裝配流水線定制服務(wù)
一、什么是脈動(dòng)裝配線
脈動(dòng)裝配線(Pulse Assembly Line,簡(jiǎn)稱“脈動(dòng)線”),是一種按節(jié)拍移動(dòng)、流水化作業(yè)的裝配線,采用了精益生產(chǎn)的思想,對(duì)裝配過程進(jìn)行再設(shè)計(jì)、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(dòng)強(qiáng)度,改善產(chǎn)品質(zhì)量,提高裝配效率,縮短裝配周期。
圖 中車長(zhǎng)客地鐵車輛總裝配脈動(dòng)線
二、脈動(dòng)線為什么會(huì)失敗
脈動(dòng)線在國(guó)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(guó)防軍工等行業(yè),但是許多的脈動(dòng)線項(xiàng)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(dòng)線項(xiàng)目,包括中車長(zhǎng)客武漢工廠總裝配線、航天科工23所總裝脈動(dòng)線、西開電氣高壓開關(guān)脈動(dòng)線、寶雞電氣開關(guān)柜脈動(dòng)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(dòng)化產(chǎn)線運(yùn)行。
(2)無法實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)下的脈動(dòng)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(shí)間過長(zhǎng),容易出現(xiàn)各種錯(cuò)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(gè)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(shí)性難保證。
(4)自動(dòng)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(dòng)下發(fā),依靠人工輸入,容易出現(xiàn)各種錯(cuò)誤,缺少防呆防錯(cuò)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(shí)掌握脈動(dòng)線的狀態(tài),人工調(diào)度低效,難以充分發(fā)揮出脈動(dòng)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(shí)化和持續(xù)改進(jìn)。
雖然項(xiàng)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(dòng)線項(xiàng)目雖然上線了一堆單元級(jí)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(dòng)線的運(yùn)行。
本文將重點(diǎn)從脈動(dòng)線的軟件系統(tǒng)支撐MES/MOM角度,重點(diǎn)針對(duì)脈動(dòng)線的特色需求進(jìn)行探討。MES/MOM在脈動(dòng)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(duì)人機(jī)料法環(huán)測(cè)等生產(chǎn)要素進(jìn)行全面的管理和監(jiān)控。
三、脈動(dòng)產(chǎn)線和工藝建模
脈動(dòng)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(dòng)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(dòng)線可以正常運(yùn)行的最重要的基礎(chǔ)支撐,如下圖。
圖 脈動(dòng)產(chǎn)線建模
脈動(dòng)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(cāng)、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(dòng)線工藝建模的主要內(nèi)容包括:
圖 脈動(dòng)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(shí),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(shí)包括相關(guān)的工藝參數(shù)、圖紙工藝等附件資料。
圖 結(jié)構(gòu)化工藝
對(duì)于復(fù)雜的脈動(dòng)線,還需要對(duì)每個(gè)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(shí)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(gè)工位的裝配又分為許多的工步,排程時(shí)不僅僅要排到工位節(jié)拍,還需要進(jìn)一步排程到工步。
圖 定義工藝執(zhí)行順序
四、上線排序與齊套檢查
對(duì)于脈動(dòng)生產(chǎn)線,生產(chǎn)計(jì)劃一般會(huì)排程到每一個(gè)節(jié)拍,編排好每一個(gè)產(chǎn)品上線的順序,這個(gè)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(jì)劃排程子系統(tǒng)的模塊通常包括:
圖 生產(chǎn)計(jì)劃排程子系統(tǒng)
對(duì)于存在總裝和部裝的情況,需要考慮總裝和部裝計(jì)劃的聯(lián)動(dòng),通常是總裝計(jì)劃拉動(dòng)部裝計(jì)劃,計(jì)劃排程會(huì)更加復(fù)雜,如下圖所示:
圖 總裝線與部裝線的聯(lián)動(dòng)
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(duì)外供應(yīng)插單問題等。
圖 總裝線和部裝線的聯(lián)動(dòng)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(shí)生產(chǎn)時(shí),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(shí)供應(yīng)。有時(shí)候,部裝線還對(duì)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(shí)候會(huì)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(jì)算機(jī)卻很擅長(zhǎng)。此時(shí)需要讀取物料的庫(kù)存數(shù)據(jù),以及已配送的物料信息,如果可以獲取采購(gòu)在途、采購(gòu)到貨時(shí)間確認(rèn)的信息,可以將外購(gòu)物料的齊套檢查納入齊套檢查范圍。
圖 物料齊套檢查
圖 西開電氣齊套檢查
通常情況下,計(jì)劃與齊套檢查結(jié)果是相互影響的,例如計(jì)劃的順序會(huì)影響齊套的結(jié)果,比如前面生產(chǎn)的消耗物料,會(huì)造成后面的生產(chǎn)計(jì)劃缺料。因?yàn)槿绷蠒?huì)調(diào)整計(jì)劃,也會(huì)影響齊套結(jié)果,通常需要重新計(jì)算齊套結(jié)果。
系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算物料齊套情況,輸出欠料清單,以便及時(shí)對(duì)物料進(jìn)行跟催,或及時(shí)對(duì)計(jì)劃進(jìn)行順延,減少停工待料異常。這項(xiàng)工作通常不能自動(dòng)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(jì)劃的調(diào)整可能是不同的。
五、拉動(dòng)物料精準(zhǔn)配送
國(guó)內(nèi)建設(shè)的一些脈動(dòng)線無法真正實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)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(jì)劃和物料拉動(dòng)指令將合格的物料按需準(zhǔn)確、按時(shí)間節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)配送到相應(yīng)的工位,形成拉動(dòng)式物料配送。
物料供給系統(tǒng)通常包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、物料揀選料架、叉車/物料小車、AGV、自動(dòng)上料裝置等。許多企業(yè)雖然建設(shè)了自動(dòng)化的物流設(shè)備,但是沒有與MES/MOM的生產(chǎn)計(jì)劃和執(zhí)行相連接,以至于無法實(shí)現(xiàn)拉動(dòng)式配送。
圖 拉動(dòng)式配送典型業(yè)務(wù)流程
拉動(dòng)配送的流程一般如下:
(1) 生成物料配送需求計(jì)劃
物料配送需求需要根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)生成,當(dāng)計(jì)劃有調(diào)整時(shí),應(yīng)該自動(dòng)更新物料配送需求計(jì)劃。一般來說,配送需求計(jì)劃會(huì)包括配送的工位、時(shí)間、物料、數(shù)量等信息。
(2) 根據(jù)配送需求生成配送計(jì)劃
配送計(jì)劃根據(jù)配送需求計(jì)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(jì)劃要分開。
配送的批量,一次配送一個(gè)節(jié)拍,還是多個(gè)節(jié)拍的物料。
配送需求的時(shí)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(jì)劃生成揀配任務(wù),倉(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)不是很靠近生產(chǎn)工位,可以周轉(zhuǎn)到線邊庫(kù)暫存。
圖 按波次下架及按臺(tái)套需求二次分揀
(4) 工位拉動(dòng)進(jìn)一步配送到工位
工位根據(jù)生產(chǎn)進(jìn)度自動(dòng)拉動(dòng)或人工叫料,物流人員或AGV將容器配送到工位上,同時(shí)將工位的空容器回收到倉(cāng)庫(kù)。
圖 AGV執(zhí)行配送任務(wù)
有些時(shí)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(duì)于齒輪箱裝配還需要對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)熱處理。配送的過程會(huì)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(gòu)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(gòu)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(jì)劃提前將直供件拉動(dòng)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(dòng)。對(duì)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(gè)暫存區(qū)排隊(duì),等待總裝工位的拉動(dòng)信號(hào)再配送到總裝線。
圖 配送看板
六、裝配執(zhí)行與防錯(cuò)
在進(jìn)行裝配作業(yè)時(shí),產(chǎn)品按計(jì)劃的上線順序上線,在首工位打印粘貼產(chǎn)品序列號(hào)條碼,也可以采用RFID標(biāo)簽。產(chǎn)品按順序依次經(jīng)過各個(gè)工位,最終完成產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、試驗(yàn)等工作。
對(duì)于每個(gè)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(dòng)關(guān)聯(lián)作業(yè)人員、設(shè)備、工具工裝等信息。
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(xiàng)目,其裝配工位安裝了智能工作臺(tái)。
圖 中車集團(tuán)戚墅堰所裝配工位智能工作臺(tái)
圖 工具的激光自動(dòng)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(gè)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(gè)工步完成后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)工步。
圖 中車集團(tuán)戚墅堰所裝配工位作業(yè)引導(dǎo)界面
該項(xiàng)目通過智能工作臺(tái)和工步引導(dǎo),可以做到:
(1) 集成包括讀卡器、條碼槍、指紋識(shí)別、安燈、觸摸屏、智能工具箱等硬件
(2) 基于RFID自動(dòng)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(dòng)畫、pdf等格式的圖紙、作業(yè)指導(dǎo)文件
(5) 自動(dòng)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(hào)
(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(dòng)下發(fā),實(shí)際值自動(dòng)采集
(9) 基于激光和RFID的工具、套筒扳手引導(dǎo)和防錯(cuò)報(bào)警
(10) 防錯(cuò)安燈自動(dòng)提醒、異常提報(bào)
(11) 質(zhì)量問題例外處理申請(qǐng)和放行
(12) 過盈配合等特殊功能……
圖 扭矩自動(dòng)下發(fā)到智能扳手并采集實(shí)際扭矩
圖 自動(dòng)注油機(jī)集成
圖 全自動(dòng)機(jī)器人涂膠
對(duì)于有條件的情況,可以適度進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)涂膠機(jī)、組裝機(jī)器人、機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備,以減少勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率、提高質(zhì)量穩(wěn)定性。
圖 自動(dòng)在線檢測(cè)
圖 無線量具實(shí)時(shí)傳輸質(zhì)檢數(shù)據(jù)
下圖是佰思杰自動(dòng)化設(shè)備比較典型的流程。其中包括了產(chǎn)品流入檢測(cè)、設(shè)備啟停、拉動(dòng)物料配送、生產(chǎn)參數(shù)下發(fā)、啟動(dòng)作業(yè)、作業(yè)完成自動(dòng)轉(zhuǎn)出等,進(jìn)入下一節(jié)拍,根據(jù)轉(zhuǎn)入產(chǎn)品自動(dòng)切換工藝參數(shù),繼續(xù)作業(yè)。
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(huì)報(bào)告異常、或者填報(bào)不合格處理單,觸發(fā)不合格品處理,如果存在不能及時(shí)解決的異常,為了避免脈動(dòng)線堵塞,可以進(jìn)行例外放行。
圖 不符合項(xiàng)報(bào)告
一般例外放行需要進(jìn)行例外轉(zhuǎn)序申請(qǐng),得到許可后方可進(jìn)行例外轉(zhuǎn)序。存在的問題一般會(huì)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。
圖 質(zhì)量放行檢查
裝配線缺件很多時(shí)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(píng)價(jià),實(shí)現(xiàn)對(duì)脈動(dòng)線生產(chǎn)計(jì)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(jī)效等方面的全面監(jiān)控和動(dòng)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(shí)率
直供件配送及時(shí)率
物流配送及時(shí)率
工位平衡率
異常分布情況
異常趨勢(shì)分析
生產(chǎn)實(shí)時(shí)進(jìn)展
計(jì)劃按時(shí)執(zhí)行率
質(zhì)量報(bào)檢處理及時(shí)率
人員工時(shí)統(tǒng)計(jì)
人員出勤統(tǒng)計(jì)
產(chǎn)線OEE
……
圖 產(chǎn)線推移看板
圖 生產(chǎn)綜合看板
圖 工位實(shí)時(shí)狀態(tài)看板
圖 基于VR的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)還原
九、MES/MOM是脈動(dòng)線的大腦
筆者認(rèn)為,要確保脈動(dòng)線的成功實(shí)施,要避免重“硬”輕“軟”。必須要同等重視“軟件”和“硬件”的建設(shè),MES/MOM是脈動(dòng)線高效運(yùn)轉(zhuǎn)、動(dòng)態(tài)調(diào)度和優(yōu)化的大腦。
圖 MES/MOM驅(qū)動(dòng)制造,是制造系統(tǒng)的大腦
MES/MOM在脈動(dòng)裝配線方面帶來的效益總結(jié)如下:
圖 MES/MOM在脈動(dòng)裝配線方面帶來的效益總結(jié)