裝配流水線(xiàn)定制服務(wù)


一、什么是脈動(dòng)裝配線(xiàn)


脈動(dòng)裝配線(xiàn)(Pulse Assembly Line,簡(jiǎn)稱(chēng)“脈動(dòng)線(xiàn)”),是一種按節拍移動(dòng)、流水化作業(yè)的裝配線(xiàn),采用了精益生產(chǎn)的思想,對裝配過(guò)程進(jìn)行再設計、優(yōu)化和平衡,將裝配作業(yè)均衡地分配到適當規模的工位上完成,實(shí)現柔性生產(chǎn)和大規模定制,從而減少作業(yè)員勞動(dòng)強度,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(chē)長(cháng)客地鐵車(chē)輛總裝配脈動(dòng)線(xiàn)




二、脈動(dòng)線(xiàn)為什么會(huì )失敗



脈動(dòng)線(xiàn)在國內目前已經(jīng)普遍應用到機車(chē)車(chē)輛、電力裝備、工程機械、航空航天、國防軍工等行業(yè),但是許多的脈動(dòng)線(xiàn)項目并不是很成功,甚至部分產(chǎn)線(xiàn)沒(méi)有真正運行過(guò)。


佰思杰參與過(guò)許多成功的脈動(dòng)線(xiàn)項目,包括中車(chē)長(cháng)客武漢工廠(chǎng)總裝配線(xiàn)、航天科工23所總裝脈動(dòng)線(xiàn)、西開(kāi)電氣高壓開(kāi)關(guān)脈動(dòng)線(xiàn)、寶雞電氣開(kāi)關(guān)柜脈動(dòng)線(xiàn)等,基于我們的經(jīng)驗,我們梳理了其中的挑戰,通常包括以下


(1)工藝不夠優(yōu)化和均衡、工藝結構化不足


工藝的優(yōu)化不夠,無(wú)法實(shí)現流水化、均衡化生產(chǎn),或者工藝數據的結構化不足以支撐自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)運行。


(2)無(wú)法實(shí)現混線(xiàn)生產(chǎn)下的脈動(dòng)線(xiàn)快速切換


多品種、小批量混線(xiàn)模式下,產(chǎn)線(xiàn)的切換需要大量的人工,時(shí)間過(guò)長(cháng),容易出現各種錯誤,無(wú)法完成快速切換。


(3)混線(xiàn)生產(chǎn)模式下,無(wú)法實(shí)現物料精準供給


混線(xiàn)模式下,實(shí)現物料按工位的精準配送是一個(gè)難點(diǎn),通常包括齊套性無(wú)法保證、零部件質(zhì)量不穩定、配送準時(shí)性難保證。


(4)自動(dòng)化設備集成不足,人機交互困難


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


(5)缺少數據采集、數據監控、分析與智能輔助決策


缺少數據采集,難以實(shí)時(shí)掌握脈動(dòng)線(xiàn)的狀態(tài),人工調度低效,難以充分發(fā)揮出脈動(dòng)線(xiàn)的能力,造成了許多的浪費,更無(wú)法進(jìn)行量化分析、知識化和持續改進(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。脈動(dòng)線(xiàn)項目雖然上線(xiàn)了一堆單元級的硬件和軟件子系統,但是如果無(wú)法使得這些軟硬件子系統高效協(xié)作,就無(wú)法支撐脈動(dòng)線(xiàn)的運行。


本文將重點(diǎn)從脈動(dòng)線(xiàn)的軟件系統支撐MES/MOM角度,重點(diǎn)針對脈動(dòng)線(xiàn)的特色需求進(jìn)行探討。MES/MOM在脈動(dòng)線(xiàn)方面的應用主要包括生產(chǎn)排序、物料齊套、物料配送、作業(yè)引導、數據采集、生產(chǎn)監控、生產(chǎn)調度等,對人機料法環(huán)測等生產(chǎn)要素進(jìn)行全面的管理和監控。




三、脈動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)和工藝建模



脈動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)精益生產(chǎn)和持續改進(jìn)需要考慮如何設定節拍,科學(xué)合理地分配工位,產(chǎn)能平衡,縮小占地面積、實(shí)現作業(yè)標準化、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(zhuān)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、路徑規劃等。


MES/MOM系統脈動(dòng)線(xiàn)建模工具是實(shí)現精益生產(chǎn)和持續改進(jìn)的必要條件,用于支持生產(chǎn)線(xiàn)的重構和柔性配置。建模的內容包括工位設置、資源配備、物流供應等,因為這些信息是脈動(dòng)線(xiàn)可以正常運行的最重要的基礎支撐,如下圖。


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圖 脈動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)建模


脈動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)建模的主要內容包括:


(1)工位的設置以及工位的連接關(guān)系,要求支持拖拉式布局調整。


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


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


(4)環(huán)境工藝參數等,例如環(huán)境信息、工藝參數等。


借助MES/MOM的生產(chǎn)線(xiàn)建模功能,基于圖形化可拖拽建模方式實(shí)現工位設置和連接方式、制造資源(例如人、設備、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(xiàn)工藝建模的主要內容包括:


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圖 脈動(dòng)線(xiàn)工藝建模


(1)工序的設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(mǎn)足均衡生產(chǎn)的要求,可以方便調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、設備要求、工具工裝要求、圖紙、工藝文件、工藝參數、物料需求、質(zhì)量檢驗要求、質(zhì)量預警判定規則、環(huán)境要求等信息。


(3)維護特殊工藝信息例如擰緊扭矩要求、油脂加注參數、焊接電壓電流等。


如下圖,佰思杰MOM系統支持結構化的工藝路線(xiàn),不僅僅定義了工藝路線(xiàn),還包括執行工序和工序工時(shí),以及工序所需要的資源,包括人員、設備、物料、工具工裝、檢驗要素等,同時(shí)包括相關(guān)的工藝參數、圖紙工藝等附件資料。


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圖 結構化工藝


對于復雜的脈動(dòng)線(xiàn),還需要對每個(gè)工位之下的工序和工步進(jìn)行細化管理,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,例如設備、工具工裝、人員等生產(chǎn)資源的。例如地鐵車(chē)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拍,還需要進(jìn)一步排程到工步。


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圖 定義工藝執行順序




四、上線(xiàn)排序與齊套檢查



對于脈動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn),生產(chǎn)計劃一般會(huì )排程到每一個(gè)節拍,編排好每一個(gè)產(chǎn)品上線(xiàn)的順序,這個(gè)順序非常重要,不僅決定了上線(xiàn)、交貨的順序,更重要的是要指導生產(chǎn)準備工作,例如物料要提前進(jìn)行揀配。生產(chǎn)計劃排程子系統的模塊通常包括:


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圖 生產(chǎn)計劃排程子系統


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(dòng),通常是總裝計劃拉動(dòng)部裝計劃,計劃排程會(huì )更加復雜,如下圖所示:


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圖 總裝線(xiàn)與部裝線(xiàn)的聯(lián)動(dòng)


另外還有一些情況需要考慮,例如部裝線(xiàn)下線(xiàn)緩沖區、總裝工位上線(xiàn)點(diǎn)、多產(chǎn)線(xiàn)之間平衡問(wèn)題、對外供應插單問(wèn)題等。


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圖 總裝線(xiàn)和部裝線(xiàn)的聯(lián)動(dòng)排程


需要考慮部裝線(xiàn)和總裝線(xiàn)的緩沖區容量問(wèn)題,既要保證連續供應,也不能超出緩沖區的容量。又如,多條總裝線(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)時(shí),部裝線(xiàn)必須混線(xiàn)生產(chǎn),為多條總裝線(xiàn)交叉切換,保證多條總裝線(xiàn)的及時(shí)供應。有時(shí)候,部裝線(xiàn)還對外供貨,盡量利用為總裝線(xiàn)供應的空檔期插單進(jìn)行排程,不影響總裝線(xiàn)的連續供應。


很多時(shí)候會(huì )因為物料不齊套造成停工待料,而人工進(jìn)行物料齊套檢查是非常困難的,但是計算機卻很擅長(cháng)。此時(shí)需要讀取物料的庫存數據,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(shí)間確認的信息,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(kāi)電氣齊套檢查


通常情況下,計劃與齊套檢查結果是相互影響的,例如計劃的順序會(huì )影響齊套的結果,比如前面生產(chǎn)的消耗物料,會(huì )造成后面的生產(chǎn)計劃缺料。因為缺料會(huì )調整計劃,也會(huì )影響齊套結果,通常需要重新計算齊套結果。


系統自動(dòng)計算物料齊套情況,輸出欠料清單,以便及時(shí)對物料進(jìn)行跟催,或及時(shí)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(dòng)進(jìn)行,需要人工介入,因為涉及到外部供應商,確認的結果不同,計劃的調整可能是不同的。




五、拉動(dòng)物料精準配送



國內建設的一些脈動(dòng)線(xiàn)無(wú)法真正實(shí)現脈動(dòng)生產(chǎn),最重要的原因是無(wú)法保證物料的精準供給,物料供給系統的最終目的是根據生產(chǎn)計劃和物料拉動(dòng)指令將合格的物料按需準確、按時(shí)間節點(diǎn)準時(shí)配送到相應的工位,形成拉動(dòng)式物料配送。


物料供給系統通常包括自動(dòng)化立體倉庫、物料揀選料架、叉車(chē)/物料小車(chē)、AGV、自動(dòng)上料裝置等。許多企業(yè)雖然建設了自動(dòng)化的物流設備,但是沒(méi)有與MES/MOM的生產(chǎn)計劃和執行相連接,以至于無(wú)法實(shí)現拉動(dòng)式配送。


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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劃


物料配送需求需要根據生產(chǎn)計劃自動(dòng)生成,當計劃有調整時(shí),應該自動(dòng)更新物料配送需求計劃。一般來(lái)說(shuō),配送需求計劃會(huì )包括配送的工位、時(shí)間、物料、數量等信息。


(2) 根據配送需求生成配送計劃



配送計劃根據配送需求計劃生成,一般需要考慮:


  • 配送的來(lái)源,例如不同來(lái)源的物料配送計劃要分開(kāi)。

  • 配送的批量,一次配送一個(gè)節拍,還是多個(gè)節拍的物料。

  • 配送需求的時(shí)間、配送周期、容器。

  • 配送方式,叉車(chē)、AGV、小推車(chē)、物流小火車(chē)等。



(3) 生成揀配任務(wù)并執行揀配


系統根據配送計劃生成揀配任務(wù),倉庫內執行揀配,并將物料分揀到容器中。揀配完成,轉配送緩沖區暫存等待配送,如果倉庫不是很靠近生產(chǎn)工位,可以周轉到線(xiàn)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(dòng)進(jìn)一步配送到工位




工位根據生產(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庫。


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圖 AGV執行配送任務(wù)


有些時(shí)候在配送工位之前還需要進(jìn)行一些預處理。例如有些零件需要進(jìn)行清洗作業(yè),例如高壓開(kāi)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)行預熱處理。配送的過(guò)程會(huì )包含更多的采集和監控點(diǎn)。


為了減少物料搬運次數,還需要支持采購直供和自制直供配送模式。某些零部件由供應商直接配送到車(chē)間,稱(chēng)為采購直供件;某些零件由其他車(chē)間直接供應,稱(chēng)為自制直供件。一般在車(chē)間設置直供件接收點(diǎn),根據生產(chǎn)計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(xiàn)、總裝線(xiàn),還需要考慮分裝線(xiàn)和總裝的聯(lián)動(dòng)。對于混線(xiàn)的情況,分裝線(xiàn)按總裝產(chǎn)品的順序組織生產(chǎn),分裝下線(xiàn)后進(jìn)入一個(gè)暫存區排隊,等待總裝工位的拉動(dòng)信號再配送到總裝線(xiàn)。


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圖 配送看板




六、裝配執行與防錯



在進(jìn)行裝配作業(yè)時(shí),產(chǎn)品按計劃的上線(xiàn)順序上線(xiàn),在首工位打印粘貼產(chǎn)品序列號條碼,也可以采用RFID標簽。產(chǎn)品按順序依次經(jīng)過(guò)各個(gè)工位,最終完成產(chǎn)品的裝配、調試、試驗等工作。


對于每個(gè)工位,作業(yè)員可以看到終端上顯示了當前產(chǎn)品的作業(yè)指導等相關(guān)信息,并按作業(yè)指導進(jìn)行裝配作業(yè)。作業(yè)過(guò)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(chē)集團戚墅堰研究所高鐵齒輪箱裝配線(xiàn)的MES項目,其裝配工位安裝了智能工作臺。


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圖 中車(chē)集團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(dòng)引導


MES/MOM系統控制裝配作業(yè)必須按照工步順序執行,每執行一個(gè)工步,可以在MES/MOM系統中反饋工步執行狀態(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)跳轉到下一個(gè)工步。


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圖 中車(chē)集團戚墅堰所裝配工位作業(yè)引導界面


該項目通過(guò)智能工作臺和工步引導,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(dòng)檢查智能工具箱的工裝、工具

(3) 嚴格按工步的順序指導裝配作業(yè)

(4) 查看文字、圖片、動(dòng)畫(huà)、pdf等格式的圖紙、作業(yè)指導文件

(5) 自動(dòng)采集人員、設備、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)數據

(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、套筒扳手引導和防錯報警

(10) 防錯安燈自動(dòng)提醒、異常提報

(11) 質(zhì)量問(wèn)題例外處理申請和放行

(12) 過(guò)盈配合等特殊功能……


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圖 扭矩自動(dòng)下發(fā)到智能扳手并采集實(shí)際扭矩


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圖 自動(dòng)注油機集成


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圖 全自動(dòng)機器人涂膠


對于有條件的情況,可以適度進(jìn)行自動(dòng)化。例如可以集成壓力機、智能力矩扳手、油脂加注機、自動(dòng)涂膠機、組裝機器人、機器視覺(jué)檢測設備,以減少勞動(dòng)強度、提高效率、提高質(zhì)量穩定性。


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圖 自動(dòng)在線(xiàn)檢測


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圖 無(wú)線(xiàn)量具實(shí)時(shí)傳輸質(zhì)檢數據


下圖是佰思杰自動(dòng)化設備比較典型的流程。其中包括了產(chǎn)品流入檢測、設備啟停、拉動(dòng)物料配送、生產(chǎn)參數下發(fā)、啟動(dòng)作業(yè)、作業(yè)完成自動(dòng)轉出等,進(jìn)入下一節拍,根據轉入產(chǎn)品自動(dòng)切換工藝參數,繼續作業(yè)。


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圖 佰思杰MOM、FMS和IOT模塊




七、例外放行與線(xiàn)下補裝



裝配過(guò)程中存在的異常,一般情況下應該在轉序前解決,通常會(huì )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(shí)解決的異常,為了避免脈動(dòng)線(xiàn)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)行例外轉序申請,得到許可后方可進(jìn)行例外轉序。存在的問(wèn)題一般會(huì )要求在某工位之前解決,也存在下線(xiàn)后解決的情況,最典型的就是缺件補裝。


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圖 質(zhì)量放行檢查


裝配線(xiàn)缺件很多時(shí)候無(wú)法完全避免,如果所缺少的零部件不影響產(chǎn)品后續組裝和調試,可以允許線(xiàn)下補裝。當然需要進(jìn)行一系列卡控,以防止忘記補裝的情況。




八、過(guò)程可視與數字孿生



研究并建立車(chē)間數字化智能看板,通過(guò)多維度、多種形式的可視化、健康參數感知、求解和綜合評價(jià),實(shí)現對脈動(dòng)線(xiàn)生產(chǎn)計劃、物料供給、生產(chǎn)執行、質(zhì)量控制、異常處理、設備運維、人員績(jì)效等方面的全面監控和動(dòng)態(tài)調度。


監控的內容通常包括:



  • 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

  • 異常趨勢分析

  • 生產(chǎn)實(shí)時(shí)進(jìn)展

  • 計劃按時(shí)執行率

  • 質(zhì)量報檢處理及時(shí)率

  • 人員工時(shí)統計

  • 人員出勤統計

  • 產(chǎn)線(xiàn)OEE

  •  ……



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圖 產(chǎn)線(xiàn)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(shí)狀態(tài)看板


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圖 基于VR的現場(chǎng)實(shí)時(shí)還原




九、MES/MOM是脈動(dòng)線(xiàn)的大腦



筆者認為,要確保脈動(dòng)線(xiàn)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,MES/MOM是脈動(dòng)線(xiàn)高效運轉、動(dòng)態(tài)調度和優(yōu)化的大腦。


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圖 MES/MOM驅動(dòng)制造,是制造系統的大腦


MES/MOM在脈動(dòng)裝配線(xiàn)方面帶來(lái)的效益總結如下:


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圖 MES/MOM在脈動(dòng)裝配線(xiàn)方面帶來(lái)的效益總結