e-works数字化企业网  »  文章频道  »  管理信息化  »  管理信息化综合

山崎马扎克的智能工厂之道

2018/8/13    来源:e-works    作者:e-works  胡中扬  许之颖      
关键字:智能工厂  山崎马扎克  日本考察  
2018年6月19日,e-works第三届日本智能工厂考察团参观了位于全球机床巨头山崎马扎克公司(MAZAK)位于爱知县的大口工厂,了解了Mazak iSMART FactoryTM建设的历程,参观了机加工、钣金加工和总装车间,以及航空航天数控加工技术中心。此次考察让大家体验了全球机床行业最先进的智能互联工厂,收获巨大。

利用铁屑制作的世界地图及MAZAK LOGO

图1 利用铁屑制作的世界地图及MAZAK LOGO

    山崎马扎克公司成立于1919年,秉承积极稳健的企业经营理念,成长为机床行业的全球领军企业。马扎克的产品素以高速度、高精度在行业内著称,主要有复合加工中心、五轴加工中心、卧式加工中心、立式加工中心、车削中心、激光加工机以及与机床配套的CNC系统、FMS系统,客户主要分布于在汽车、机械、电子、能源、医疗等不同行业。随着制造技术和自动化、数字化技术的不断发展,马扎克在其产品领域内不断深耕,提出自己独创的DONE IN ONE理念和SMOOTH技术,提高机床的加工精度和智能化程度,形成机床制造的智能工厂解决方案,实现无人化生产,帮助客户提高制造效率,缩短交货期。

    经过近百年的发展,马扎克已成为全球化企业,在全球超过26个国家设有81个支持基地,11个智能化生产工厂。大口工厂建于1961年,是山崎马扎克的第一个工厂,也是公司总部的所在地。除日本本土建有6个工厂外,在美国、英国、新加坡和中国分别设有工厂,其中,位于中国宁夏的小巨人工厂主要生产立式加工中心和卧式加工中心,位于辽宁的大连工厂主要生产立卧式车削中心。

    在马扎克的参观过程中,产品经理竹本先生介绍了利用新技术和产品构建的Mazak iSMART Factory智能工厂解决方案,以及马扎克自身跨国生产的应用实践。接下来,考察团参观了大口工厂的机加工车间、钣金和装配车间,详细了解柔性制造系统(FMS)和Mazak iSMART Factory在大口工厂的应用。此外,考察团成员还参观了马扎克的老式机床展厅和航空航天行业技术中心,深感震撼。

Mazak iSMART Factory的五级修炼

    马扎克在利用先进制造技术、自动化技术和信息技术提升制造效率上一直没有停止前进的步伐:

    1981年利用立/卧式加工中心、刀库自动交换装置以及运转监控计算机室建成FMF工厂,用于多品种小批量模式的生产;

    1987年通过复合加工机、FMS系统、刀具自动供给装备建立了CIM工厂,用计算机整合生产,进一步提升多品种小批量生产;

    1998年开始建设智能化工厂,在机床上融合信息技术、互联网技术,实现机床的远程监控;

    2003年之后开发了单元式生产设备,实现e-BOT 720小时无人值守;

    2014年,启动了Mazak iSMART Factory,旨在建设高度数字化、不断进化的工厂,以及创造新价值,为客户提供产品及服务。

产品经理竹本先生介绍Mazak iSMART Factory方案

图2 产品经理竹本先生介绍Mazak iSMART Factory方案

    “iSMART”中,字母“i”寓意革新化、智能化、集成管理,“SMART”则是自我管理、自我优化、与所有经营活动和业务环境同步的意思。

Mazak iSMART Factory解决方案

图3 Mazak iSMART Factory解决方案

    Mazak iSMART Factory解决方案中,智能化的加工中心、上下料机器人、自动化立库、自动化物流转运等智能装备基于MTConnect协议实现设备间的通信,通过IoT采集设备运转的大数据,向上层的MES系统传递制造数据,从MES系统获取制造指令。

    Mazak iSMART Factory的核心内容包括:

    智能加工中心——能够通过网络实时反馈运行状态、工艺数据、工作进度等信息,能够获取加工程序、生产指令、工艺数据、生产准备信息,能够最大程度减少生产准备工作,具有一定的自适应功能和自我诊断能力;

    马扎克认为数据的传输和安全非常关键,因此,与思科联合开发了保证机床安全性的Smart BOX。通过Smart BOX,不仅可以采集各种设备装置的运转数据,还能识别病毒,只传输符合MTConnect协议的数据,阻断病毒对机床的攻击,具有较高的安全性。MTConnect协议是机床专用的开放式通信协议,由美国机械制造协会(AMT)发布,保障了机床通信不受设备生产厂家或型号新旧的限制。

 MTConnect通信协议

图4 MTConnect通信协议(图片来自于网络)

    SMOOTH PROCESS SUPPORT(SPS)——智能制造生产系统,用于加工代码的生产、加工计划排程、刀具管理、机床监控与统计,实现从工艺、计划、生产准备、制造过程监控的管理支持。

SPS的主要功能

图5 SPS的主要功能(图片来自于网络)

SMOOTH SCHEDULER

图6 SMOOTH SCHEDULER(图片来自于网络)

SMOOTH TOOL MANAGEMENT

图7 SMOOTH TOOL MANAGEMENT(图片来自于网络)

SMOOTH MONITOR

图8 SMOOTH MONITOR(图片来自于网络)

设备运转状态可视化

图9 设备运转状态可视化

设备报警分析

图10 设备报警分析

设备报警与处理过程

图11 设备报警与处理过程

    此外,在Mazak iSMARTFactory方案中,还将公司的ERP、MES等系统并入此网络中,通过Smooth Monitor,将工厂的加工设备和办公室的电脑连接起来,形成网络化工厂,实现底层设备与上层运营管理系统的互联,底层设备的数据通过网络传输,可以在办公层看到每一台设备的运行状态,可实时统计分析每台设备的开动率,通过数据比较分析,为生产改善提供依据。Smooth Monitor不仅可以监控本地工厂的设备运转情况,还可监控到马扎克全球工厂的设备实时运行状况。

    马扎克的iSMARTFactory分为五级的建设目标:

    第一级,利用物联网及工业安全技术,实现设备互联和生产过程可视化;

    第二级,通过大数据分析提高生产绩效;

    第三级,通过制造系统的集成,优化业务运营;

    第四级,通过人工智能技术将资深技术工人的经验融合到制造系统。大口工厂处于第三与第四步间,其建设目标为在制时间缩短30%,半成品库存减少30%,管理工时减少50%;

    第五级,通过人工智能技术,实现制造系统的自主和自适应控制,实现工程的持续进化。

Mazak iSMART Factory规划图

图12 Mazak iSMART Factory规划图

走进车间,令人震撼的柔性自动化

    在初步了解马扎克iSMARTFactory方案后,接下来考察团参观了大口工厂的机加工、钣金、装配车间。

    大口工厂成立于1961年,是马扎克公司第一家工厂,但是其外部装饰、内部的结构与布局却现代感十足。由于生产精密加工机床,装配精度要求极高,对温度、湿度变化和振动都有严苛的要求,工厂完全嵌入地下,为加工提供了相对恒定的环境,非常适合高精度加工装配的要求。

考察团在进入大口工厂的台阶上合影

图13 考察团在进入大口工厂的台阶上合影

    基于iSMARTFactory方案,大口工厂提出努力的目标是:所有生产活动数字化,通过可视化及数据分析改进生产,最终目的是改善交期,提升生产效率。

马扎克大口工厂的FMS产线示意

图14 马扎克大口工厂的FMS产线示意

    首先走进的是机加工车间。机加工车间的生产布局非常合理,车间的一端是原材料立库和转运至下一车间的通道,车间的中部是由智能制造单元组成的柔性自动化机加产线,物料通过导轨运送到工位,产线的两侧都装置有立库,用于存放原材料或半成品,此外,在每条产线上方,还布置了工具的自动化配送线,保证工具的自动化切换。每条柔性产线由多台加工中心、去毛刺设备和清洗设备、上下料机器人、物料转运导轨与托盘、工具自动化输送线组成。原材料从进入立库的那一刻起,就开始了它的智能制造之旅。原材料从立库中出库,首先由机器人通过机器视觉进行分拣,装夹到托盘上之后,再由带有导轨的输送车运送到加工工位;加工过程则通过对工件的识别调用相应的加工程序、根据加工工艺换刀、更换工装夹具,上下料则由机器人完成;工件在一个加工中心上完成加工后,由产线旁的导轨送到下一个加工中心里,全部工序完成后,由机器人将零件放到托盘上,再由导轨送到线边的立库存放。整个加工过程完全自动化,已经达到720小时无人值守的水平。

扎克大口工厂的FMS产线

图15 马扎克大口工厂的FMS产线(图片来自于网络)

    在钣金件的制造过程中,马扎克采用激光打印的QR码对钣金件进行追溯管理。QR码包含零件的加工工艺以及工件的身份识别,便于追溯。钣金加工时通过QR码识别加工信息,获取每一道工序的加工参数、图纸等数据,工人可以根据QR码在平板电脑上调出工艺,了解加工方法,通过此手段,减少了查找图纸和工件的时间,使生产效率提升了30%。由于工件的表面喷涂会遮盖QR码,所以马扎克采用纸质二维码进行转换对应,保障工件制造工艺和身份信息的传承,实现全程追溯。

车间看板

图16 车间看板(图片来自于网络)

    在装配车间,马扎克智能化的特点在于装配过程的透明化。装配车间每一个工人手持平板电脑,记录每一台设备的装配进度、质量等数据,通过装配生产看板,可以了解到装配车间设备布局图、装配甘特图和设备装配状态,实时反映每一台机床状态以及订单生产进度与状态;在质量管理方面,实现了制造精度的自动化检测,此外,制造过程的工序与工人代码绑定,如机床出现问题,可以追踪到操作工人。

    大口工厂的每台加工设备、物流设备、自动化立库都已联网,通过Smart BOX可以每天采集到各种设备的1230万条数据,在车间设置了大量的机床监控看板,可以看到机床的关键工艺参数,如进给率等,并用不同颜色表示不同的设备状态,可以清晰地知道每一台机床每天/每月的运行情况,实现对每一台机床进行精细化管控;此外,在生产现场机床发生报警后,可以通过PDA、警报等形式进行通知。机床发生报警后可以对其深度分析,找出报警发生原因,如刀具寿命过期,通过及时更换达到减少停机时间的目的。通过对设备的实时监控,大口工厂非计划性停机时间逐年缩短,2016年6月-2017年5月,通过设备监控与及时处理,相比2015年减少了55%。Mazak iSMART Factory解决方案在大口工厂的应用,实现了所有生产活动数字化,通过可视化和数据分析利用,缩短生产周期、提高质量、强化追踪管理、减少管理工作量。

大口工厂联网架构

图17 大口工厂联网架构

考察的收获与启示

    大口工厂的考察从Mazak iSMART Factory解决方案的了解到该方案的应用落地参观,让考察团成员领略到先进制造技术与自动化技术、IT技术、现场管理技术的完美融合,令考察团成员意犹未尽、收获满满,也获得了很多启示:

    ●持续推进智能工厂建设,实现设备互联和数据采集

    ●推进柔性制造系统的应用,实现了720小时无人值守,源于加工中心、物流导轨、上下料机器人、自动化工装输送组成的柔性自动化产线,源于对工件形状识别的自动加工;

    ●通过自身实践和与思科等行业领先者的强强联合,用自己的设备和工厂建立样板,形成完善的智能工厂解决方案;

    ●充分利用物联网技术、数据采集技术,实现对全球工厂设备的实时监控;

    ●基于制造过程全面数字化,实现内部的纵向打通,销售通过办公层系统就可了解到订单的执行状态;

    ●非常重视员工技能的培养提升,利用荣誉墙激励员工提高自身水平。

技能士荣誉墙

图18 技能士荣誉墙

马扎克展厅里古朴精美的老式机床

图19 马扎克展厅里古朴精美的老式机床

考察团合影

图20 考察团合影

责任编辑:程玥
本文为e-works原创投稿文章,未经e-works书面许可,任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如已是e-works授权合作伙伴,应在授权范围内使用。e-works内容合作伙伴申请热线:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐