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思智能工厂落地之术 谈柔性制造变革之法

—— 山崎马扎克以柔克刚,助制造业练就上乘内功

2019/4/9    来源:e-works    作者:e-works  涂彬      
关键字:柔性制造  山崎马扎克  
柔性制造系统满足了现代化制造业对中、小批量、多品种产品的高效率加工的要求和对内、外部环境变化快速反应的需要。不具备相应柔性的制造系统在当今是难以想象的,相信随着中国制造业的转型升级,柔性制造系统在制造业中的运用会越来越普及。

    《道德经》中说:“天下之至柔,驰骋天下之至坚。无有入于无间,吾是以知无为之有益。”老子指出,世间最柔弱的东西里面积往往蓄着人们看不见的巨大力量,使得最坚强的东西也无法抵挡。就像水是最柔的东西,但却能穿透山地。

    柔性的力量不容小窥,而对于企业来说,柔性则体现在应对各种变化的能力,如适应市场变化的能力,快速满足客户需求变化的能力。当一家企业具备这样的“柔性”能力后,才能将好钢用在刀刃上,从容应对各种市场挑战。

    山崎马扎克,一家全球知名的机床生产制造商,产品素以高速度、高精度在业内著称,客户遍及机械工业的各个行业。山崎马扎克拥有业内最广泛的机床产品群,其iSMART factory解决方案可以使工厂利用率更高,可以减少在制时间、减少在库库存、降低成本,从而适应管理和劳动力的需求。

    对山崎马扎克而言,制造企业对柔性制造需求的增长,即是机遇,也是挑战。在这个过程中,山崎马扎克也同样面临着市场风云变幻、客户需求不断变化等同类问题。通过多年不断地实践,山崎马扎克形成了一套非常成功的柔性制造系统(FMS)建设体系与方法,并开始对外输出,助力中国制造业转型升级。

    他山之石,可以攻玉,针对中国本土制造企业,实施柔性制造需要解决的突出问题主要有哪些方面?在推动生产制造向FMS柔性制造系统转变的过程应规避哪些风险?解决途径是什么?带着这些疑问,e-works记者采访了马扎克中国公司总裁助理陈斌先生,希望借助马扎克40多年的柔性制造系统研究、开发和实施经验,探讨中国制造业FMS系统建设及智能工厂升级之道。

山崎马扎克(中国)总裁助理 陈斌

山崎马扎克(中国)总裁助理 陈斌

    记者:与传统的生产制造模式相比,FMS的主要优势体现在哪些方面?

    陈:这几十年来,中国制造业的发展先是从解决产品有无问题开始,逐渐向追求高品质的产品方向发展。企业在生产优质产品的同时,还需要兼顾产品的成本和价格。我认为,未来市场对产品的需求将是个性化的,在制造领域,推动FMS的实施符合个性化需求发展的大趋势,即适合多品种小批量、多品种中批量的生产模式,特别是对机械加工企业的生产非常适合。

    记者:FMS系统适合哪些类型的企业?

    陈:从规模性质上来讲,FMS适合多品种、小批量的生产模式。从行业上来讲,FMS覆盖的面比较全,适合装备制造业、轨道交通、民用机械、机器人制造、工程机械、医疗器械、电子半导体等行业。在汽车行业,随着汽车车型开发周期的缩短,单个车型的批量大幅减少,由过去一年几百万的产能,降低为几万。汽车零配件的生产也随之发生了很大的变化,在批量较小的情况下,如果仍采用原有的大规模投资生产的模式去生产汽车零部件,显然是不适合的,势必会造成非常庞大的投资,会导致牺牲掉大部分利润。例如新能源汽车的电机壳体的生产,就比较适合FMS这种模式。

    记者:马扎克的FMS主要有哪些功能和配置?其系统内部的加工计划调度、数控代码管理、物料输送、刀具管理等是如何实现的?

    陈:马扎克的FMS的功能和配置主要分为三大块:机床加工设备、储存和搬运系统、控制系统

    对于机床加工设备而言,目前市场上看到的大都是同一规格的设备,比如卧式加工中心。而马扎克可以实现将不同设备组合到一条FMS线里,包括五轴机床以及不同规格的产品。但在整体FMS系统中,由于不同厂商的加工设备解决方案不尽相同,所以其他品牌的设备还是很难进行融合。

    FMS系统中针对刀具的管理也有非常好的扩展性,马扎克目前可以做到将384把刀具储备到机床中。虽然机床本身有刀库可以自动换刀,但刀库的换刀数量存在上限。如果客户的加工需求是大于刀具上限,FMS可以实现刀具的进一步扩展,通过建立一个集中刀库对刀具进行管理。例如,在马扎克位于爱知县大口的工厂,生产线统一做了一个大型的矩阵刀库,并利用机械手对刀具进行更换。

FMS系统

FMS系统

    FMS的搬运系统运用的是由AGV小车组成。在存储系统方面,大规模的FMS可以做到520个托盘的储料系统。如果是在整条线里进行扩展,则需要建一个毛坯库,从毛坯到装卡、搬运、机床加工、产品成型、检测等环节可以形成一个闭环。

    在FMS控制系统方面,由马扎克自行开发的控制系统可以跟机床自身的控制系统实现无缝连接,同时可以实现生产计划、排产以及物料管理。

    由于检测环境与生产环境还存在较大差异,马扎克在FMS系统中还未加入产品自动检测环节。三坐标目前还是离线检测,在线检测只是作为一个辅助的功能,用于矫正坐标系以及整个加工过程精度的补偿。

    记者:FMS与企业内部其它系统如ERP(企业资源计划系统)、MES(制造执行系统)、WMS(仓储管理系统)等是如何进行有效集成的?

    陈:FMS有一个专用的生产计划排产系统,使用方便,在内部已经形成闭环。在对外信息交互方面,马扎克的FMS与WMS可以进行集成,与MES和ERP系统通过接口可以形成信息的互通,输出的数据可以进行衔接。同时,FMS系统也可以扩展信息的来源,例如切削的温度、刀具的寿命、机床的状态、小车的状态等数据都可以作为输出。对于与APS系统(高级排产)集成方面,我认为,目前FMS如果要加入到自动排产系统,数据量将会非常庞大,变得很繁杂,现在的处理方式是按照单元化,内部小模块化的进行运算,然后再输出结果。

    记者:FMS系统在实施过程中重点需要解决哪些难点问题?为什么早期很多企业应用FMS系统都用不起来?

    陈:在早期,FMS用不好,主要原因是痛点给企业带来的紧迫感不足,存在其他替代方案。FMS要使用好,有很多约束条件,而企业采用其它的方案效率更高,更容易实现。目前,企业正面临着多品种、自动化、少人化的压力,使用FMS解决方案可以说是最佳途径。

    另外一个原因是企业前期执行的力度不够。如果企业持之以恒使用FMS,就会收到不错的成效。例如小巨人工厂只有FMS系统,没有其它的系统和设备,只能采用FMS来生产。

    第三个方面的原因是前期的FMS不够成熟,故障率较高,难以满足产能和出货的要求。加之FMS前期的价格和投资非常庞大,企业因而放弃。而现在的FMS技术已经很成熟,更趋于简单化,模块化,技术壁垒的问题已经解决。

    尤其是马扎克的FMS系统国产化之后,性价比非常高。一个标准的单元,与按照现在传统的方式相比,省下来的人工和设备的投资相比已经基本持平,因此成本压力相对较小。在人才的储备上,以前需要非常专业的技术人才,需经过很多级的培训,现在培训难度也降低了不少。

    记者:您认为,企业要实施并用好FMS,需要具备哪些基本条件?

    陈:在加工时间方面,我认为,工件在机床的加工时间在30分钟左右是最合理的。目前,一条线只有一辆AGV小车供应物料,如果线体较长,就存在AGV小车无法及时供应的情况。

    在工艺方面,尽量是以最小单元化的生产方式,工件需尽量保持在一个姿态上面完成加工。并且FMS对机床的轴数、刀具的容量,有一定的要求。

    从工厂排班时间上来看,工厂能够实现夜间自动生产,无需工作人员上夜班,符合现在90后、00后年轻人的想法。

    记者:目前,打造智能工厂,推动企业数字化转型,已成为行业发展趋势。您认为,FMS在这一过程中起到什么作用?

    陈:打造智能工厂,推动企业数字化转型,也需要具体的落地措施。传统工厂在短时间进行智能工厂的转换是不现实的,必须一个个点去突破和落地,最终形成智能化的工厂。在落地方面,FMS是一个很好的突破点。FMS实现了自动化,在智能化、自动化方面对工厂是有贡献的。我认为,FMS是一个综合体,在自动化方面的作用体现更加明显。

    记者:贵公司的FMS解决方案在中国有哪些典型用户?应用效果如何?

    陈:我举一个例子,田中金属公司是一家从事生产销售汽车汽化器轴,打印机轴及用于电子、医疗、空调、汽车等行业的其他金属切削零件的企业,在中国国内有2个工厂,分别位于上海和苏州。公司于2006年开始引进了马扎克生产的加工中心,目前在2个工厂里共有27台马扎克的机器在正常运行,其中包括马扎克中国公司生产的第一套FMS。2013年,公司又引进由4台HCN-5000所构成的FMS。

    自引进FMS后,田中金属公司的生产效益得到了飞跃性的提高。公司接到了更多高附加值的零部件加工订单,可以进行多品种小批量零部件的自动化生产,人均产值提高了16倍。2015年,在这个成功范例的影响下,公司又引进了配置3层托盘的FMS以推进更进一步的自动化、无人化的生产进程。

后记

    柔性制造系统作为一种先进的制造理念,经过多年的探索、实践,虽经历了一些曲折,但总体上取得了不错的发展。柔性制造系统满足了现代化制造业对中、小批量、多品种产品的高效率加工的要求和对内、外部环境变化快速反应的需要。不具备相应柔性的制造系统在当今是难以想象的,相信随着中国制造业的转型升级,柔性制造系统在制造业中的运用会越来越普及。

责任编辑:程玥
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