详述钣金数字化智能制造工厂规划.docx

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详述钣金数字化智能制造工厂规划

浅谈钣金数字化智能制造工厂规划

内容来源网络，由深圳机械展（11万㎡，1100多家展商）收集整理！

更多激光钣金及冲压自动化工艺展示，就在深圳机械展.金属板材加工展区/激光精密加工应用展区。

 一、钣金数字化智能工厂的机遇与挑战

《中国制造2025》提出，“基于信息物理系统（CPS）的智能装备、智能工厂等智能制造正在引领制造方式变革”，要围绕控制系统、工业软件、工业网络、工业云服务和工业大数据平台等，加强信息物理系统的研发与应用，《国务院关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》明确提出，“构建信息物理系统参考模型和综合技术标准体系，建设测试验证平台和综合验证试验床，支持开展兼容适配、互联互通和互操作测试验证。

”当前，《中国制造2025》正处于全面部署、加快实施、深入推进的新阶段，面对信息化和工业化深度融合进程中不断涌现的新技术、新理念、新模式，迫切需要研究信息物理系统的背景起源、概念内涵、技术要素、应用场景、发展趋势，以凝聚共识、统一认识更好的服务于制造强国建设。

在未来一定时期内，钣金工厂的数字化发展目标是什么为了实现数字化战略目标，企业所需要的核心能力和资源是什么在减少产品上市时间，减少设计修改，降低生产费用以及库存，实现精细化管理提升产品质量，企业应该做什么，如何做

当前，钣金数字化智能制造处于萌芽状态，现在越来越多的企业老板意识到自动化设备带来的红利，在人工成本越来越高，利润越来越薄的前提下，自动化设备能够有效的降低成本和提升效率，但是，企业在生产管理过程中常常遇到一些困惑。

1-无法实时跟踪订单的生产进度，现场异常问题发现处理滞后，造成交货延期；

2-订单排产的过程复杂、由人工手动排产，调整困难，造成效率低下；

3-生产过程缺乏可追溯性，难以满足客户对产品质量管理的需求；

4-缺乏有效手段跟踪关键设备的综合利用率以及停机原因；

5-缺乏有效手段收集员工的实际工时并进行绩效评估；

6-各工作中心间信息传递滞后，降低了整体效率；

7-缺乏防错防呆、物料拉动等工具支撑；

8-自动化设备无法与管理系统进行有效的数据集成，造成信息孤岛。

二、钣金数字化智能工厂架构

企业在数字化智能制造转型过程中会遇到各种各样的问题，生产领域的、信息化领域的、自动化领域的，因此需要建立顶层框架来进行思考。

笔者研究参考了众多工业框架体系后，提出的针对钣金企业的数字化转型的三级分布式控制系统（DCS）模型，通过制造执行系统（MES）对人、机、物、料、环等生产要素进行生产调度、设备管理、物料配送、计划排产和质量监控而构成的智能车间。

钣金数字化智能工厂构建的重点，是根据当前企业现状从精益生产维度、运营管理维度以及IT信息化维度，分解智能制造时代数字化车间、数字化工厂和数字化企业的层级关系，面向落地和实施。

底层是自动化车间，主要是自动化设备，由数控冲床、激光、折弯机、机器人、AGV小车、传送带等构成的智能柔性生产线。

中间层是数字化工厂，一般的话是由控制系统和运营系统组成，有MES、数据采集与监控系（SCADA）、ERP、PDM、OA、CRM、APS、WMS等等。

上层是数字化企业层，包括精益管理和有关数据分析的服务，比如设备的数据的分析，订单数据、产能数据分析，营运数据分析等等的服务。

核心解决三大领域的问题，分别是数字化工厂战略规划、数字化工厂详细设计和数字化工厂运营实现。

三、钣金数字化智能工厂的设计

钣金数字化智能工厂基于信息化的平台，融合ERP、PDM、APS、MES、TPM和编程等应用软件系统，旨在帮助企业打造一个数字化、信息化的立体全方位工厂。

通过多信息流的交换，员工知道产品和材料知道该去哪儿，设备知道该做什么，管理者随时随地知道工厂状况。

结合自动化技术和设备的应用后，只需要工程师在办公室将图纸和工艺做好后，通过PDM和编程软件系统自动将程式编好传输给机床，APS高级排产系统通过ERP的对接下达生产任务给机床加工，MES系统实时地执行和反馈整个状况，TPM系统实时地监控设备的生产状态，达到实现无人化生产的目标。

1、精益生产规划

以前在接触智能制造、数字化工厂的时候，脑海里第一浮现的大多是工厂里的传感器、大数据、机器人之类的。

好像觉得跟我们的成本管理，人员绩效组织发展没有太多的关系，但其实数字化工厂是一个整体，各个细节各个层面都融合在了一起，包括我们现在很多专家在讲智能制造是仅仅是针对生产领域，这属于是认知上的狭隘，智能制造是产品和生产模式的变革，包含了从研发、产品设计、生产规划、工艺规划、生产执行以及服务交付等整条企业价值链的优化。

简单归纳，数字化工厂规划是这么一个迭代过程，首先是精益生产的规划，精益生产的工具和方法非常多，是非常庞大的一个体系，包括车间管理、防差错系统、全员生产维护、低成本自动化、工厂可视化、持续改善、价值流分析等等。

去收集需求相关的、产品相关的、工艺相关的、物流相关的，安全相关的信息，再往下要做分析归纳，这里面包括产品族分析、库存矩阵分析、工艺流程分析和价值流分析。

根据分析归纳的结果，首先做宏观布局规划，其中包含功能区域规划、功能区面积需求计算以及各功能区布局组合优化。

然后是微观布局规划，包括工作站设计、生产线设计、生产单元设计、站间物流设计。

后面是验证和决策，可以通过仿真模型的设计来辅助决策。

价值流分析是企业在做数字化工厂规划很关键的一个环节，“数字化工厂”拆开了看是由“数字化”和“工厂”组合而成的，首先得有工厂、有业务才能谈得上数字化。

工厂业务的优化是数字化的核心目标，不能舍本逐末。

价值流分析就是要把企业的生产理顺，企业需要知道产品的客户需求节拍和各个工序的生产周期，通过节拍和生产周期的比较分析，可以明确需要改进的环节，从而采取针对性的措施进行调整。

价值流分析改进的目的就是要尽可能地缩小生产周期和生产节拍的差距，然后通过生产线平衡（LineBalance）对生产线的全部工序进行负荷分析，分析完了就会清楚哪些地方需要降在制品库存哪些地方需要建立看板哪些工序是要合并的哪些加工周期是需要缩减的通过调整工序间的负荷分配使各工序达到能力平衡，作业时间尽可能相近，消除各种等待浪费现象，提高生产线的整体效率。

2、信息化规划

制造业企业在数字化转型升级的过程中，随着业务规模的扩展，会涉及到越来越多的信息化平台，不同的平台，不同的厂商，不同的平台之间需要做数据的集成和打通,对于企业来说是存在很大风险的。

ERP和MES之间需要传递什么数据ERP和PDM之间需要传递什么数据PDM和MES之间的数据交互又是如何MES会给SCADA传递什么指令，得到何种类型的数据反馈如果这些数据交互没有梳理清楚，那么上了信息化就又是建成了一个个的信息孤岛，不能发挥信息系统的价值。

涉及到企业生产管理的方方面面，如果没有规划好匆忙上线，不仅不会提高效率，还会因为生产流程的打乱影响产品交付和客户满意度。

图4信息化规划模块

图5信息化规划流程图

ERP企业资源管理系统：

包含销售管理、财务管理，办公室管理，人力资源管理，物料管理和OA信息管理等。

针对钣金行业的管理模式量身打造，达到无纸化办公的效果。

销售管理可以自动导入客户的EXCEL订单，并流转到生产任务单的时候进行分解，老产品直接跑MRP需求，并直接下生产指令给MES，新产品转工程部门进行图纸和编程处理。

图6 ERP模块

PDM工程产品设计管理：

工程师只需要画图和设定工艺路线，其它工作交给系统自动做。

接到任务后，工程师可调用类似产品图纸快速修改（参数化设计），直接出BOM和工程图，自动对新物料进行编码，图纸和每一个物料一一对应。

编程人员可以调用3D图纸直接在RADAN软件中自动编程，或者通过Solidworks，Autocad做的展开图在编程软件中进行编程，减少展开花费的大量工作量。

专用编程软件在编程过程中能够优先使用边角料，提升材料的利用率。

图7PDM工程模块

图8自动编程

MES系统：

图9MES系统架构

图10 MES主要功能特点

APS智能排产

车间现场无纸化

APS和MES将生产指令下达给每个班组或者每台机床，员工扫自己工牌上的条形码或二维码后就可以登录到自己的任务界面，点击调出生产任务单，只需要扫码就可以调出图纸和SOP等文件，并在员工界面完成开工、报工、完工、送检和周转等工作指令。

图11 车间操作界面

设备数据采集与监控

将数据采集器，条码打印机，传感器，扫描仪等硬件集成于平台，实时收集和呈现生产数据，并形成报表。

图12数据采集

图13设备监控系统

图14 手持平板

电子看板：

实时呈现各种数据报表，可根据天成要求定制。

图15 电子看板

质量监控平台：

可以每日、每周提供报表并产品追溯。

图16质量管理系统

3、自动化规划

钣金自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。

在数字化工厂规划领域，核心的三大规划内容分别是生产自动化规划、物流自动化规划、现场总线规划和与MES系统的对接。

图17自动化规划整体方法

钣金自动化目前主要集中在下料设备的自动化（自动板材立体料库、上下料机械手、分拣码垛机器人，视觉检测）、折弯机器人和焊接机器人。

自动板材立体料库和上下料机械手能够让一台设备两个人的配置减少到一个人看多台设备，甚至无人化的24小时连续生产，也适应多品种少批量的生产模式。

图18单塔料库激光柔性生产线

折弯和焊接机器人适合少品种多批量的生产模式，对于大部分钣金厂来说还达不到推广应用的时机。

图19折弯机器人和焊接机器人

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