现代自动化的大脑与肌肉
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现代自动化的大脑与肌肉 钣金制作自动化需要坚固的设备和智能的软件。 迈克.佩莱基亚 著刘明星译 钣金生产自动化并不仅仅是为了获得高速的生产效率。生产设备只是平衡式的一端，好比是工厂自动化的肌肉；软件则是平衡式的另一端，好比是工厂自动化的大脑。
图1 在这个生产组织图里，手推车等候在卸载平台边，协助零件物流通畅，减少在制品的积压。 一个生产经理冲进老板的办公室，手里拿着一份打印的客户电子邮件，客户想知道他订购的零件在哪里。结果显示，车间只完成了客户需要的部分订单。 或者可能是这个顾客提交了设计上的更改，但是这些更改信息并没有传递到生产一线。顾客打电话质问为什么货箱里的零件还是按照作废的图纸生产的。 或者顾客最新的修订图纸不够细化，或者前后矛盾，这需要钣金厂的工程师花费额外的作图时间来进行整理，而顾客却不会为此付出买单。 或者顾客提交了一份订单，但是最后一刻又取消了，然而这些情况却根本没有反馈到生产部门。顾客可不希望在门口堆上一批压根就不想要的零部件，更别指望他会为此买单。 上述让人头疼的情形司空见惯。在这大萧条的世界，客户们对现金流失以及大量库存胆战心惊，所以他们尽可能拖到最后一刻才下单，又希望订购的零件在几天之内就能到货。只有这样，他们才能应对市场变化，赶在正式生产前，及时修改零件的设计、订单批量或者其他变量。 钣金工厂的经理们已经求助自动化的技术来克服这些问题。在限期交货的钣金生产中，初始切割环节的自动化效果看起来最明显。切割机为车间里别的机器提供切割件，一旦出现故障，后面的环节都得停机待产。所以毫无疑问，钣金厂的老板总是优先购置辅助上下料的装置，让生产更加流畅，尽可能缩短交货期。 但是这些机器本身，也即自动化的“肌肉”部分只是平衡式的一半。另外一半，它的“大脑”，包括集成了机器和生产控制的软件，则全部精力放在优化处理客户信息上。 如果客户收到的是没有按照其最终要求生产的零件，快如闪电的自动化生产对他而言是没有任何意义的。现在，一个钣金工厂要交叉排产大量的小批量订单，处理最后一刻的订单修改指令，甚至是订单取消等事宜。这使得钣金工厂及时、准确地处理客户信息的挑战性空前加剧。 不可否认，机器也很重要。但是，如果操作工人整天忙于按按钮控制天车来装卸板材，而与此同时配备了高速驱动和先进激光器的切割机闲置待机，这也不可能缩短交货期的。这其中的要点就是：一个成功的自动化生产线需要对“肌肉”和“大脑”同步升级。二者缺其一，工厂从大型技术投资中获得的收益就会显著下降。 肌肉：机床 机器和原材料处理系统构成了传统的自动化的心脏。人们看一眼他们的运转情况，就知道它的好处。但是集成一个自动化系统则并不是看起来这么轻而易举，而是需要仔细的分析。 给激光机配一个不是为自动化个性化定制设计的材料处理系统，并不是最佳的解决方案。事实上，这种批量化的集成很可能导致严重后果。在无人作业的时候，激光系统必须要集成安全系统。如果一个系统被编程来加工不同材质的材料，在很小概率的情形下，废气瓶会着火，这会导致一场巨大的灾难，尤其是在工厂里没有人看守的情形下。而专门为无人作业设计的机器就会有实时监控系统来避免类似事故发生。 自动化的所有要素都应该能够处理形似的材料（见图1）。例如一个激光系统能够切割1英寸厚的钢板，但是由于它配置了只能够处理0.625英寸的拆码垛系统，结果激光器的能力不能得到充分利用。 原材料处理
料塔的每一个架子都可以装载数以千磅的原材料库存（见图2）。这些料塔可以帮助库存经理处理原材料。在任何时间，自动化系统控制器都能清楚地显示材料存放在哪里，对于经常处理的材料，可以不用耗时搜索，而直接去存取。当来了一个紧急任务的时候，生产经理精确地知道所需的材料存放在哪里，因而可以下达生产指令马上投产。原材料被搬入装/卸载平台，这样不同生产任务的转换时间可以精确到秒，而不是精确到分。 料塔可以和多条激光线集成，而模块化系统可以让激光自动化的商业投资更加灵活。一家工厂可能只投资单塔－激光系统，但是他们知道迟早会追加更多的激光切割机来拓展产能。考虑到这些新设备的更强的功率和加工能力，目前的材料处理系统必须为未来的投资留下扩容空间，以处理大批量不同材质、不同厚度的原材料。 类似的料塔可以缩短不同产品生产转换的时间，但是它们本身并不会改善一线工人的劳动强度。不管切割系统是多么有效和灵活，如果后续的环节跟不上，那么切割机只是在车间里制造海量的在制品，最有效的设备反而是最让人头痛的麻烦。
图3 卸载平台应该及时把足够、适量的在制品转移到后续工序，不导致停产，也不导致在制品堆积如山。 工人们不得不急匆匆地组织物流，把切下的零件送到适当的后续工序，这样的效率可能反而不如原来低效率的切割中心。切割板材只要几秒钟，但是折弯却要几分钟，让不同工序生产节拍协调一致并不容易。如果一个板材切割好之后，还有很多连续不同的后续加工程序，生产流程将变得更加有挑战性。 安排生产流程是一项协调的艺术。把不同的生产任务混杂着编排在一起，可以有效提高材料利用率和激光头的工作时间（更少的镜头更换时间等等），但是如果这些产品的交货期不一样的话，有时会导致过量的在制品积压如山。切割自动化一个经常被忽略的领域：战略削减零部件库存方案，可以缓解库存压力。 有些公司倾向于把切割好的零件存在料塔里，系统控制员能够精确地知道零部件在哪里，也能在在后续工序需要的时候方便地调用。但是这样做会降低料塔的存储能力。
另外一个解决方案是：使用一系列卸载平台构建一个通畅的传输系统。卸载平台的能力要和自动化系统其他要素的步调协调起来（见图3）。假设一个工厂有一个20个架子、总承载能力120,000磅的料塔，配备卸载能力仅为4000磅的工作台。那么在工人移走加工完毕的零件之前，这家工厂很可能只能开机两个半小时。 这种运输方式在早班或晚班上也许是可行的，但是在无人看管的夜班或者周末作业的时候肯定是不行的（见图4）。 时间研究有助于确定需要的卸载平台的能力。如果一个车间一小时加工1000磅的金属，一个4000磅卸载能力的工作台需要四个小时被填满。再加上另外一个工作台，那么就能支撑八个小时。如果周末无人化大规模生产，则需要更多的工作台。 这样一个系统可以让一个车间有效管理在制品，让生产流程更通畅，同时使得材料利用率最大化。当然它不会放任切割中心切下堆满地面的零件，但是允许钣金工在适当的时间为后续工序提供足够的零件，同时还能保持最大的激光开机时间和最大的材料利用率，最后只留下稀疏的余料骨架。它还能允许一个有效的（通过仔细监控和限制）缓冲器来预防不可见的事故。 然而在适当的时间里，要保证零件被制造出来并正确地分类摆放在卸载平台并不容易。这时平衡式的另外一半就要发挥作用了：大脑。 大脑：软件 车间里的生产会议会解决一些严重而复杂的难题。工作人员可能会列出一个单子，假设上面有24个任务，需要使用六种不同的材料，每个任务包含多个零件，每一个零件还有不同的后续加工需求。切割完毕之后，有的需要去毛刺，有点需要折弯，有的平板零件只需直接送去喷涂，装配，或者直接打包。所有的这些零件都必须在两班之内加工完毕。好在生产管理人员多年来驾轻就熟，他们精心地排产，使得每个东西都恰到好处地在正确时间到达正确的工序。 但是这只限于正常状态。现在假设一天早上，激光操作员没有来上班，工厂突然来了紧急的订单，原先排好的详细生产计划全部泡汤。混乱开始了。激光辅材在哪里？适合新订单原材料的激光镜头在哪里？镜头的状况能够满足切割这个任务要求吗？有什么部件需要被替换吗？灭火工作随后紧急开展，几个小时乃至整个班点的切割时间都浪费了。 听起来很熟悉？ 如何和顾客有效沟通信息以及如何准确、快速处理海量的短期订单，已经毫无争议地成为运作现代化工厂最大的挑战。如果机器和人都没有接收到他们需要的信息，即使拥有最大功率的激光机和最有效的原材料处理系统也是无济于事的。机器的程序需要用最新的零件修改意见进行正确设置，工人也需要知道目前生产计划的进展情况和机器的运转数据，这样他们才知道何时安排维护保养。 激光切割机只会按照设定的程序进行切割，它们不会知道这些指令是不是基于最新的图纸修改意见设定的；它们只会执行命令，而不会产生任何质疑。 尽管在某种意义上，软件也不会提出任何质疑，至少在排产的算法上不会有什么问题。软件是根据交货期来排列工作的优先级来排产的，它和已经存在的企业资源规划（ERP）和物料需求规划（MRP）软件沟通协调之后，交叉安排各种生产任务。其目标是减少制造时间，达到或者超过质量要求，在到期日之前交货。 更好地制定计划，更平稳地生产 它的目标还包括减少在生产一线的决策。一旦任务下达到了生产车间，所有的参数都应该经过深思熟虑的结果，而且有人为之负责任。如果一线工人还要花时间来安排生产任务的话，这是纯粹是在浪费生产时间。 一旦任务砸到车间，那就是一场封闭的赛跑了。工人只需要关注产量和质量，一只眼看管零件的边缘质量，另一只眼看管生产任务序列中的下一个任务。当操作工人停下来准备下一个任务的时候，他应该会在生产计划表里看到一个可能仅仅在几分钟前更新的指令。操作人员都必须经常抬头看看下一个任务有无变化，这样他就能保证正确的原材料被放入正确的机器（或者放入一个独立的系统里，他可以提前准好材料，以最大可能减少停机时间）。 如果来了一个紧急任务，软件将检查MRP和ERP中已有的生产计划，决定哪些零件需要立即生产，不能耽误。然后它抽出这些零件的文件夹，消除其中的瑕疵和不完善的地方；排料，然后把这些零件排入随后的下一个生产计划表，必要的时候可以打乱非紧迫任务的生产计划。软件的所有这些决定都和交货期、材料利用率以及车间产能相关，而且所有这些决定都是实时快速完成的。
这一切都好像所有相关的人都集中在一线生产决策现场拍板的一样。事实上，管理者和销售员可能正在敲订单。工程师可能正在准备制造图纸，或者和客户讨论如何把设计转化成可以实现的制造能力等问题。所有这些信息都会影响原材料的需求和生产计划表，都会影响公司订货和现金流，所以财务也列入这个决策链里（见图5）。 ERP、生产管理和排料软件从某种程度上象一个通讯枢纽和信息中心，车间和远程人员都可以通过互联网访问，获取工厂的各种信息。一个管理人员可能打算下达一个订单，但是他很快发现有一个销售人员已经完成这个任务－这样就消除了重复劳动。信息流越是全面和透明，生产制造就会越平稳。 维护的重要性 自动化设备和生产管理软件之间保持着直接和密切的联系，这种联系不只是包含零件的生产程序和排料安排。现在一些特定的自动化系统还提供闭环控制的反馈信息，为工厂的维护管理提供帮助。 软件以预防性和预见性两种方式对工厂的维护提供支持。它可以提醒相关人员有哪些计划好的任务、需要在计划好的维修之前预订好哪些必需要的零件。这些系统甚至可以直接下单订购这些零件，它们给管理人员发一封邮件，后者只需敲击确认键，就可以给零件供应商下达一个采购订单了。 现代化的系统还可以辅助预见性的维护工作。数以百计的传感器放置在自动化切割系统的各个位置，传回供维修人员参考的实时数据。举例说明，如果一个激光器正处于电流过载状态，持续下来可能导致机器损坏。传感器能够探测出异常，在损坏发生之前提醒操作人员进行处理。 好的维护工作可能保证每一个生产操作更加可靠和具有预见性。它还可以帮助管理人员削减在制品的临时库存，进而减少总的库存－当然今天最重要的是，增加增产负债表中的现金流。 柔性生产 说实话，顾客很可能并不在乎你的生产现场的自动化程度有多高；但是他们在乎能否准时收到合乎质量的零件。他们还在乎零件供应商处理不同需求的柔性生产能力有多强。软件可以让经理们接到顾客的电话后，敲击几下电脑键盘，就能告诉他们目前的工作进度，如果对方有修改，还可以在投产前最后一分钟修改生产指令。 在这后信用危机的世界里，长期、稳定、大批量供货的好日子一去不返了。成功的钣金工厂必须要让自己能够快速响应顾客时时变化的需求。现在的自动化系统的技术已经成熟，只要集成得当，完全可以帮助钣金工厂应对上述挑战。 图片上英文术语说明。
AutomatedOrder Flow自动化订单流程 ProductionManagement 生产管理人员 Administration管理人员 Sales：销售人员 Engineering：制造部 ERP：企业资源规划 Nesting& Production Software 排产和生产计划软件 Owner：老板 DirectLabor & Equipment：一线工人和生产设备 FinishedGoods：制成品 Ship：运输 Customer：客户 Finance/IT:财务/IT Materials：原材料 译者注：本文为《钣金与制作》杂志翻译，已经出版，电子版首次在译言网发布，供专业人士学习。无法限制您不转载，但是请务必注明作者信息和译者信息，谢谢支持。更多专业内容请登陆中国锻压协会的中国国际金属成形展览会（2011年8月23－26日 上海世博展览馆）官网www.china-metalform.com。 |
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