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编译服务: 数控机床与工业机器人 编译者: 杨芳 编译时间: Nov 21, 2016 浏 览 量: 14

博世集团作为世界500强,是工业4.0战略的重要发起者。1909年,博世进入中国市场,在中国的销售收入合并达到770亿元人民币,在华员工已超过5万名。

济二是庞大的国有经济体制中的一员,属于国有独资企业,建国前就已建厂,享有“世界三大数控冲压装备制造商之一”的美誉,重型压力机的国内市场占有率高达80%以上。近年来,济二集团销售收入年均增长15%,利润年均增长19%,总资产年均增长17%。

而就是这样一家大型国企,却始终面临着他们的困扰——生产排程难度高、复杂性大。车间作业计划的复杂程度高、作业信息分布广,尤其是计划与信息随时处于动态变化之中,各类信息系统缺乏有效集成,机床利用率不充分,大量的工作依靠计划员人工处理,而培养一位计划员导入期长达5年。

据统计,济二集团2015年加工订单总数达到了11.9万条,工序数高达51.2万条。这些订单需要处理279万条信息(包括零件工序开工、工序完工、实物状态、实物转序、订单入库等),也就是说,25个作业计划员每天每人要处理305条信息,这确实是一项繁重的任务工作。

面对这些挑战,济二集团有了这样一个研究课题——怎样降低对于计划员的依赖,用系统来实施排程,并且是动态的排程。复杂且多变的生产排程不仅是济南二机床集团有限公司面临的个性问题,也是目前整个机床行业乃至离散型制造面临的计划和排程上的难题。

项目的由来

济二的生产模式是典型的离散型制造,单件、小批量组织的企业。随着这些年产品的创新和转型升级,济南二机床对于国外市场的开拓也取得了一定的成绩。但是,在市场开拓过程中,如何按照用户的需求生产出来成为摆在济二面前的一道难关。

在走访过程中,济二的项目负责人对记者说:“其实,很多人都知道我们赢得了美国福特的项目订单,可大家不知道的是,那时我们正在与德国企业大打价格战。因此,我们一方面要降低成本,另一方面还要缩短交货期”,正是激烈的市场竞争,使得济二萌生了大力发展智能制造的念头。

实际上,对于智能排产项目而言,济二早已开始调研。一年前,济二便与国内外的知名高校、企业交流,可始终郁郁无果。今年4月,博世来到济南二机床。而此时,济二集团方知工信部已经提供了一个中德智能制造联盟,而博世正在其中,借助工信部搭建的“桥梁”,由博世牵头,申报了博世济二智能生产排程系统的试点示范项目。

对此,博世中国战略规划与业务发展总监刘敏回忆道:“我们很荣幸能够与济南二机床合作并获得工信部的认可,成功入选2016年的中德智能制造试点示范项目。我们不仅需要关注大规模生产,也要有效处理小规模和个性化定制。”

项目落地分三步

济南二机床的生产属于单件小批量生产组织类型,按订单组织生产。对于加工而言,ERP系统按零件给车间下达加工订单,车间接到ERP下达的加工订单后,按照零件加工工序制定车间作业计划并组织生产,但ERP系统不能实现车间作业计划的管理。目前,车间作业计划完全依靠车间计划员人工制定,作业计划执行过程中受大量不确定因素的影响,也需要人工随时调整作业计划。

构建物理模型

正所谓万事开头难,最难的就是建立智能排产的物理模型。2016年7月,博世开始对济二的试点示范车间进行智能生产排程物理结构流程的搭建。博世的工作人员首先对济二开始进行“大搜查”,而首当其冲的便是找出目前生产价值流中的瓶颈和潜在的问题。通过筛选,博世发现了不少问题,比如齿轮加工车间——生产计划员工作繁琐,需要向每个工序下达指令,没有定拍点;计划下达后,没有衔接,需要去车间查看生产状态,信息反馈不明确;设备的实时状态跟踪不完善,缺少设备及生产过程基本数据和分析;设备的标准加工工时与实际情况有差距,标准工时制度不明确。

转化为数学模型

到今年年底前,博世公司就将开始搭建智能生产排程的数学结构和系统框架,也就是将物理模型转换为数学模型。也就是说,在第一步价值链分析过后,就需要在生产中导入智能生产排程系统。

在现实生产中,生产环境往往是动态多变的。临时订单改变,紧急查单的情况经常出现。机器环境往往比理论假设的机器环境更为复杂。因此,智能生产排程系统将需要摆脱以往的人工生产排程和干预,自动将客户的订单变化和生产资源连接,实现自动排程。

除了动态变化之外,智能生产排程也需要快速响应。传统的排程中采用许多算法技术与启发式程序,但随着系统的随机性增大,即使精确的数学算法也无法应对大量的随机事件,单纯的数学模型已经不能满足现实的变化了。

博世的项目负责人对此感触颇深:“其实,在转换的过程中,我们要想到有哪些约束条件,比如我们的资源、设备、产品在加工时有没有多种可能性,有多少台设备可以生产,这个资源的约束急需要考虑外部约束,同时也要考虑到企业内部的约束,当把这样的模型和约束条件建立起来以后,最终我们就能够达到最优,找到最佳的产出与交付。”

打通数据接口

实施路径的最后一步,是将设备、ERP、智能生产排程和MES经过数据接口交互打通,这项工作则计划在2018年3月完成。借助传感器,老的设备也能互联并及时发送状态给MES。ERP发出实时订单需求,MES接收并发出实时生产状况及设备状态,并将其反馈给智能生产排程系统。

这样,“数学模型+场景化控制理论+大数据分析”将建立一个高效的计划排程执行的闭环体系,这将优化并简化系统,达到按需生产、精益制造、柔性生产的目标。

执行面临不小挑战

其实,从博世的角度来看,更像是扮演一个医生,为客户去把脉。用博世自己的话来说,便是三个词——引导、鼓励、融合。

从引导的角度看,企业提出的需求与瓶颈对于博世来说是非常重要的,它有利于帮助刺激一些新的适应性方案,“当然,就像我们所看到的,永远都没有最完美的方案,只有最适合你的方案”,博世的工作人员如此解释道。

从鼓励的角度看,其实就涉及企业之间的合作问题,在博世看来,很多中国的企业并不自信,除了上述的技术层面的问题,很多中国企业遇到难题的时候,还总是期待能够外部引入的公司“一揽子”解决所有的问题。博世的项目负责人对记者说:“其实,企业真正的核心工艺流程,所有这些支持都要自身来解决。我们带来IT技术,以及对生产技术的理解,而企业需要将自己的生产特性与我们融合。”

从融合的角度看,体现的便是更深层级的文化上的融合。说到这,博世的负责人形象地举了个例子:“我在德国上学的时候,教授便提到过,说他在画图的时候,德国人喜欢先计划、再实施,计划的时间可能要占到四分之三的时间;而中国做项目的方式和美国比较接近,边计划边实施。在中德合作的过程中,我们就需要把德国严谨和标准化这样的文化与中国灵活多变的文化相结合,这样才能保证我们每一个项目的效率。”

除此之外,在合作的过程中,双方还发现,目前中国制造业的现状是“懂机械制造的人不动信息化,懂信息化的人不懂机械制造”。因此,教育机构在未来也需要结合智能制造的发展方向,与制造企业深度合作,开展一系列课程,未雨绸缪,培养先进制造的复合型专业人才。

  
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