获取竞争优势或将生产带回国内的动机正在推动高科技制造商(特别是在工业化、高薪国家)追求高自动化的愿景,并最终实现“熄灯”工厂。然而,将愿景转变为可行的计划是一个极具挑战性的过程。

现在,一个真正“熄灯”的工厂以合理的成本是不可行的。然而,该行业仍在努力提高自动化水平。其目的是始终自动化重复和容易出错的活动,同时提高生成知识的能力,从而进一步支持制造商开发新产品和技术。

设备
自动化

整合
完整线路

高度自动化

熄灯厂

自动化概念

在进一步讨论之前,让我们定义一下什么是关于自动化的各种概念。考虑到制造业的复杂性,以及实现自动化所涉及的工作量和费用,同一生产环境中通常存在不同级别的自动化。

手动到低自动化

手动或低自动化流程的特点是主要涉及手动活动,如数据收集、材料装卸和运输,以及电子表格和纸质文件的管理。这些手动活动由车间人员驱动。这就是说,目前可能存在一些非常基本的系统和设备集成,这些过程允许数据从设备流到计算机制造执行系统(MES).

随着产品和过程的数量和复杂性的增加,主要依赖这一自动化水平的制造商开始寻找减少手动过程、实现“无纸化”、增加可追溯性以及获得有关过程和总体生产状态的数据可见性的方法。制造商通常使用商业软件解决方案替换或补充内部或国产系统,这些解决方案通常更适合他们在这一阶段的需求。如果正式的MES尚未到位,开始选择和实施MES系统的过程对于实现短期和长期增长至关重要。

被动跟踪

被动跟踪提供了在两阶段过程中实现高度自动化的途径。

起始阶段

在启动阶段,设备操作员从MES访问查看工作说明、数据收集计划、配方和设备参数。然后,他们将手动加载和配置设备。此阶段用于通知用户界面和自动化的开发,以确保一致和积极的用户体验。

  1. 调查生产流程,尽可能使事务和场景标准化
  2. 在电子系统(如MES)中配置生产流程
  3. 对每种设备类型的能力进行彻底评估

自动化阶段

自动化阶段的重点是根据启动阶段的结果实施自动化解决方案。

  1. 使用设备集成和自动化解决方案集成设备
  2. 尽可能使用双向通信使设备自动化,确保配方、数据收集和运行时参数自动传递给设备
  3. 集成其他制造系统(统计过程控制系统、自适应控制系统等)
  4. 集成和自动化物料处理系统

自动化生产过程

自动化生产过程的特点是没有人与过程交互。一种被认为是自动化的过程,如果从开始到结束执行,则人机交互仅限于故障和故障处理。生产环境中自动化流程的存在通常表明一些生产系统已经集成,一些设备已经自动化,自动收集有关流程的数据并可用于集成系统;自动物料跟踪也许还有一些自动运输和装卸能力已经到位。

高度自动化

向高度自动化迈进是可以实现的,在某些情况下,这是明智的。仔细规划、尽职调查和组织意识(包括来自制造、运营、工程和财务的投入)将确立成功制造自动化项目的目标和措施。

当大多数生产过程是自动化的,并且工作流是在车间人员的监督下由系统驱动时,生产环境被认为是高度自动化的。由于在同一生产环境中通常存在不同级别的自动化,制造商继续在多个领域追求高价值的自动化举措,并经常参与或寻求与以下相关的机会:

  • 利用先进制造智能
  • 评估遗留设备和系统,继续权衡工业物联网(IIoT)解决方案的好处,使遗留设备和系统能够集成到其IT基础设施中,与购买新设备之间的选择
  • 自动化物料处理

虽然实现更高水平的自动化需要系统地将人类活动从生产过程中移除,但人类在制造业中的作用仍然至关重要,因为人脑解决复杂问题的能力远远优于通过软件和自动化实现的能力。

被自动化解决方案取代的人类活动将需要工人向更符合人脑能力的高度复杂的任务过渡,而人脑正是很难实现自动化的工作类型。人类非常适合在复杂的问题解决任务中应用其学科专业知识的角色。这些类型的任务通常涉及多变量、实时情况的评估和不完整信息的合成。这一与生俱来的人为过程对于告知决策、评估结果以及根据情境结果进行调整是必要的。

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关于高自动化制造的思考

当自动化工作集中于高价值流程时,往往会发现数字转型计划的成功,并有一致的战略来平衡自动化投资与纠正错误流程的人工干预成本。

从成本角度来看,在生产现场的每一种可能情况下追求高水平的自动化通常是不可行的。因此,应提前进行大量尽职调查,以评估制造过程或情景是否适合完全自动化,以及与此相关的成本是否会被收入抵消。作为参考,与我们合作的制造商通常希望在24个月内看到其自动化投资的正回报。

尽职调查可能会很复杂,涉及通过评估当前的工作方式来评估成本和收益,而不是评估未来通过自动化完成工作所产生的成本和收益。“收益”类别中的考虑因素包括减少废品、劳动力和计划周期,以及提高吞吐量、质量、产量和利用率。成本包括软件、硬件、集成和维护费用——从短期来看,这是为了满足项目需求,从长期来看,也是为了实现连续性和支持未来增长。还请记住,由于复杂自动化系统的复杂性,任何高度自动化的制造解决方案都必然会提高对人类问题解决的要求。您将如何为当前的车间人员做好准备,使他们能够成功完成这项新的不同类型的工作?

好消息是,制造自动化是一个连续统一体,过程中的每一步都将带来收益,即提高产量和减少错误。高自动化制造是一个目标,而不是目的地,因为实现真正“熄灯”工厂的成本往往得不到好处的支持。从手动流程向更高级别的制造自动化过渡所需的增量步骤将为制造团队提供机会,在他们朝着既定的项目目标和目的工作时,评估和微调生产流程。总之,没有理由推迟评估和逐步自动化生产环境的过程。