趨勢∣兩片罐智能化生産:邁向無人工廠不可錯過的時代列車——中國制造2025戰略下對制罐業發展的思考

轉載 2017-10-27

當前,兩片鋁罐生産線已經實現了高速、高自動化生産,9個人便可以管理一條2400罐/分鍾的高速生産線,可以說在速度和自動化方面的提升空間上幾乎走到了盡頭。與此同時,這個看似無懈可擊的傳統行業卻也因工作環境艱苦而面臨專業技術人員青黃不接的問題,讓兩片罐智能化生産的趨勢在遠方若隱若現。

簡而言之,人工智能的加入對兩片罐生産有兩大益處,一是降低對熟練操作和維修人員的數量需求,二是促進行業對未來無人工廠發展的重新思索。 


兩片罐智能線控理論的思考(智能瓶頸分析理論的建立)

科技的進步,以及工業互聯網的廣泛應用,讓兩片罐生産線線控系統中央控制器的功能有了巨大提升,使我們可以實施很多以前無法想象的控制模式。再加上各生産企業爲了充分消除生産線硬件上的瓶頸因素,已經對設備機台進行了充分考慮,生産線瓶頸變得不固定,也讓智能瓶頸分析理論應運而生。

兩片罐生産線瓶頸可分爲生産瓶頸、設備瓶頸、成本瓶頸。


生産瓶頸 系统自动分析并找出生产线的生産瓶頸所在,涉及以下两个方面。

一方面,系統需要動態調整生産線各工序機台的運行速度(速度自動匹配)。首先,設定生産線標准運行速度;其次,設定單設備最高速度;第三,設定單設備最低速度;第四,設備實際運行速度動態調整;第五,平衡各工序設備的速度匹配;第六,使用緩沖來平衡生産線的動態節拍;第七,減少木桶效應。

另一方面,建立簡單的模型並用Simulink來仿真生産線動態瓶頸分析的方法。使用一個簡單的模型來模仿生産線的動態運行。模型非常簡單,只是使用設備A、B、C和設備之間的傳輸空間設定來考慮問題。如果需要將其擴大到整個生産線的仿真,實際上就是增加不同設備和數量到模型而已,基本控制方法沒有太大改變。

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,二是生産瓶頸的动态跟踪。


設備瓶頸 系统可以动态分析出生产线各设备的設備瓶頸。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)。


成本瓶頸 相信各種ERP軟件比我們考慮的更專業更全面。從控制系統的角度考慮,應在必要的時候降低能耗,主要包括以下兩點:設備等待期間節能;滿足要求的情況下傳輸過程降速節能。 

兩片罐智能設備實施的思考


PHM理論 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理論有以下三种方法。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。

另一種是基于真實數據積累的預測方法。必須說明的是,這個方法需要大量的數據積累,一般不單獨使用。

還有一種是模型和數據積累共同運用的預測方法。這個預測方法也許是使用最多的。同時還有基于信息物理系統(CPS)的預診斷與健康管理。CPS有5C的架構和體系概念,有興趣的可以自行學習。

PHM理論在国外历史悠久,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。


兩片罐主設備PHM的實施 首先是建立模型(智慧空間的建立)。對生産線主要設備進行建模,包括沖杯、拉伸、彩印、縮翻、碼垛,需要采集數據對模型進行必要的訓練。使用PHM的模式進行設備的故障預測和過程産品的質量趨勢預測。

其次是數據采集的處理,需要對生産線主要設備進行完善的數據采集和處理。

第三,故障趨勢預測。在對應數據齊全的情況下可以對各種不同的故障趨勢進行分類預測。

第四,質量趨勢預測。在對應數據完整和大量數據積累的情況下,可對過程産品的質量趨勢進行預測。

第五,人機接口的結果輸出。可以使用各種方法將預測結果輸出到電腦或者手機上。可以使用人感知最強烈的方式進行表述,如使用圖表、百分比等方式表述預測結果。如果希望更加深入了解甚至可以觀看數據波形,總之輸出的方式多種多樣。


PHM實施的益處 長期從事兩片罐設備維修管理的工程師都很清楚PHM會帶來什麽好處,他們心裏的苦和累就可以說明一切。同時,長期從事現場生産的生産基層管理者應該清楚過程産品質量趨勢預測的好處。


兩片罐智能現場物流的實施


合理規劃 合理規劃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)。


智能倉庫的应用 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。

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