裝配流水線定制服務(wù)


一、什么是脈動裝配線


脈動裝配線(Pulse Assembly Line,簡稱“脈動線”),是一種按節(jié)拍移動、流水化作業(yè)的裝配線,采用了精益生產(chǎn)的思想,對裝配過程進(jìn)行再設(shè)計、優(yōu)化和平衡,將裝配作業(yè)均衡地分配到適當(dāng)規(guī)模的工位上完成,實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)和大規(guī)模定制,從而減少作業(yè)員勞動強(qiáng)度,改善產(chǎn)品質(zhì)量,提高裝配效率,縮短裝配周期。


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圖 中車長客地鐵車輛總裝配脈動線




二、脈動線為什么會失敗



脈動線在國內(nèi)目前已經(jīng)普遍應(yīng)用到機(jī)車車輛、電力裝備、工程機(jī)械、航空航天、國防軍工等行業(yè),但是許多的脈動線項目并不是很成功,甚至部分產(chǎn)線沒有真正運(yùn)行過。


佰思杰參與過許多成功的脈動線項目,包括中車長客武漢工廠總裝配線、航天科工23所總裝脈動線、西開電氣高壓開關(guān)脈動線、寶雞電氣開關(guān)柜脈動線等,基于我們的經(jīng)驗(yàn),我們梳理了其中的挑戰(zhàn),通常包括以下


(1)工藝不夠優(yōu)化和均衡、工藝結(jié)構(gòu)化不足


工藝的優(yōu)化不夠,無法實(shí)現(xiàn)流水化、均衡化生產(chǎn),或者工藝數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化不足以支撐自動化產(chǎn)線運(yùn)行。


(2)無法實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)下的脈動線快速切換


多品種、小批量混線模式下,產(chǎn)線的切換需要大量的人工,時間過長,容易出現(xiàn)各種錯誤,無法完成快速切換。


(3)混線生產(chǎn)模式下,無法實(shí)現(xiàn)物料精準(zhǔn)供給


混線模式下,實(shí)現(xiàn)物料按工位的精準(zhǔn)配送是一個難點(diǎn),通常包括齊套性無法保證、零部件質(zhì)量不穩(wěn)定、配送準(zhǔn)時性難保證。


(4)自動化設(shè)備集成不足,人機(jī)交互困難


缺少設(shè)備的集成,工藝參數(shù)難以自動下發(fā),依靠人工輸入,容易出現(xiàn)各種錯誤,缺少防呆防錯的手段,設(shè)備和人經(jīng)常相互等待,嚴(yán)重降低了效率。


(5)缺少數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、分析與智能輔助決策


缺少數(shù)據(jù)采集,難以實(shí)時掌握脈動線的狀態(tài),人工調(diào)度低效,難以充分發(fā)揮出脈動線的能力,造成了許多的浪費(fèi),更無法進(jìn)行量化分析、知識化和持續(xù)改進(jìn)。


雖然項目失敗的原因各有不同,但普遍存在“重硬輕軟”的情況,這里的“軟”主要是MES/MOM系統(tǒng)。脈動線項目雖然上線了一堆單元級的硬件和軟件子系統(tǒng),但是如果無法使得這些軟硬件子系統(tǒng)高效協(xié)作,就無法支撐脈動線的運(yùn)行。


本文將重點(diǎn)從脈動線的軟件系統(tǒng)支撐MES/MOM角度,重點(diǎn)針對脈動線的特色需求進(jìn)行探討。MES/MOM在脈動線方面的應(yīng)用主要包括生產(chǎn)排序、物料齊套、物料配送、作業(yè)引導(dǎo)、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度等,對人機(jī)料法環(huán)測等生產(chǎn)要素進(jìn)行全面的管理和監(jiān)控。




三、脈動產(chǎn)線和工藝建模



脈動產(chǎn)線精益生產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)需要考慮如何設(shè)定節(jié)拍,科學(xué)合理地分配工位,產(chǎn)能平衡,縮小占地面積、實(shí)現(xiàn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、提高作業(yè)效率,研發(fā)適合自己產(chǎn)品的裝配新工藝,研制專用的工裝,進(jìn)行工藝的重組和優(yōu)化,還需要考慮物料供給方式、路徑規(guī)劃等。


MES/MOM系統(tǒng)脈動線建模工具是實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)和持續(xù)改進(jìn)的必要條件,用于支持生產(chǎn)線的重構(gòu)和柔性配置。建模的內(nèi)容包括工位設(shè)置、資源配備、物流供應(yīng)等,因?yàn)檫@些信息是脈動線可以正常運(yùn)行的最重要的基礎(chǔ)支撐,如下圖。


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圖 脈動產(chǎn)線建模


脈動產(chǎn)線建模的主要內(nèi)容包括:


(1)工位的設(shè)置以及工位的連接關(guān)系,要求支持拖拉式布局調(diào)整。


(2)工位配備的生產(chǎn)資源,設(shè)備、工具、工裝、人員要求、安全點(diǎn)檢、設(shè)備點(diǎn)檢等信息。


(3)物料供應(yīng)相關(guān)配置,包括線邊倉、配送路線、配送方式、配送工具等。


(4)環(huán)境工藝參數(shù)等,例如環(huán)境信息、工藝參數(shù)等。


借助MES/MOM的生產(chǎn)線建模功能,基于圖形化可拖拽建模方式實(shí)現(xiàn)工位設(shè)置和連接方式、制造資源(例如人、設(shè)備、工具工裝等)的配置,形成能夠提供制造加工服務(wù)的可重構(gòu)的制造功能體。


另外還需要將優(yōu)化之后的工藝進(jìn)行建模,脈動線工藝建模的主要內(nèi)容包括:


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圖 脈動線工藝建模


(1)工序的設(shè)置以及工序的連接關(guān)系工序的基本信息,要求所有工序分配到工位,能夠滿足均衡生產(chǎn)的要求,可以方便調(diào)整工序與工位的分配。


(2)工序的生產(chǎn)要素信息工序的人員要求、設(shè)備要求、工具工裝要求、圖紙、工藝文件、工藝參數(shù)、物料需求、質(zhì)量檢驗(yàn)要求、質(zhì)量預(yù)警判定規(guī)則、環(huán)境要求等信息。


(3)維護(hù)特殊工藝信息例如擰緊扭矩要求、油脂加注參數(shù)、焊接電壓電流等。


如下圖,佰思杰MOM系統(tǒng)支持結(jié)構(gòu)化的工藝路線,不僅僅定義了工藝路線,還包括執(zhí)行工序和工序工時,以及工序所需要的資源,包括人員、設(shè)備、物料、工具工裝、檢驗(yàn)要素等,同時包括相關(guān)的工藝參數(shù)、圖紙工藝等附件資料。


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圖 結(jié)構(gòu)化工藝


對于復(fù)雜的脈動線,還需要對每個工位之下的工序和工步進(jìn)行細(xì)化管理,包括這些工步的并行和串行關(guān)系,所需要的工時和生產(chǎn)資源,例如設(shè)備、工具工裝、人員等生產(chǎn)資源的。例如地鐵車輛的單個工位的裝配又分為許多的工步,排程時不僅僅要排到工位節(jié)拍,還需要進(jìn)一步排程到工步。


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圖 定義工藝執(zhí)行順序




四、上線排序與齊套檢查



對于脈動生產(chǎn)線,生產(chǎn)計劃一般會排程到每一個節(jié)拍,編排好每一個產(chǎn)品上線的順序,這個順序非常重要,不僅決定了上線、交貨的順序,更重要的是要指導(dǎo)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作,例如物料要提前進(jìn)行揀配。生產(chǎn)計劃排程子系統(tǒng)的模塊通常包括:


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圖 生產(chǎn)計劃排程子系統(tǒng)


對于存在總裝和部裝的情況,需要考慮總裝和部裝計劃的聯(lián)動,通常是總裝計劃拉動部裝計劃,計劃排程會更加復(fù)雜,如下圖所示:


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圖 總裝線與部裝線的聯(lián)動


另外還有一些情況需要考慮,例如部裝線下線緩沖區(qū)、總裝工位上線點(diǎn)、多產(chǎn)線之間平衡問題、對外供應(yīng)插單問題等。


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圖 總裝線和部裝線的聯(lián)動排程


需要考慮部裝線和總裝線的緩沖區(qū)容量問題,既要保證連續(xù)供應(yīng),也不能超出緩沖區(qū)的容量。又如,多條總裝線同時生產(chǎn)時,部裝線必須混線生產(chǎn),為多條總裝線交叉切換,保證多條總裝線的及時供應(yīng)。有時候,部裝線還對外供貨,盡量利用為總裝線供應(yīng)的空檔期插單進(jìn)行排程,不影響總裝線的連續(xù)供應(yīng)。


很多時候會因?yàn)槲锪喜积R套造成停工待料,而人工進(jìn)行物料齊套檢查是非常困難的,但是計算機(jī)卻很擅長。此時需要讀取物料的庫存數(shù)據(jù),以及已配送的物料信息,如果可以獲取采購在途、采購到貨時間確認(rèn)的信息,可以將外購物料的齊套檢查納入齊套檢查范圍。


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圖 物料齊套檢查


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圖 西開電氣齊套檢查


通常情況下,計劃與齊套檢查結(jié)果是相互影響的,例如計劃的順序會影響齊套的結(jié)果,比如前面生產(chǎn)的消耗物料,會造成后面的生產(chǎn)計劃缺料。因?yàn)槿绷蠒{(diào)整計劃,也會影響齊套結(jié)果,通常需要重新計算齊套結(jié)果。


系統(tǒng)自動計算物料齊套情況,輸出欠料清單,以便及時對物料進(jìn)行跟催,或及時對計劃進(jìn)行順延,減少停工待料異常。這項工作通常不能自動進(jìn)行,需要人工介入,因?yàn)樯婕暗酵獠抗?yīng)商,確認(rèn)的結(jié)果不同,計劃的調(diào)整可能是不同的。




五、拉動物料精準(zhǔn)配送



國內(nèi)建設(shè)的一些脈動線無法真正實(shí)現(xiàn)脈動生產(chǎn),最重要的原因是無法保證物料的精準(zhǔn)供給,物料供給系統(tǒng)的最終目的是根據(jù)生產(chǎn)計劃和物料拉動指令將合格的物料按需準(zhǔn)確、按時間節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)時配送到相應(yīng)的工位,形成拉動式物料配送。


物料供給系統(tǒng)通常包括自動化立體倉庫、物料揀選料架、叉車/物料小車、AGV、自動上料裝置等。許多企業(yè)雖然建設(shè)了自動化的物流設(shè)備,但是沒有與MES/MOM的生產(chǎn)計劃和執(zhí)行相連接,以至于無法實(shí)現(xiàn)拉動式配送。


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圖 拉動式配送典型業(yè)務(wù)流程


拉動配送的流程一般如下:


(1) 生成物料配送需求計劃


物料配送需求需要根據(jù)生產(chǎn)計劃自動生成,當(dāng)計劃有調(diào)整時,應(yīng)該自動更新物料配送需求計劃。一般來說,配送需求計劃會包括配送的工位、時間、物料、數(shù)量等信息。


(2) 根據(jù)配送需求生成配送計劃



配送計劃根據(jù)配送需求計劃生成,一般需要考慮:


  • 配送的來源,例如不同來源的物料配送計劃要分開。

  • 配送的批量,一次配送一個節(jié)拍,還是多個節(jié)拍的物料。

  • 配送需求的時間、配送周期、容器。

  • 配送方式,叉車、AGV、小推車、物流小火車等。



(3) 生成揀配任務(wù)并執(zhí)行揀配


系統(tǒng)根據(jù)配送計劃生成揀配任務(wù),倉庫內(nèi)執(zhí)行揀配,并將物料分揀到容器中。揀配完成,轉(zhuǎn)配送緩沖區(qū)暫存等待配送,如果倉庫不是很靠近生產(chǎn)工位,可以周轉(zhuǎn)到線邊庫暫存。


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圖 按波次下架及按臺套需求二次分揀


(4) 工位拉動進(jìn)一步配送到工位




工位根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度自動拉動或人工叫料,物流人員或AGV將容器配送到工位上,同時將工位的空容器回收到倉庫。


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圖 AGV執(zhí)行配送任務(wù)


有些時候在配送工位之前還需要進(jìn)行一些預(yù)處理。例如有些零件需要進(jìn)行清洗作業(yè),例如高壓開關(guān)中的某些零件必須保持高度清潔,對于齒輪箱裝配還需要對軸承進(jìn)行預(yù)熱處理。配送的過程會包含更多的采集和監(jiān)控點(diǎn)。


為了減少物料搬運(yùn)次數(shù),還需要支持采購直供和自制直供配送模式。某些零部件由供應(yīng)商直接配送到車間,稱為采購直供件;某些零件由其他車間直接供應(yīng),稱為自制直供件。一般在車間設(shè)置直供件接收點(diǎn),根據(jù)生產(chǎn)計劃提前將直供件拉動配送到直供點(diǎn),物流人員在直供點(diǎn)進(jìn)行揀配并送到工位。


如果存在分裝線、總裝線,還需要考慮分裝線和總裝的聯(lián)動。對于混線的情況,分裝線按總裝產(chǎn)品的順序組織生產(chǎn),分裝下線后進(jìn)入一個暫存區(qū)排隊,等待總裝工位的拉動信號再配送到總裝線。


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圖 配送看板




六、裝配執(zhí)行與防錯



在進(jìn)行裝配作業(yè)時,產(chǎn)品按計劃的上線順序上線,在首工位打印粘貼產(chǎn)品序列號條碼,也可以采用RFID標(biāo)簽。產(chǎn)品按順序依次經(jīng)過各個工位,最終完成產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、試驗(yàn)等工作。


對于每個工位,作業(yè)員可以看到終端上顯示了當(dāng)前產(chǎn)品的作業(yè)指導(dǎo)等相關(guān)信息,并按作業(yè)指導(dǎo)進(jìn)行裝配作業(yè)。作業(yè)過程中,可以采集裝配的關(guān)鍵零部件、自制件等信息,并自動關(guān)聯(lián)作業(yè)人員、設(shè)備、工具工裝等信息。


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圖 支持可穿戴終端


佰思杰實(shí)施了中車集團(tuán)戚墅堰研究所高鐵齒輪箱裝配線的MES項目,其裝配工位安裝了智能工作臺。


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圖 中車集團(tuán)戚墅堰所裝配工位智能工作臺


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圖 工具的激光自動引導(dǎo)


MES/MOM系統(tǒng)控制裝配作業(yè)必須按照工步順序執(zhí)行,每執(zhí)行一個工步,可以在MES/MOM系統(tǒng)中反饋工步執(zhí)行狀態(tài),并采集工步相關(guān)的生產(chǎn)要素信息,一個工步完成后自動跳轉(zhuǎn)到下一個工步。


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圖 中車集團(tuán)戚墅堰所裝配工位作業(yè)引導(dǎo)界面


該項目通過智能工作臺和工步引導(dǎo),可以做到:


(1) 集成包括讀卡器、條碼槍、指紋識別、安燈、觸摸屏、智能工具箱等硬件

(2) 基于RFID自動檢查智能工具箱的工裝、工具

(3) 嚴(yán)格按工步的順序指導(dǎo)裝配作業(yè)

(4) 查看文字、圖片、動畫、pdf等格式的圖紙、作業(yè)指導(dǎo)文件

(5) 自動采集人員、設(shè)備、工具工裝

(6) 使用PDA采集關(guān)鍵零部件序列號

(7) 采集自檢的相關(guān)數(shù)據(jù)

(8) 集成智能力矩扳手,扭矩要求自動下發(fā),實(shí)際值自動采集

(9) 基于激光和RFID的工具、套筒扳手引導(dǎo)和防錯報警

(10) 防錯安燈自動提醒、異常提報

(11) 質(zhì)量問題例外處理申請和放行

(12) 過盈配合等特殊功能……


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圖 扭矩自動下發(fā)到智能扳手并采集實(shí)際扭矩


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圖 自動注油機(jī)集成


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圖 全自動機(jī)器人涂膠


對于有條件的情況,可以適度進(jìn)行自動化。例如可以集成壓力機(jī)、智能力矩扳手、油脂加注機(jī)、自動涂膠機(jī)、組裝機(jī)器人、機(jī)器視覺檢測設(shè)備,以減少勞動強(qiáng)度、提高效率、提高質(zhì)量穩(wěn)定性。


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圖 自動在線檢測


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圖 無線量具實(shí)時傳輸質(zhì)檢數(shù)據(jù)


下圖是佰思杰自動化設(shè)備比較典型的流程。其中包括了產(chǎn)品流入檢測、設(shè)備啟停、拉動物料配送、生產(chǎn)參數(shù)下發(fā)、啟動作業(yè)、作業(yè)完成自動轉(zhuǎn)出等,進(jìn)入下一節(jié)拍,根據(jù)轉(zhuǎn)入產(chǎn)品自動切換工藝參數(shù),繼續(xù)作業(yè)。


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圖 佰思杰MOM、FMS和IOT模塊




七、例外放行與線下補(bǔ)裝



裝配過程中存在的異常,一般情況下應(yīng)該在轉(zhuǎn)序前解決,通常會報告異常、或者填報不合格處理單,觸發(fā)不合格品處理,如果存在不能及時解決的異常,為了避免脈動線堵塞,可以進(jìn)行例外放行。


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圖 不符合項報告


一般例外放行需要進(jìn)行例外轉(zhuǎn)序申請,得到許可后方可進(jìn)行例外轉(zhuǎn)序。存在的問題一般會要求在某工位之前解決,也存在下線后解決的情況,最典型的就是缺件補(bǔ)裝。


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圖 質(zhì)量放行檢查


裝配線缺件很多時候無法完全避免,如果所缺少的零部件不影響產(chǎn)品后續(xù)組裝和調(diào)試,可以允許線下補(bǔ)裝。當(dāng)然需要進(jìn)行一系列卡控,以防止忘記補(bǔ)裝的情況。




八、過程可視與數(shù)字孿生



研究并建立車間數(shù)字化智能看板,通過多維度、多種形式的可視化、健康參數(shù)感知、求解和綜合評價,實(shí)現(xiàn)對脈動線生產(chǎn)計劃、物料供給、生產(chǎn)執(zhí)行、質(zhì)量控制、異常處理、設(shè)備運(yùn)維、人員績效等方面的全面監(jiān)控和動態(tài)調(diào)度。


監(jiān)控的內(nèi)容通常包括:



  • 物料齊套情況

  • 配餐及時率

  • 直供件配送及時率

  • 物流配送及時率

  • 工位平衡率

  • 異常分布情況

  • 異常趨勢分析

  • 生產(chǎn)實(shí)時進(jìn)展

  • 計劃按時執(zhí)行率

  • 質(zhì)量報檢處理及時率

  • 人員工時統(tǒng)計

  • 人員出勤統(tǒng)計

  • 產(chǎn)線OEE

  •  ……



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圖 產(chǎn)線推移看板


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圖 生產(chǎn)綜合看板


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圖 工位實(shí)時狀態(tài)看板


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圖 基于VR的現(xiàn)場實(shí)時還原




九、MES/MOM是脈動線的大腦



筆者認(rèn)為,要確保脈動線的成功實(shí)施,要避免重“硬”“軟”。必須要同等重視“軟件”和“硬件”的建設(shè),MES/MOM是脈動線高效運(yùn)轉(zhuǎn)、動態(tài)調(diào)度和優(yōu)化的大腦。


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圖 MES/MOM驅(qū)動制造,是制造系統(tǒng)的大腦


MES/MOM在脈動裝配線方面帶來的效益總結(jié)如下:


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圖 MES/MOM在脈動裝配線方面帶來的效益總結(jié)