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世界顶级机床的IOT之道——参观山崎马扎克

2018/6/27    来源:e-works    作者:e-works  胡中扬      
关键字:马扎克  日本考察  2018  
    2018年6月19日,e-works日本考察团参观了爱知县的山崎马扎克大口工厂。
考察团合影
考察团合影

    山崎马扎克公司,是一家全球知名的机床生产制造商。公司成立于1919年,主要生产CNC车床、复合车铣加工中心、立式加工中心、卧式加工中心、CNC激光系统、FMS柔性生产系统、CAD/CAM系统、CNC装置和生产支持软件等。马扎克公司现有员工八千多人,在全球有11个工厂,其中在中国银川和大连有两个工厂。产品素以高速度、高精度而在行业内著称,产品遍及机械工业的各个行业。大口工厂成立于1961年,是马扎克最老的工厂,但是大口工厂一点也不显老旧,而且工厂在建筑道路保养上也下了很大功夫。为了降低屋顶温度,马扎克在新工厂的屋顶种植一种苔藓类的植物,这种种植物平时不用特别浇水,但是下雨时候会吸收水分,并且可以把屋顶的温度降低。类似的工厂建设的创新还有在岐阜县美浓加茂市的optonics工厂,这个工厂完全嵌入在地下,因为生产激光加工机床,这些配备透镜机床的组装精度要求极高,对温度、湿度变化和振动都有着严苛的要求,而地下的空间则可以提供一个相对稳定的环境,并且避免外界震动,非常适合这种高精度加工组装的要求。
 

金字塔造型的地下工厂
金字塔造型的地下工厂
 
    由于大口工厂最近做了IOT的技术改善,是马扎克的IOT样板工厂,因此马扎克选择了大口样板工厂作为考察团学习的对象。
 
    首先,产品经理竹本先生为考察团梳理了马扎克的网络化发展的历史:
 
    1981年,用马扎克设备做了一个多品种小批量的工厂;1987年,做了FMS刀具自动供给装置;1998年,用计算机融和NC做产品开发,初具智能化工厂雏形,这也是一个里程碑式的进步,这个时候,产品已可以进行远程监控,几台机床可以组建成一条生产线;2003年,开发了e-bot cell ,可以做到720小时的无人运转,一台复合机床+发那科的机器手组成一个单元,几个单元构成的生产单元;从2005年开始,马扎克开始推行智能工厂。
 
    马扎克的智能工厂叫iSMART Factory,其目的是打造一个高度数字化制造实践,不断进化的工厂,以创造新价值,给客户提供产品和服务。iSMART Factory的规划分为五个步骤:
1、搭建好底层的IoT安全网络,做到可视化;
2、利用制造中的大数据的分析来做生产改善;
3、系统配合协作分析和最优化(这是大口工厂所处的阶段);
4、将熟练工经验技能的AI化,高度的系统配合协作,将在制品时间缩短30%,半成品库存减少30%;
5、打造一个具有自我学习的智能工厂,通过AI的自适应性,自我改善,自我分析。
 
    马扎克实现了对设备的联网和远程监控,通过Smart BOX采集各种设备装置数据,基于AMT发布的开放式通信协议MTConnect标准,通信不受设备生产厂家或型号新旧的限制,可以连接马扎克机床,也可以连接不同品牌的机床以实时监控全球每个工厂,每台机床的状态,对每台设备、每个智能制造单元的生产情况实时分析。马扎克的装配车间可以跟踪每一台正在装配的机床的进度。通过mtconnect协议的网络智能传输mtconnect的数据,可以识别病毒,保证了机床网络连接上的安全性。
 
    马扎克表示,智能工厂最大的风险就在于网络安全——病毒入侵。因为如果网络有病毒攻击,就会造成设备乱动作,非常危险;而另一个问题就是老设备与网络的连接。马扎克与一家IT公司合作,解决了病毒防御问题,用一个Smart Box使互联网与设备隔离,这个Smart Box也可以把老设备的模拟量转为数字量接入互联网。我们看到的控制面板dashboard 连接了全世界的马扎克工厂,可以看到加工的零部件编号以及每个加工中心的OEE, 如:绿色代表运行、黄色代表暂停、红色代表故障、灰色代表断电、白色代表换刀等等。
 
    Smart BOX一天可以采集1230万件设备的工具,连接了包括机床21台、控制器机床4台、激光机2台、机器人8台、AGV、自动化仓库等众多设备。在车间设置了大量的机床监控看板,在监控看板上可以看到机床的关键工艺参数,如进给倍率等,用不同颜色表示不同的设备状态,可以清晰的知道每一台机床每天的运行情况,对每一台机床进行精细化管控,如机床发生报警后可以进行深度分析,通过报警的详细内容和复原的时间,发生周期等因素的分析,找到一个报警原因,然后来分析原因并解决问题。例如刀具的切削,通过运转状态的可视化,将刀具自动运转时间细分为切削时间及非切削时间等,具体分析,查明发生原因减少停机时间。报警使用报警通知系统,停机时迅速处理,通过平板电脑接收到报警的邮件,为了提高效率,工作人员将白色的报警器插在耳边,这样防止在没看到电脑提醒而没及时采取反应。通过这套报警系统,由于报警的产生的停机从一年半前的1005小时减少到了了450小时,报停机时间减少了55%。
 
    在介绍完大口工厂IOT解决方案后,考察团参观了马扎克的机加工车间、总装车间金和钣金加工车间。
 
    机加工车间中间是原材料立体仓库,两边是智能制造单元,一个智能制造单元有多台加工中心和清洗设备,由带有导轨的输送车上下料,两侧是半成品立库,存放半成品、托盘和成品,立体仓库之间用AGV输送,机加工可以实现720小时无人值守,自动进行加工。
 
    钣金加工通过QR码及耐热标签,在每一个工件上打印一个二维码,使每一道工序可以清晰的了解加工工艺、图纸等数据,通过此手段,生产效率提升了30%(减少查找图纸及工件时间),但二维码只能应用了涂装之前,在涂装后,通过扫描工件上的二维码到纸张上,然后挂在工件上,实现全程追溯。
 
    在装配区,每一个工人都有一个平板电脑,可以记录每一个装配的进度、质量等数据,同时通过装配生产看板,可以实时的看到每一台机床状态以及计划、进度等信息;在质量管理方面,以前通过纸质进行记录与分析,现在都是通过EXCEL进行记录,然后进行网络化管理,记录产品加工过程中每一道工序的数据,实现产品的全程追溯。
 
    马扎克在装配工序采用定点装配。他们说装配工序要实现自动化,很难很难。因为不像零部件加工只要图纸尺寸一旦确定,可以由设备自动完成。装配工序还是要依靠人的经验。我看到装配工序,人员节奏并不忙碌。但是马扎克的排产很有特色:有一个可以移动的小车(有些像机场的报夹),最上面是一张A3纸:第一行是国别(中国、印度、美国等)——各国产品标准不同;第二行是客户名称;第三行是机器编号,每个编号当然是唯一的,编号代表着仪器。下面一个牌子是工作进度表,比如日期、工作计划16T-18T,在实践用圆圈表示16T、17T、18T,完成的用蓝色磁铁,正在进行中的用黄色磁铁。
 
    安装工艺编码:比如从1T到51T,分别代表着不同安装阶段——机械安装、电气安装、机械检查、电气检查、调试、包装、出仓等等。加工中心是空调控制,精密加工中心25度+-2度,检测室20度+-2度。装配车间也有空调,让温度波动幅度降低。装配工序分成两个子工序:第一个是机架安装,第二个是零部件安装。机架完成装配后,起吊后用平板车运到零部件安装区域。现在马扎克正在把那块小车看板改成电子看板。这样每个机器的位置可以被系统自动定位,这样AGV小车可以自动运送零件到相应的机器位置。现在,马扎克的AGV 小车不再需要用地下感应线,而是通过三点定位导航。马扎克公司每天会产生1200万条数据,如何利用这些数据还是一个挑战,马扎克公司还在探索。
 
    马扎克特别重视工人的技能培养提升,他们把所有的技能士(即技术工人,一级技能士由中央政府评定,二级技能士由省政府评定)的名字都挂在公司总部的走廊上,其中有3名“当代名工”(工人的最高荣誉),这值得我们中国企业学习!
 
    整体而言,马扎克参观的体会有以下几点:1.机加工实现自动化、少人化是可能的,但是马扎克是与社会IT公司合作的;2.装配自动化,马扎克也办不到,还得靠人;3.特别关注对员工技能的培训,在荣誉和待遇上配套;4.物联网、智能化工厂最大的风险是网络安全(防病毒),这点一个美国的专家也讲过;5.电子看板对博创等智能工厂非常适用,可以马上着手进行;6.大数据平台一定行的通,但是数据越来越大是挑战;7.人的技能和素养是决定成败的关键!
 
    此次对马扎克几个车间的深入考察,考察团团员收获满满。
责任编辑:李璐
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