引言

隨著我國(guó)制造型企業(yè)的不斷發(fā)展,對(duì)生產(chǎn)的精細(xì)化運(yùn)作和企業(yè)自身競(jìng)爭(zhēng)力的要求越來(lái)越高,成本低、質(zhì)量好、交付快,這就是制造型企業(yè)未來(lái)的出路。雖然很多企業(yè)已經(jīng)上線了ERP、CRM、PLM等公司級(jí)管理軟件,但生產(chǎn)制造的流程仍然得不到很好的控制,生產(chǎn)效率低下,包括生產(chǎn)線上的加工信息、成本信息、質(zhì)量信息、設(shè)備故障信息等不能及時(shí)反饋和有效控制。制造型企業(yè)追切需要實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)信息,做好精益生產(chǎn),通過(guò)黑燈工廠的應(yīng)用進(jìn)行快速反饋和決策,配合MES制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝流程、質(zhì)量的跟蹤和追溯,對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的效能分析,為生產(chǎn)、質(zhì)量、工藝等部門提供車間管理的信息服務(wù),結(jié)合APS、WMS、SRM等生產(chǎn)輔助系統(tǒng)打通訂單、倉(cāng)儲(chǔ)、物流各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的全面數(shù)字化和智能化。建設(shè)黑燈工廠,成為一個(gè)很有意義的研究課題。

1黑燈工廠理論介紹

關(guān)于黑燈工廠,首先是基于精益生產(chǎn)的前提來(lái)實(shí)現(xiàn)的。精益生產(chǎn)即“豐田生產(chǎn)",起源于日本,通過(guò)顧客需求拉動(dòng)生產(chǎn),以消滅浪費(fèi)和快速反應(yīng)為核心,使生產(chǎn)以最少的投入獲得最佳的運(yùn)作效益和市場(chǎng)響應(yīng)速度。精益生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)包括以下三個(gè)要素:

(1)一個(gè)目標(biāo):提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,最大限度滿足和最優(yōu)質(zhì)量服務(wù)制造業(yè)的需求。

(2)兩大支柱:

準(zhǔn)時(shí)化:在必要的時(shí)候,按必要的數(shù)量提供制造所需的物料。

自動(dòng)化:當(dāng)生產(chǎn)全過(guò)程任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生異常,系統(tǒng)具備自動(dòng)快速響應(yīng)異常的能力。

(3)五項(xiàng)原則:

價(jià)值:以滿足和服務(wù)制造生產(chǎn)的程度來(lái)體現(xiàn)價(jià)值。價(jià)值流:基于制造的需求建立生產(chǎn)的價(jià)值管理流程。流動(dòng):生產(chǎn)流與信息流高效同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

拉動(dòng):各環(huán)節(jié)無(wú)縫連接,異常出現(xiàn)時(shí),可以快速拉動(dòng)響應(yīng)機(jī)制。

完美:建立持續(xù)改善的管理流程。

隨著精益生產(chǎn)理念的不斷深入應(yīng)用,在勞動(dòng)力指向型企業(yè)里,大量的機(jī)械化生產(chǎn)代替了勞動(dòng)力生產(chǎn),即無(wú)人化生產(chǎn),機(jī)械生產(chǎn)按程序運(yùn)行,不需要燈光照明,這就是黑燈工廠。黑燈工廠指的是工廠可以關(guān)著燈,照樣在生產(chǎn),從原材料進(jìn)去,到中間的制造過(guò)程、檢測(cè)、包裝,直至最后成品,完全是無(wú)人化,通過(guò)MES等生產(chǎn)制造系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行控制,自動(dòng)化設(shè)備與照明系統(tǒng)智能交互,實(shí)現(xiàn)了最終的柔性生產(chǎn),滿足了產(chǎn)品快速交付,高質(zhì)量、低價(jià)格以及消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品多樣化、小量化的需求。

對(duì)于制造生產(chǎn),黑燈工廠總體可實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo):

(1)透明:通過(guò)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集,進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度,從領(lǐng)料、備料、投料,到生產(chǎn)、裝配、包裝、入庫(kù)等生產(chǎn)各環(huán)節(jié),提高整體協(xié)作能力,使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程透明化、數(shù)字化。

(2)敏捷:對(duì)人員、設(shè)備、物料等生產(chǎn)信息快速進(jìn)行整合協(xié)調(diào),保證生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃順利進(jìn)行,及時(shí)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)突發(fā)狀況。

(3)追溯:對(duì)所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類歸檔,包括生產(chǎn)過(guò)程中的物料信息、工藝參數(shù)、質(zhì)量狀況、設(shè)備運(yùn)行情況等,確保實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)記錄,保證產(chǎn)品的可追溯性。

(4)預(yù)警:根據(jù)生產(chǎn)情況,設(shè)定關(guān)鍵指標(biāo),實(shí)時(shí)監(jiān)控指標(biāo)完成情況,以最快的形式推送生產(chǎn)過(guò)程中的報(bào)警信息,提前反饋和快速響應(yīng)處理,減少問(wèn)題和故障的發(fā)生。

(5)改善:從產(chǎn)品質(zhì)量到設(shè)備效率,全方位在線控制,實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè),預(yù)防為主,動(dòng)態(tài)調(diào)整,確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠性,不斷優(yōu)化和持續(xù)改進(jìn)。同時(shí),生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行效率在全生命周期內(nèi)得到了很好的控制,積累了大量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),建立了非常完善的設(shè)備預(yù)防保養(yǎng)機(jī)制,為黑燈工廠的實(shí)現(xiàn)提供了基礎(chǔ)保障能力。

2黑燈工廠在RO膜自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用

RO膜,也就是反滲透膜,英文全稱ReverSeoSmoSiS。依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過(guò)程,是凈水行業(yè)必不可少的關(guān)鍵水處理技術(shù),得RO膜者得凈水市場(chǎng)。RO膜生產(chǎn)工藝過(guò)程復(fù)雜,很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題還沒(méi)有得到解決,目前大部分都是手工卷膜,受熱捧的大通量RO膜產(chǎn)品由于手工卷膜非常困難,市場(chǎng)上一度出現(xiàn)斷貨情況。通過(guò)黑燈工廠的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了RO膜的自動(dòng)化生產(chǎn),解決了大通量RO膜生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。

2.1RO膜自動(dòng)化生產(chǎn)的流程

RO膜自動(dòng)化生產(chǎn)分為卷膜、固化、裝配、包裝四部分,具體生產(chǎn)流程如圖1所示。

(1)卷膜:大通量膜生產(chǎn)需要根據(jù)不同尺寸卷制兩層以上的膜片,包括上導(dǎo)流布、膜片、網(wǎng)格、底導(dǎo)流布,自動(dòng)疊加卷制在中心管上,最后自動(dòng)卷上藍(lán)皮膠帶,完成卷膜部分的自動(dòng)化生產(chǎn)。

(2)固化:通過(guò)RFID信息追溯自動(dòng)貼標(biāo)以區(qū)分物料的型號(hào)及信息,自動(dòng)進(jìn)入固化爐固化。

(3)裝配:根據(jù)預(yù)先設(shè)定的尺寸進(jìn)行切割,通過(guò)緩存料倉(cāng)及振動(dòng)盤自動(dòng)完成Y型圈和0型圈的裝配,最后自動(dòng)卷上白皮膠帶,完成裝配部分的自動(dòng)化生產(chǎn)。

(4)包裝:自動(dòng)充氮包裝膜,然后進(jìn)入后道自動(dòng)裝盒、裝箱。

2.2RO膜自動(dòng)化生產(chǎn)的黑燈工廠應(yīng)用

通過(guò)對(duì)RO膜生產(chǎn)區(qū)域的整合,不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程,將原來(lái)的手工生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)為自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。首先,生產(chǎn)區(qū)域可以通過(guò)光感、熱感、動(dòng)感及手動(dòng)來(lái)控制照明燈:其次,將智能照明系統(tǒng)與自動(dòng)化設(shè)備相對(duì)接,在設(shè)備正常運(yùn)行且現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人巡查的情況下,智能照明系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉對(duì)應(yīng)區(qū)域照明,即為黑燈工廠的效果,當(dāng)設(shè)備需要上料或出現(xiàn)故障需要人為干預(yù)時(shí),設(shè)備再向MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)輸出信號(hào),同時(shí)也會(huì)向智能照明系統(tǒng)輸出信號(hào)。辦公室值守人員可以第一時(shí)間收到MES系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào),并且對(duì)應(yīng)生產(chǎn)區(qū)域的照明亮起,方便操作人員進(jìn)行換料或故障排查。上料完成或故障排除后,車間繼續(xù)進(jìn)行黑燈生產(chǎn)。

RO膜自動(dòng)化生產(chǎn)黑燈工廠的應(yīng)用,包括總體方案設(shè)計(jì)、自動(dòng)生產(chǎn)排程、自動(dòng)線邊庫(kù)上料、自動(dòng)設(shè)備管理,保證了黑燈工廠整體的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.1總體方案設(shè)計(jì)

詳細(xì)方案如圖2所示。

MES系統(tǒng)通過(guò)接口,接收ERP的物料主數(shù)據(jù)、產(chǎn)品B0M和反饋MES系統(tǒng)中的工單排程生產(chǎn)完工情況,接收WMS原材料檢驗(yàn)申請(qǐng)、原材料和成品的庫(kù)存信息、生產(chǎn)領(lǐng)料單信息并發(fā)送生產(chǎn)補(bǔ)料單信息、生產(chǎn)入庫(kù)單信息、產(chǎn)品狀態(tài),接收AGV系統(tǒng)的物料拉動(dòng)信息與狀態(tài),接收自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)信息、工藝信息、打印信息。

APS系統(tǒng)通過(guò)接口,接收ERP系統(tǒng)的需求計(jì)劃并發(fā)送生產(chǎn)排程結(jié)果,接收MES系統(tǒng)中的生產(chǎn)進(jìn)度和庫(kù)存信息并發(fā)送生產(chǎn)排程結(jié)果,接收WMS系統(tǒng)中的物料和成品庫(kù)存信息以及物料的回貨計(jì)劃信息。

2.2.2自動(dòng)生產(chǎn)排程

詳細(xì)方案如圖3所示。

RO膜生產(chǎn)線是一體自動(dòng)化設(shè)備,生產(chǎn)前需在MES系統(tǒng)中選擇下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃并記錄物料投放信息,采集生產(chǎn)過(guò)程信息并記錄產(chǎn)出數(shù)量,每個(gè)APS生產(chǎn)排程工單都會(huì)根據(jù)MES系統(tǒng)下達(dá)的任務(wù)執(zhí)行,自動(dòng)完成生產(chǎn)排程的全過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備剔除的不良品需累計(jì)不良數(shù)量發(fā)送給MES系統(tǒng),根據(jù)不良數(shù)量生成相應(yīng)的檢驗(yàn)單,并補(bǔ)全相應(yīng)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)完工后通過(guò)WMS入庫(kù),工單結(jié)束前通過(guò)計(jì)數(shù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)整生產(chǎn)排程。APS生產(chǎn)自動(dòng)排程,保證了黑燈工廠的訂單計(jì)劃持續(xù)供應(yīng)。

2.2.3自動(dòng)線邊庫(kù)上料

詳細(xì)方案如圖4所示。

工單生產(chǎn)前,生產(chǎn)人員根據(jù)ERP的生產(chǎn)領(lǐng)料單去倉(cāng)庫(kù)領(lǐng)料,WMS系統(tǒng)將實(shí)際領(lǐng)料情況發(fā)送給MES系統(tǒng),MES系統(tǒng)記錄相應(yīng)工單的領(lǐng)料信息。車間人員在MES系統(tǒng)提前維護(hù)好線邊庫(kù)基礎(chǔ)信息,在領(lǐng)料到線邊時(shí)在系統(tǒng)中記錄入庫(kù)到線邊的物料信息。在生產(chǎn)時(shí),系統(tǒng)根據(jù)投產(chǎn)的物料或者產(chǎn)出累計(jì)物料消耗,并更新物流庫(kù)存。在每天生產(chǎn)結(jié)束時(shí),生產(chǎn)人員或線邊管理人員需盤點(diǎn)線邊庫(kù)內(nèi)的物流實(shí)際情況,并記錄物料庫(kù)存盤點(diǎn)信息。

通過(guò)線邊庫(kù)的調(diào)度,AGV小車自動(dòng)運(yùn)輸,直接與RO膜生產(chǎn)設(shè)備對(duì)接自動(dòng)上料,實(shí)時(shí)匹配庫(kù)存信息和生產(chǎn)需求信息,保證了黑燈工廠的連續(xù)運(yùn)行。

2.2.4自動(dòng)設(shè)備管理

詳細(xì)設(shè)備管理流程如圖5所示。

黑燈工廠的應(yīng)用,離不開設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。制定詳細(xì)的設(shè)備管理流程,首先要建立自動(dòng)化設(shè)備的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù),包括設(shè)備臺(tái)賬、保養(yǎng)計(jì)劃和常見的故障解決方案等:其次,生產(chǎn)過(guò)程中要認(rèn)真執(zhí)行保養(yǎng)計(jì)劃,及時(shí)盤點(diǎn)備件庫(kù)存情況:最后,要持續(xù)監(jiān)控自動(dòng)化設(shè)備過(guò)程,實(shí)時(shí)收集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),包括溫度、電流、功率等,通過(guò)分析比對(duì)判斷設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)情況,及時(shí)預(yù)判可能出現(xiàn)的故障及備件更換計(jì)劃,從而大大降低設(shè)備故障率。

3結(jié)語(yǔ)

文中主要介紹了黑燈工廠在RO膜自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用,基于精益生產(chǎn)不斷優(yōu)化流程的前提,對(duì)實(shí)現(xiàn)凈水行業(yè)RO膜產(chǎn)品自動(dòng)化生產(chǎn)的黑燈工廠進(jìn)行了詳細(xì)闡述,包括整體的方案設(shè)計(jì)以及保證黑燈工廠穩(wěn)定運(yùn)行所需要的基本條件。隨著制造業(yè)的快速發(fā)展,再加上如今人們對(duì)水質(zhì)的要求越來(lái)越高,高品質(zhì)的RO膜產(chǎn)品市場(chǎng)需求也越來(lái)越大,黑燈工廠的應(yīng)用在RO膜自動(dòng)化生產(chǎn)中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。