趋势∣两片罐智能化生产:迈向无人工厂不可错过的时代列车——中国制造2025战略下对制罐业发展的思考

转载 2017-10-27

当前,两片铝罐生产线已经实现了高速、高自动化生产,9个人便可以管理一条2400罐/分钟的高速生产线,可以说在速度和自动化方面的提升空间上几乎走到了尽头。与此同时,这个看似无懈可击的传统行业却也因工作环境艰苦而面临专业技术人员青黄不接的问题,让两片罐智能化生产的趋势在远方若隐若现。

简而言之,人工智能的加入对两片罐生产有两大益处,一是降低对熟练操作和维修人员的数量需求,二是促进行业对未来无人工厂发展的重新思索。 


两片罐智能线控理论的思考(智能瓶颈分析理论的建立)

科技的进步,以及工业互联网的广泛应用,让两片罐生产线线控系统中央控制器的功能有了巨大提升,使我们可以实施很多以前无法想象的控制模式。再加上各生产企业为了充分消除生产线硬件上的瓶颈因素,已经对设备机台进行了充分考虑,生产线瓶颈变得不固定,也让智能瓶颈分析理论应运而生。

两片罐生产线瓶颈可分为生产瓶颈、设备瓶颈、成本瓶颈。


生产瓶颈 系统自动分析并找出生产线的生产瓶颈所在,涉及以下两个方面。

一方面,系统需要动态调整生产线各工序机台的运行速度(速度自动匹配)。首先,设定生产线标准运行速度;其次,设定单设备最高速度;第三,设定单设备最低速度;第四,设备实际运行速度动态调整;第五,平衡各工序设备的速度匹配;第六,使用缓冲来平衡生产线的动态节拍;第七,减少木桶效应。

另一方面,建立简单的模型并用Simulink来仿真生产线动态瓶颈分析的方法。使用一个简单的模型来模仿生产线的动态运行。模型非常简单,只是使用设备A、B、C和设备之间的传输空间设定来考虑问题。如果需要将其扩大到整个生产线的仿真,实际上就是增加不同设备和数量到模型而已,基本控制方法没有太大改变。

通过这个简单的模型可以实现以下两个功能:一是各机台速度的动态调整,二是生产瓶颈的动态跟踪。


设备瓶颈 系统可以动态分析出生产线各设备的设备瓶颈。根据前述模型的建立,说明这个部分一样可以根据现场的数据采集和分析加以利用,主要包括以下三点:近期需要重点关注的设备;该设备经常出现各种数据的不稳定现象;处于生产关键环节的设备(冲杯、拉伸、彩印、缩翻)。


成本瓶颈 相信各种ERP软件比我们考虑的更专业更全面。从控制系统的角度考虑,应在必要的时候降低能耗,主要包括以下两点:设备等待期间节能;满足要求的情况下传输过程降速节能。 

两片罐智能设备实施的思考


PHM理论 故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)广泛应用于各个领域,它是综合利用现代信息技术、人工智能技术的最新研究成果而提出的一种全新的管理健康状态的解决方案。

PHM理论有以下三种方法。一种是基于模型的预测方法。在不太复杂的系统内可以完全通过模型来准确预测,不同的技术团队有不同的建模方法和水平,不过建立准确的模型很难。

另一种是基于真实数据积累的预测方法。必须说明的是,这个方法需要大量的数据积累,一般不单独使用。

还有一种是模型和数据积累共同运用的预测方法。这个预测方法也许是使用最多的。同时还有基于信息物理系统(CPS)的预诊断与健康管理。CPS有5C的架构和体系概念,有兴趣的可以自行学习。

PHM理论在国外历史悠久,美国军方最早提出并使用该技术,如今在民航客机、大型水坝、核电站、汽车制造等领域都有广泛应用。在国内虽然起步较晚但发展很快,现已开始逐渐进入各个制造行业。


两片罐主设备PHM的实施 首先是建立模型(智慧空间的建立)。对生产线主要设备进行建模,包括冲杯、拉伸、彩印、缩翻、码垛,需要采集数据对模型进行必要的训练。使用PHM的模式进行设备的故障预测和过程产品的质量趋势预测。

其次是数据采集的处理,需要对生产线主要设备进行完善的数据采集和处理。

第三,故障趋势预测。在对应数据齐全的情况下可以对各种不同的故障趋势进行分类预测。

第四,质量趋势预测。在对应数据完整和大量数据积累的情况下,可对过程产品的质量趋势进行预测。

第五,人机接口的结果输出。可以使用各种方法将预测结果输出到电脑或者手机上。可以使用人感知最强烈的方式进行表述,如使用图表、百分比等方式表述预测结果。如果希望更加深入了解甚至可以观看数据波形,总之输出的方式多种多样。


PHM实施的益处 长期从事两片罐设备维修管理的工程师都很清楚PHM会带来什么好处,他们心里的苦和累就可以说明一切。同时,长期从事现场生产的生产基层管理者应该清楚过程产品质量趋势预测的好处。


两片罐智能现场物流的实施


合理规划 合理规划厂房及仓储的位置及空间。

AGV的使用 Automated Guided Vehicle(AGV)是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车,是一种工业应用中不需驾驶员的搬运车,以可充电之蓄电池为其动力来源。可以有效减少叉车工的数量。AGV小车和对应的方案非常成熟,主要涉及成品自动入库(小车自动循环装卸)和辅料自动输送(小车定时循环转送)。


智能仓库的应用 目前,国内已经有非常成熟的智能仓储解决方案,此处不再赘述。 

注:故障预测与健康管理(Prognostics andHealth Management, PHM) 理论定义和(AutomatedGuided Vehicle,简称AGV) 说明均来源于百度百科。

经授权转载自罐言盖语


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