工業(yè)4.0智慧生產(chǎn)制造解決方案
一、總述
1.1、 建設(shè)背景
隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度越來越高,機器接管了大部分體力勞動,同時也接管了一部分腦力勞動,工業(yè)生產(chǎn)能力超越了人類的消費能力,人類進入了生產(chǎn)過剩的時代,產(chǎn)品的生命周期也隨之大大縮短,從前的大批量生產(chǎn)會造成產(chǎn)能過剩,以往的一刀切的的辦法做出來的產(chǎn)品,不能適應(yīng)現(xiàn)在用戶都需要。
互聯(lián)網(wǎng)改變了這個局面,人與人,人與廠商,可以低成本的實現(xiàn)連接,從而讓每個人的個性需求被放大,人們越來越喜歡個性化的東西。但是個性化的東西需求量沒有那么大,這就需要工業(yè)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、小批量、定制化的生產(chǎn)。
實現(xiàn)智能化生產(chǎn),需要業(yè)務(wù)系統(tǒng)提出的需求,通過制造執(zhí)行系統(tǒng)負責(zé)執(zhí)行、監(jiān)控和管理生產(chǎn),智能生產(chǎn)制造是在原有的管理系統(tǒng)與機器互聯(lián)的基礎(chǔ)上,增加生產(chǎn)設(shè)備與原材料的管理、機器與機器之間的管理,通過對生產(chǎn)原材料的管理,能實現(xiàn)產(chǎn)品定制化、多品種、小批量生產(chǎn)。
采用RFID電子標進行原材料管理,能跟蹤記錄每個元器件相關(guān)的所有屬性,包括生產(chǎn)流程、下個工序、自身顏色、尺寸,甚至能延生到組裝成成品后的編號、流向地或者定制的客戶信息,能根據(jù)客戶的需求進行精細化生產(chǎn),在原材料開始流入生產(chǎn)時,就逐步進入定制化生產(chǎn)環(huán)節(jié)??刂破髂芘cRFID電子標簽無線通訊,能簽替換原有的條碼技術(shù),RFID電子標簽?zāi)苓h距離讀取及批量讀取,避免條碼必須可視才能讀取的缺點,能在檢測工位能自動識別并添加質(zhì)量數(shù)據(jù),出入庫能批量識別自動出入庫,能自動識別順序,大大提高生產(chǎn)水平,避免人為操作失誤或者漏操作帶來的不利影響。同時RFID電子標簽表面印刷有芯片條碼,能兼容舊有的設(shè)備,避免資產(chǎn)浪費。
RFID技術(shù)在智能生產(chǎn)制造方面主要有以下優(yōu)勢:
1、 可以不用接觸,整個過程無需人工干預(yù),能夠完成數(shù)據(jù)的自動化采集并且還不容易損壞;
2、 對在運轉(zhuǎn)狀態(tài)的物體也可以進行信息的采集,并且能夠同時識別多卡,操作比較便捷;
3、 可以適用于生產(chǎn)環(huán)境惡劣、人員無法達到、數(shù)據(jù)存儲量較大、數(shù)據(jù)傳輸實時性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸能可靠有效的進行等一系列要求。
總體上來講,RFID在智能生產(chǎn)制造、倉儲、物流的工作環(huán)境中對數(shù)據(jù)的實時采集有很大的應(yīng)用前景,實現(xiàn)了從原材料、工廠制造、銷售、客戶需求一體化的管理,可靈活的按時生產(chǎn)、按需生產(chǎn)、按順序生產(chǎn)等,實現(xiàn)真正的智能生產(chǎn)制造。
下面通過對汽車制造行業(yè)零配件生產(chǎn)廠的生產(chǎn)過程說明,來闡述工業(yè)4.0智能生產(chǎn)制造解決方案。
1.2、 建設(shè)內(nèi)容
汽車生產(chǎn)面臨多平臺,多車型,柔性化要求極高,如果采用傳統(tǒng)的零件拉動方式,則需要在倉庫內(nèi)針對每種零配件準備足夠的庫存,隨著車型的增加汽車生產(chǎn)廠產(chǎn)線的面積將不足以支持零件的擺放和生產(chǎn)的正常運作。
排序拉動(JIS)通過車輛上線序列及整車BOM,將同類零件歸類,按與整車生產(chǎn)一致的序列擺放向供應(yīng)商進行零件拉動,零件排序拉動方式可以幫助汽車制造企業(yè)節(jié)省廠內(nèi)零件使用面積,提高零件周轉(zhuǎn)率,并進一步提升工程生產(chǎn)的柔性化。
作為為汽車制造廠家提供漆件的零配件供應(yīng)商,需要使用RFID技術(shù),從注塑開始綁定RFID電子標簽,實現(xiàn)緩存區(qū)入庫、噴漆排序、檢驗加工、漆件倉庫、預(yù)檢、裝配排序、終檢、出庫排序、出廠核驗等全流程自動數(shù)據(jù)采集及質(zhì)量控制,以實現(xiàn)大件產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、庫存控制,優(yōu)化產(chǎn)線、倉儲管理規(guī)劃,滿足汽車制造廠拉動排序(JIS)的需要,創(chuàng)新管理模式,提高管理水平,進一步突破生產(chǎn)建設(shè)及倉儲管理瓶頸,達到工業(yè)4.0智能生產(chǎn)制造的建設(shè)水平。
二、系統(tǒng)設(shè)計
2.1、 建設(shè)范圍
通過RFID系統(tǒng)的建設(shè),對用戶生產(chǎn)過程中的主物料流進行跟蹤、監(jiān)控、注記、統(tǒng)計。
監(jiān)控范圍:
全廠區(qū)車間的物流出入口、人員出入口、廠區(qū)對外的出入口、產(chǎn)線、工位及倉庫;
監(jiān)控對象:
所有大件產(chǎn)品(保險杠+門檻+擾流板);
可擴展:
人員門禁、產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)器具自動立體倉庫;
監(jiān)控物流鏈:
注塑件→塑件緩存區(qū)→噴涂上件區(qū)→噴涂下線檢驗區(qū)→漆件倉儲→裝配預(yù)檢→裝配總成件終檢→裝配排序→廠區(qū)大門查驗。
大件存及識別形態(tài):
單個或批量注塑生產(chǎn)、排序(多種形態(tài))、工位檢驗、批量出入庫、出廠查驗;
運輸形態(tài):
側(cè)開門、后開門、集裝箱。
2.2、 建設(shè)重點與難點
系統(tǒng)及設(shè)備部署簡單,在廠區(qū)生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定可靠,可維護性好,能通過管理平臺監(jiān)控及管理所有設(shè)備,是系統(tǒng)成功的基礎(chǔ);
能精確識別塑件噴涂前的位置及預(yù)裝排序和裝配排序,是項目成功的關(guān)鍵;
設(shè)備支持雙信號輸出,采集數(shù)據(jù)能在傳輸?shù)讲杉?wù)器的同時,能傳輸相同的數(shù)據(jù)到本地的工作站,大大提高系統(tǒng)的實時性,保證數(shù)據(jù)的完整性,以應(yīng)付不同的異常狀況,是項目成功的保障。
2.3、 系統(tǒng)功能及架構(gòu)
系統(tǒng)主要由分體式批量識別設(shè)備、一體式識別設(shè)備、通道門、手持式移動采集設(shè)備以及集中采集服務(wù)器組成,所有讀寫器的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)讲杉?wù)器并存儲到數(shù)據(jù)庫中,同時支持本地RS485接口傳輸?shù)奖镜豂PC(工作站),各功能區(qū)(工段)的讀寫器將讀取到的RFID數(shù)據(jù)上傳到特定的采集服務(wù)器,并通過數(shù)據(jù)接口與上級系統(tǒng)(WMS/MES/TMS)對接。
2.3.1、 系統(tǒng)功能模塊
系統(tǒng)功能模塊由標簽綁定模塊、固定式設(shè)備集中采集服務(wù)、手持終端采集及異常處理,數(shù)據(jù)通過中間件服務(wù)器共享數(shù)據(jù)庫的方式與現(xiàn)有的MES、WMS、TMS進行對接,如下圖所示:
2.3.1、 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
硬件架構(gòu)如下圖所示:
所有設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與采集服務(wù)器進行通訊,現(xiàn)有MES通過數(shù)據(jù)庫與采集服務(wù)器進行對接,所需數(shù)據(jù)全部在采集服務(wù)器上通過數(shù)據(jù)庫中間件獲取,減輕現(xiàn)有系統(tǒng)改造難度,同時能劃清工作職責(zé),便于后期維護及排查問題,并能增加服務(wù)器的安全性,能最小化的開放提供最大化的改造,提升生產(chǎn)效率。硬件架構(gòu)如下圖所示:
所有設(shè)備能支持同時兩路輸出,一路RJ45輸出,一路RS485輸出,在輸出數(shù)據(jù)到采集服務(wù)器的同時,能輸出一路數(shù)據(jù)給現(xiàn)場工作站進行質(zhì)量數(shù)據(jù)輸入,提高HMI的響應(yīng)速度,提高每個節(jié)拍的生產(chǎn)效率。同時在網(wǎng)絡(luò)堵塞或者中斷的時候,能不影響現(xiàn)場的工作,在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時,能同步上傳網(wǎng)絡(luò)中斷期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
2.3.1、 系統(tǒng)中間件及機構(gòu)
采集服務(wù)器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過過濾,將有用的信息插入到數(shù)據(jù)庫中,MES等系統(tǒng)在處理業(yè)務(wù)邏輯中,當需要識別塑件或漆件信息時,系統(tǒng)自動查詢當前工位或工序所采集到的RFID標簽信息,然后進行翻譯找到相關(guān)信息并進行處理,從而代替原來手工掃描條碼的步驟,通過RFID遠距離無線識別實現(xiàn)自動化生產(chǎn)管理流程。