zhuǎn)移的情況下靈活地應(yīng)對(duì)供需變化。

然而，獨(dú)立的實(shí)體工廠之間統(tǒng)一生產(chǎn)工序并非易事，尤其困難的是管理物品流動(dòng)(零件運(yùn)輸)。因此，山崎馬扎克公司開(kāi)發(fā)出新的物流管理解決方案“ID TRACKING PLUS”以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。該方案包括為物品貼上RFID標(biāo)簽，將所有物品的位置、數(shù)量、停留時(shí)間可視化，以實(shí)現(xiàn)減少積壓品并優(yōu)化庫(kù)存。

最近，山崎馬扎克公司ISMART項(xiàng)目組參與人石田修一、藤木周平、長(zhǎng)谷川雄基、植松慎平對(duì)“ID TRACKING PLUS”進(jìn)行了闡述。

多品種小批量生產(chǎn)存在的問(wèn)題

在談及“ID TRACKING PLUS”開(kāi)發(fā)背景時(shí)，石田修一說(shuō)：“2015年，我們將其命名為馬扎克iSMART Factory，并在美國(guó)工廠開(kāi)始了智能工廠改造?！瘪R扎克iSMART Factory是一種利用IoT技術(shù)將工廠內(nèi)的所有生產(chǎn)活動(dòng)數(shù)字化，并減少生產(chǎn)提前期、庫(kù)存和管理工時(shí)的解決方案。作為機(jī)床制造商，該方案不僅體現(xiàn)了不斷進(jìn)化的智能工廠的理想形象，還將本公司摸索出的各種解決方案作為產(chǎn)品和服務(wù)提供給顧客。

2017年5月，公司完成了其總部工廠(日本愛(ài)知縣大口町)向智能工廠的改造，這是日本第一家智能工廠，在那里打造的解決方案正在推廣到其他工廠。2019年11月，作為主要工廠的美濃加茂第一工廠和第二工廠改造為智能工廠并開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。

石田修一說(shuō)：“美濃加茂工廠要成為智能工廠的關(guān)鍵是對(duì)第一工廠和第二工廠的生產(chǎn)工序進(jìn)行重組，這在總部工廠中是不存在的問(wèn)題。到目前為止，美濃加茂一直在不斷地加工零件和組裝成品。第一工廠生產(chǎn)復(fù)合加工機(jī)等，第二工廠生產(chǎn)中小型機(jī)床(MC)和車床等?！?/p>

除了需進(jìn)行結(jié)構(gòu)化重組外，兩個(gè)工廠位置相距約1.5公里，這也阻礙了兩個(gè)工廠的集成化生產(chǎn)。

最重要的是，重組后加工和組裝生產(chǎn)線位于不同的工廠中，因此有必要?jiǎng)?chuàng)建一種機(jī)制來(lái)正確掌握工廠之間的物品流動(dòng)。所以公司開(kāi)發(fā)了物流管理系統(tǒng)“ID TRACKING PLUS”，借助RFID標(biāo)簽，讓所有原材料和半成品的位置、數(shù)量和停留時(shí)間可視化。

圖為第二工廠的“ID TRACKING PLUS”布局。綠色、黃色和紅色正方形代表零件，用白色框起來(lái)的代表加工設(shè)備。隨著時(shí)間的推移，顯示顏色會(huì)從綠色>黃色>紅色變化，就可以直觀地知道哪個(gè)設(shè)備容易積存零件。

作為機(jī)床制造領(lǐng)域多品種小批量生產(chǎn)公司，一臺(tái)加工設(shè)備要加工數(shù)百種零件，這是個(gè)大前提。由于各種各樣的加工產(chǎn)品遍及整個(gè)工廠，這就需要非常詳細(xì)的流程管理以縮短交付時(shí)間。

公司的“Smooth Monitor AX”系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備的可視化。但是，在物流管理方面，公司不得不尋找另外的方法。因此，以美濃加茂工廠的重組為契機(jī)，如果能構(gòu)筑新的物流管理的IoT解決方案的話，不僅僅是在公司的其他工廠，對(duì)于有相同難題的客戶，也是改善應(yīng)用的一個(gè)好的示例。

實(shí)際上，通過(guò)使用這次開(kāi)發(fā)的可視化物品流程管理系統(tǒng)，公司可以看到在意外地方的零件停留、現(xiàn)場(chǎng)零件交付運(yùn)輸路徑和預(yù)留時(shí)間安排。

通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)建立RFID+可視化專業(yè)知識(shí)庫(kù)

至于RFID標(biāo)簽是否貼在所有零件上?石田修一表示：在第二工廠的生產(chǎn)線中，RFID標(biāo)簽貼在運(yùn)送零件的托盤上，若不需托盤的大型物品則直接貼附RFID標(biāo)簽。在工廠之間的運(yùn)輸管理中，也始終使用該RFID標(biāo)簽。另一方面，在第一工廠的裝配線中，RFID標(biāo)簽貼在所有零件上進(jìn)行管理。

雖然將RFID標(biāo)簽一張一張貼在零件上并非易事，但員工一直有使用帶有產(chǎn)品編號(hào)和產(chǎn)品名稱的識(shí)別標(biāo)簽來(lái)識(shí)別零件，只用將RFID標(biāo)簽嵌入其中即可，這倒也不復(fù)雜。問(wèn)題是金屬性質(zhì)的零件干擾了RFID標(biāo)簽的讀取，因此這一技術(shù)最初很難在公司這樣具有大量金屬零件的工廠中使用，但他們?cè)O(shè)法解決了這一技術(shù)問(wèn)題。

帶有嵌入式RFID標(biāo)簽的產(chǎn)品標(biāo)簽

右側(cè)白色架子是RFID標(biāo)簽讀寫(xiě)器(天線)。將顯示產(chǎn)品編號(hào)及名稱的實(shí)際產(chǎn)品單和顯示工作過(guò)程(如“調(diào)試”、“加工”和“檢查”)的卡片放在一起，記錄成員和工作過(guò)程相關(guān)的信息。

石田修一最初并沒(méi)有這方面的專業(yè)知識(shí)，他與其他三名成員做了多次反復(fù)試驗(yàn)，每次出現(xiàn)RFID標(biāo)簽很難讀取的情況時(shí)，都會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)反復(fù)進(jìn)行各種驗(yàn)證測(cè)試，這比他們想象中的都要難。但這方面的專業(yè)知識(shí)在將方案擴(kuò)展到其他工廠時(shí)是非常有用的。

在測(cè)試中，他們一直會(huì)進(jìn)行加工和檢查等的進(jìn)度管理。使用公司內(nèi)部開(kāi)發(fā)的進(jìn)度管理系統(tǒng)，員工可以在系統(tǒng)中手動(dòng)輸入“開(kāi)始”和“完成”信息，但存在的問(wèn)題是員工手動(dòng)輸入的報(bào)告信息和零件的實(shí)際物流信息并不一致。

換句話說(shuō)，如果員工忘記或輸入有誤，則實(shí)際材料與系統(tǒng)上的信息不匹配。因此，這次他們通過(guò)使用附著在材料本身上的RFID標(biāo)簽作為信息輸入的關(guān)鍵，以使材料和數(shù)字信息緊密相連。

“MotionBoard”的持續(xù)效果超出現(xiàn)場(chǎng)期望值

這里有一個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題，以前存在過(guò)必要的零件不知道放在哪兒的情況。例如，倉(cāng)管將零件錯(cuò)放在另一輛卡車上，或者裝配線員工拿錯(cuò)卡車上的零件。然而后道工序負(fù)責(zé)人必須找出正確的零件。

長(zhǎng)谷川雄基表示：“工廠使用了很多卡車，但沒(méi)有對(duì)此進(jìn)行專門管理，等人注意到的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)卡車的位置及用途與原始目的已經(jīng)不同。卡車是公司的重要資產(chǎn)。‘ID TRACKING PLUS’也可適當(dāng)用于資產(chǎn)管理?！?/p>

圖為“ID TRACKING PLUS”的第一工廠(裝配線工廠)的布局。與第二工廠相同，綠色、黃色和紅色正方形代表零件。隨著時(shí)間的過(guò)去，顯示顏色從綠色>黃色>紅色變化，并且停留狀態(tài)可視化。其中，A~I的各個(gè)小塊上標(biāo)明成品機(jī)床的機(jī)種名稱。

公司基于數(shù)據(jù)授權(quán)公司W(wǎng)ingArc1st的“MotionBoard”來(lái)開(kāi)發(fā)“ID TRACKING PLUS”系統(tǒng)，實(shí)際上是在創(chuàng)建可視化方案。這樣的方案開(kāi)發(fā)起來(lái)很容易，只需GUI(圖形用戶界面)的操作即可輕松創(chuàng)建各種搜索屏幕和面板，也不需要完整編程。工作現(xiàn)場(chǎng)每天都有使用該系統(tǒng)的人會(huì)提出這樣的要求：是否可以看到此類數(shù)據(jù)?此類數(shù)據(jù)是否可以匯總?而靈活應(yīng)用“MotionBoard”可以順利滿足并快速響應(yīng)這些要求，以減少現(xiàn)場(chǎng)工作對(duì)接所花費(fèi)的時(shí)間。

長(zhǎng)谷川雄基補(bǔ)充說(shuō)，而且，“MotionBoard”的質(zhì)量看起來(lái)非常好?！眱H僅使用它就可以滿足最低限度的功能需求，但要讓參觀工廠的客戶對(duì)此具有可視性，那就需要對(duì)此重新進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)，而公司也重視設(shè)計(jì)的文化。

圖為美濃加茂工廠第二工廠的監(jiān)控室。山崎馬扎克的座右銘是“工廠是陳列室”。這是機(jī)床制造商基于實(shí)際使用的機(jī)床工廠車間向客戶推薦其產(chǎn)品的最佳場(chǎng)所。公司文化不僅追求機(jī)床產(chǎn)品的質(zhì)量，而且追求工具設(shè)計(jì)和可用性。

新方案不斷滿足新需求

除了以上所用的方案之外，山崎馬扎克公司也開(kāi)發(fā)了一種管理工廠之間物品運(yùn)輸信息的系統(tǒng)。在美濃加茂新智能工廠中，第二工廠生產(chǎn)的零件通過(guò)卡車運(yùn)輸交付到約1.5公里外的第一工廠。此時(shí)，由于使用RFID標(biāo)簽獲取了運(yùn)輸信息，因此第一工廠負(fù)責(zé)人可以通過(guò)個(gè)人手機(jī)或平板電腦上的管理屏幕來(lái)查看所需零件的位置，而不再需要通過(guò)電話或電子郵件進(jìn)行檢查。

長(zhǎng)谷川雄基表示：“此外，作為一個(gè)應(yīng)用整體，我們還開(kāi)發(fā)了一種軟件來(lái)跟蹤零件的移動(dòng)和停留歷史記錄。通過(guò)分析從出庫(kù)到卡車裝運(yùn)的歷史信息，我們可以優(yōu)化運(yùn)輸路線和目的地，這有助于提高物流整體效率?！?/p>

石田修一說(shuō)，在這一行業(yè)，另一種能夠響應(yīng)RFID標(biāo)簽信息的方案非常普遍，即使用專用手持終端讀取附近所查找的RFID標(biāo)簽信息?？ㄜ嚿涎b有許多零件，在員工找不到或忽略了某些零件時(shí)，手持終端可以幫助輕松找到目標(biāo)零件。

這些方案是一開(kāi)始設(shè)想智能工廠時(shí)所要用到的，但在某些情況下，需要開(kāi)發(fā)新的解決方案來(lái)順利滿足工作現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的新的要求，從而形成了不斷開(kāi)發(fā)新方案滿足現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步要求的良性循環(huán)。

圖為“ID TRACKING PLUS”中管理工廠之間物品運(yùn)輸?shù)漠?huà)面。按產(chǎn)品編號(hào)記錄發(fā)貨時(shí)間和到達(dá)時(shí)間等。因此，第一工廠(裝配廠)的負(fù)責(zé)人可以掌握必要零件的到達(dá)時(shí)間，順利地進(jìn)行驗(yàn)收準(zhǔn)備。

美濃加茂工廠的這次重組旨在將生產(chǎn)率提高50%，而“ID TRACKING PLUS”的引入大大縮減了尋找零件所需的時(shí)間，并為實(shí)現(xiàn)這一提高產(chǎn)量的目標(biāo)做出了巨大貢獻(xiàn)。當(dāng)然，不僅是系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的改進(jìn)也包括在內(nèi)。今后，公司將對(duì)RFID收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，以創(chuàng)造新的附加值。

例如，在裝配線工廠中，那些使用后的零件上的RFID標(biāo)簽不用扔掉，可以按照“使用順序”進(jìn)行掃描并保留數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，公司可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)“組裝步驟”的驗(yàn)證和工序改善，也可以用于易于組裝的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，特別是試作品組裝步驟的不斷摸索試錯(cuò)。工作現(xiàn)場(chǎng)和開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人會(huì)根據(jù)這些數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)更好的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。