编辑:[db:作者] 时间:2024-08-25 04:32:40
1 传统工厂方案流程
汽车制造企业基于市场需求,开拓出指定市场定位的产品,后根据产能、投资、园地等需求方案厂房。传统的工厂方案流程首先基于产品工具进行工艺方案,后进行节拍剖析及优化,最后进行物流、赞助区域及厂房总体方案,流程如图1所示。
图1 传统工厂方案流程
1.1 工艺方案
传统工艺方案首先须要剖析零件图样,整理出零件特色预估加工或装置工序。根据工程师个人履历对初版工艺进行编排,后反复检讨尺寸链、刀具选型、工艺排布、加工程序优化。这个过程须要比较长的周期,并且工艺方案质量与工艺工程师个人履历水平有较大关系。
1.2 节拍剖析
节拍剖析是工艺方案后进行的主要步骤,它决定了工位操作内容的分配。在节拍剖析的过程中,须要对手工或半自动工位进行标准工时剖析。利用我们的标准工时剖析工具例如MOD、MTM对涉及手动操作工位的标准操作韶光进行打算剖析,以确定职员方案、工时平衡墙。标准工时的打算过程须要耗费大量的韶光。
1.3 产线、物流区域、工艺辅房及厂房方案
结合SLP(system aticlayout planning)系统支配设计及精益支配等原则,进行干系产线、物流区域以及工艺辅房的方案,以知足生产的需求。这个过程基于二维CAD进行,可能会存在设备干涉、人机风险、物流路径非最优的问题。在完成产线、物流以及工艺辅房方案后启动厂房设计,厂房设计中涉及建筑、构造、暖通、电气、动力、给排水等系统信息错综繁芜,基于传统二维设计方法,可能后期会涌现各种管路或举动步伐干涉、错位等问题,造成不必要的返工。在产线与物流的方案设计中,产能评估,物流路径、托盘数量、AGC数量评估是基于履历打算,逻辑繁芜,且得到的结果可能不是最优的。
2 数字化工厂方案
传统工厂方案流程中,存在工艺文件制作、标准工时打算费时,方案质量差,返工本钱高的问题。针对上述传统工厂方案中可能涉及到的不同环节问题,数字化供应了一种办理方案。随着打算机技能的不断进步,作为数字化的紧张表示——虚拟建模与仿真技能取得了长足的发展,并在工厂方案的诸多环节得到运用。
图2 数字化工厂方案的流程
为理解决传统工厂方案方法所存在的诸多问题,数字化工厂方案方法应运而生。相较传统办法,在工厂方案各环节采取数字化工具,根据企业实践履历,估量能够缩短项目周期20%。工厂数字化方案的紧张流程如图2所示,先基于产品数模进行工艺流程开拓,得到产线工艺划分的依据后进行产线方案设计,最后进行产线的仿真验证。以下将针对数字化工厂方案运用作干系阐述。
2.1 数字化工艺方案
实现数字化工艺方案存在多种办法,上汽通用汽车采取西门子产品生命周期管理(Product Lifecycle Management,PLM),连接了产品设计与制造工艺开拓的环节。数字化工艺方案的流程是从Teamcenter中将产品数模导入到NX二次开拓平台与PD/PS(Process Designer&Process Simulate)中,如图3、图4所示,进行机加工及装置的工艺方案、节拍剖析、线平衡及机加工过程仿真,形成工艺流程图,末了将结果传输回Teamcenter进行统一平台管理,实现工艺方案的验证与制造信息的管理,从而降落工艺方案的风险,提高了工艺方案的效率。
图3NX二次开拓机加工艺数字化开拓
图 4 Tecnomatix Process Designer装置工艺数字化开拓
2.2 产线方案设计
基于工艺流程图及标准工时,结合SLP系统支配设计及装置工艺数字化开拓精益支配等原则,进行产线、物流区域及工艺辅房的初步方案。在布局设计阶段,利用FDS(Factory DesignSuite)等数字化工厂设计套件对设备、物流、工位布局进行三维设计及方案评估和优化,图5展现的是二维与三维布局设计的差异。
图5 从二维布局设计到三维布局设计
之后利用三维厂房的建模工具,例如FDS、Revit等软件完成三维厂房的建模,并进行仿真,能有效避免厂房构造、公用动力等的空间位置干涉,如图6所示。
图6 FDS三维工厂设计
除此之外,通过对施工过程的仿照,展示不同阶段的工厂状态,可以提前规避施工风险,提高施工效率。通过管道的流量剖析,能够对厂房的公用动力进行仿真,评估量划的经济性。三维厂房的建模为后续人机工程仿真等事情奠定了一定根本。为了进一步提高评估的效率,引入虚拟现实技能(Virtual Reality,VR),更可以使评估职员身临其田地游览与评估尚未落成的工厂。
2.3产线仿真验证
产线方案结束后须要对产能、物流、人机等进行评估,确保方案方案可行。近几年随着虚拟仿真技能的成熟,虚拟仿真为前期方案评估供应了强有力的手段。
2.3.1产能与物流仿真
产能仿真是指利用Witness或Plant Simulation等软件根据实际的产线进行建模,结合所有工位节拍(CT)、设备均匀故障修复韶光(Mean time to recover,MTTR)、均匀故障间隔韶光(Mean cycle between failures,MCBF)等参数设定,仿照实际的生产状况,验证产线的产能,以实现最少的设备投资来知足方案产能哀求,详细界面如图7所示。
图7 仿真界面
在进行产能仿真的同时同步利用该工具完成物流运作的仿真。在物流仿真环境下,输入物流调度策略、AGC数量、立体库库位数量及运行参数来仿照方案的AGC运输路径与立体库运行逻辑,确保整体设计知足需求。在物流系统运作知足生产需求的根本上,通过灵敏度剖析,帮助我们进一步地评估优化AGC数量、路径以及立体库库位从而实现物流方案的精益性。
2.3.2动态装置仿真
动态装置仿真是指在Jack或PD/PS等软件中,基于实际操作内容与环境进行模型的动作定义与场景的建模,以剖析装置过程中存在的操作干涉、人机、节拍等问题。图8是某变速器装置过程的动态装置仿真。动态装置仿真紧张有以下浸染:
1) 及时创造产品干涉问题,减少项目风险。
2) 在工厂方案前期肃清潜在人机问题,减少返工本钱。
3) 通过优化仿真,减少转身、走动等摧残浪费蹂躏。
4) 优化线旁物料布局及工装设计,优化工时,提高生产效率。
2.3.3 虚拟现实仿真
近几年,虚拟现实技能逐渐走出了实验室,开始用于商业与工业用场。虚拟现实最大的上风是可以在设计前期给评估职员一种沉浸感,极大提高设计评估的效率。在工业领域,虚拟现实技能可以用于三维厂房评估、产品工艺性评估、虚拟装置培训、安全等。个中,在工厂方案的产线设计环节,工程师在虚拟场景里漫游,评估设备、产线、厂房的合理性。
图8 基于PD/PS的动态装置仿真
在工厂方案的工艺评估及安全设计方面,可以在虚拟现实环境中仿照产品的装置工艺,识别工艺问题及安全设计问题。我们讲虚拟显示仿真同步拓展至培训运用,目前产品拆装培训已经在上汽通用汽车运用,如图9所示,能够在生产线尚未落地前让生产职员快速熟习工艺操作。在设备设计环节,利用虚拟现实技能,能够仿照设备的维修,评估可维修性与设备安全性。
图9 虚拟现实技能在变速箱装置培训中的运用
图10 上汽通用汽车智能化在工厂方案中的运用点
图11 工艺方案中的智能工艺开拓
在机加工走刀路径方面,传统走刀路径的设定须要凭借CNC工程师的履历且设定调试的过程须要耗费一定韶光,随着智能化的到来,供应了我们新的办理思路,图12是一个范例CNC刀具走刀路径的示意图。通过自动读取产品的孔位信息,结合机床的主轴运动参数,利用智能算法——遗传算法,考试测验几何级数量的不同走刀路径,并基于走刀韶光等规则进行评估,快速得到最优的走刀路径,从而提高CNC编程的效率与CNC的生产能力。
图12 CNC走刀路径示意图
3.2智能生产线布局
图13是某生平产线的布局图。生产线布局是一件非常繁琐的任务,尤其是在工厂方案初期方案阶段,常常须要比拟多方案而优化布局。目前该运用尚处于研究阶段。智能生产线布局是指先建立设备CAD模型资源库,包含了各种形式的设备布局。设备元素同时关联了设备生产能力、能耗等信息,后将设备CAD模型作为布局要素,以园地、产能、精益布局方案标准等需求作为布局约束,以设备模型的几何位置作为自变量,通过智能算法快速考试测验多种布局方案,基于产线布局的各种精益指标进行评估,从而得到最优的布局,能够极大提升布局设计的效率。
图13 生产线布局示意图
3.3 智能工时、人机剖析
上汽通用汽车针对标准工时数据库进行二次开拓,利用成组的思维,将常见的连续动作进行打包,改变我们原有逐条选择参数的办法为一次性天生多条记录的办法,从而提高了我们体例标准工时的效率。后续还将领悟机器学习的理念,基于输入的操作描述自动推送给我们相应的成组记录,以赞助的形式进一步提高效率。
未来的研究方向是自动天生标准工时。将VR技能领悟动作捕捉技能,在虚拟场景中仿照工位操作作业,后台关联JACK或PD/PS等软件,实现标准工时的实时自动天生,事理如图14所示。同步在操作过程中的人机问题会自动记录,便于后续工程师参与,及时肃清人机问题。
图14 智能工时、人机剖析事理
3.4动态产能仿真
动态产能仿真是产能仿真的升级版,它更多地强调生产数据与产能仿真软件之间的交互性,在工厂方案与运营环节都可以利用。紧张改进点如下:
①针对SOP(Start of Production)后项目的PMC(Production Monitoring&Controlling)数据进行大数据剖析,剔除数据非常点,针对数据可视化非常的图线,提醒现场工程师进行问题排查。
②通过历史运行数据剖析,预测未来系统产能,从而优化库存。
③在产能仿真的输出端,领悟机器学习模型,肃清产能仿真软件系统性建模偏差,进一步提高仿真的准确性。目前,该运用里面的第一步已经实现,第二、三步正在研究过程中。几个环节彼此之间的关系如图15所示。
图15 动态产能仿真三步曲
除了上述案例外,后续可考虑的另一主要研究课题是仿真软件的智能化,其特点紧张包括:
(1)项目履历库。在仿真的项目过程中会不断地产生事情日志,这种事情日志应作为后续相似事情任务的辅导。将先前事情日志及仿真建模步骤以数据库的形式保留下来,后让打算机学习工程师针对特定问题的建模标准,在碰到相似问题的时候,在打算机的帮忙下可以快速办理。
(2)看重仿真结果与实际结果的比拟。目前大多数软件未对工程师的建模办法进行评价,针对这个问题,就须要将仿真工具的实际运行结果,导入到我们的仿真日志数据库,形成一个完全的项目闭环,实现客不雅观地评价建模办法与建模参数选择从而优化仿真建模标准。
工厂方案智能化紧张表示在工艺智能开拓、产线方案智能化。工艺智能开拓的趋势是集成统一平台化,并与产品设计高度领悟,为快速衍生式设计打下根本。在产品设计的时候就自动将工艺开拓须要考虑的可制造性、加工设备能力等成分考虑在内,从而提高设计效率,优化设计方案。产线方案智能化的趋势是利用人工智能技能实现产线布局方案、工时评估数据自动天生,三维产线、厂房的自动创建与评估。
4 工厂方案展望
环绕着“降本、提效”,未来工厂方案将变得更加的智能与精准,从而提高方案质量与效率,增强企业的市场竞争力。相信随着数字化、智能化技能的不断深化,将会产生更多的创造性技能,终极实现无人化的工厂方案愿景。
作者:上汽通用汽车有限公司 蔡炳杰 , 賡朋芳
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