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干货分享 | 在线直播课,精彩回顾来了(二)


继上篇文章宾通CEO龚超慧博士分享对于智能制造内涵的解读后,本篇文章将继续介绍龚超慧博士对于智能制造整体系统观的见解。

什么是智能制造系统观?

现在提到工厂做智能制造改造,一定会先从系统角度来考虑。因为制造是一个完整的流程,也是一个体系,单点的改造对于整个生产制造模式的提升是有限的。当工厂有一个完整的系统时,能爆发出非常巨大的能量,所以在考虑智能制造时,必须要考虑到生产制造场景中人、机、料、法、环各方面之间的协同,要考虑到生产制造人员、设备、物料、工艺流程、周边环境和可变因素等,必须要有一套兼顾以上要素并能打通智能决策的系统,才能实现整个生产的升级。

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针对智能制造,龚博士打比喻说:“我个人认为智能制造它应该是一个交响乐,而不是独奏。它必须是多个要素完整的整合在一起,才能实现制造的升级。尤其交响乐的时候,一定要各种乐器协同配合在一起。某一种乐器如果太突出了,整体效果也不会好。所以必须要追求整个产线的平衡,各个要素的平衡。

龚博士提出了智能化闭环的概念:

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1. 一个智能化的生产制造场景一定要有比较好的数字化和信息化基础,才能把实际生产作为实际的物理情况,在数字化层面获得1对1对应。现在有蛮多的提到数字孪生digital twin的概念,而在宣传时播放的酷炫动画误导不少人,认为这就是数字孪生,其实并不是。如何通过数字化手段实时反映出实际生产和实施情况,这是数字化信息化首先考虑的。


2. 在获得了关键数据、关键信息之后,如何通过这些数据做智能化的决策,来提升整体生产效率,叫做决策化。

3. 智能要素中,技术的门槛最高,在有智能决策的基础之上,有效地连通很多生产制造设备,有效地投放优化决策和安排最优生产计划到每一台设备,使这些设备能够高效地组织在一起做自动化的生产。通过数字化手段将生产过程和生产动作的数据汇总,数字化信息化、决策化和自动化三者形成紧密的闭环,整个智能制造场景化就得以完成。




龚博士提出,从BITO的角度来理解,这里有两个核心且基础的系统:

  • 智能在线排程系统,考虑生产场景中所有的关键要素,做智能化的组织和决策,并将这些命令下发到每一台设备;

  • 智能机器人系统,这里的机器人是相对较广的概念,可以是机械臂,可以是AGV,柔性的物流系统,也可以是一台机床设备。当一台设备可以和环境做互动,收取信息,并做出有效决策,就被称为智能机器人。

通过宏观统筹的智能在线排程和智能化机器人系统,实现了闭环,工厂就像是不断在做思考的活的系统,其智能制造场景的智能化程度和完整化程度非常高。

龚博士用一张图从BITO实践的角度介绍智能场景的系统架构。

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在制造业场景顶层会有一个ERP系统,更多是作为业务导向而存在,财务导向方面的系统则有诸如物料供应计划和采购计划等等。

当这些信息系统与生产制造场景对接,则会有MES系统收集制造业场景中大量的数据,同时做部分实时数据的可视化。顶层旁边有BAPS系统,即BITO ADVANCED PLANNING AND SCHEDULING SYSTEM该系统是一个智能排程系统,通过跟ERP系统的实时物料数据交换、订单数据交换,通过跟MES系统实时的生产设备的信息交换,不断做动态的决策一般一个动态决策的一个时间周期,需要做到秒级,就可以根据实时的生产情况,不断地调整和优化生产计划,将生产计划转变成每一个设备对应的任务指令,这样就能实现一个智能化的闭环。

下一层BITO FLEET MANAGEMENT SYSTEM—BFMS机器人多机调度系统再往下一层,既是宾通较为关注,也是宾通业务很重要的内容—智能物流的部分,智能化标准化的AGV控制器BANS(BITO AUTONOMOUS NAVIGATION SYSTEM)单机控制系统当标准化的控制器装载在不同类型的AGV上,就可以将不同类型的物流设备有效的组织在一起实现柔性供料计划。


在解答宾通为何关注排程系统和物流系统上,龚博士说:“要实现精益化、柔性化的生产,第一要有精益化的生产管理,所以一定是从排程系统来切入。第二,要实现柔性化的生产,不光它的工艺路径、工艺路线、生产路线要柔性,其生产场景中的物流路径,也一定要和工艺路径做一一对应,因此生产制造的物流流程也需要是柔性的,只有AGV可以实现柔性物流,支持顶层的生产计划到底层执行层柔性的打通。”‍


龚博士提到,宾通一直强调智能决策在一个生产制造场景中的核心位置,其提供的智能排程系统有两个特点:

  • 可以应用在大规模且离散的制造业场景

  • 作为一个在线实施的系统,可以针对所有变化的订单情况、设备情况和人员情况,对生产计划做动态调整

为了更清楚的来讲解智能排程系统,龚博士用一张简单的示意图来做说明。

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以图为例,有红色订单,绿色订单、蓝色订单和橘黄色订单4种。先前提到人、机、料、法、环的工艺流程生产制造模式,示意图中,以红色订单为例,其工艺流程是圆圈工艺—方块工艺—菱形工艺。绿色订单则是圆圈工艺—菱形工艺。在确定了工艺流程之后,机器设备或机床则是第二考虑的。实际应用中,设备的生产制造能力的数字轮孪生需要做好。依然以图为例,machine 1的工艺能力是圆圈,machine 2的工艺能力是方块,machine3的工艺能力是菱形,当需要处理红色订单(其工艺流程是圆圈--方块--菱形)时,第一步需要找到machine 1,然后machine 2再到machine 3,因此订单的生产会占用这些生产资源的部分时间。智能排程系统做决策是在有限的生产资源情况下,最大化将订单安排到系统内,最大化提升设备使用率并保证订单交期。

龚博士比喻,“这有点像是玩俄罗斯方块,把这些块塞到整个甘特图里面,塞得越满越好,同时保证每一个订单最后一道工序完成的时候是早于客户的需求时间,这时候我们就能进行交期管理,能够进行产能利用率提升。”同时,这张图也可以用来做人员管理的说明,比如两个人甲和乙,甲技能种类更多一些,可以操作machine 1或者操作machine 2,而另外乙只能操作machine 3。由于疫情的情况,乙无法到岗,该如何保证生产继续?假使这个系统足够的智能,系统就会自动判断出蓝色订单只用到了machine 1和machine 2,蓝色订单依然可以进行生产。特殊时期很多动态变化的生产情况,系统都会在有限资源约束的情况下做出最优的生产决策。 

智能排程系统还能做什么呢?龚博士举了另外一个例子说明。

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以上图为例,两个切断机cutting machine和两个CNC机床,图上的Blanks代表原材料。当一个生产计划制定后,我们知道某一道工序开始之前是需要某种原材料,并且我们会精确的知道这些原材料什么时间要投放到设备上。所以我们可以看到当T00038做红色工序的时候,它需要一个D13原材料。T00038要做绿色工序时,它还需要一个D13原材料。在第7个时间单位的时候,T00037也会需要一个D13原材料,这个时候已经三个D13原材料被用到。而当T00037需要做深蓝色工序时,我们就会知道这道工序已经没有原材料来支撑生产。因此料(原材料)这个环节也被统筹管理了。我们从开始就会知道,深蓝色订单现在不能生产,也无法排产。这是实际生产中的一个约束,考虑能生产什么,怎么最大化生产。

除此之外,还有另外一种用法,假设库存是无限的,我们可以排最优的生产计划,依据最优生产计划倒推到今天需要的物料和明天需要的物料,以此将最优的库存管理倒推出来,并将这个信息投放给供应商,供应商将按需倒推供料计划,转变为其生产计划。通过这样一个网状结构,供应商之间层层倒推,最后实现整个工业体系的按需生产。因此可以看到一个智能决策系统,可以应用在库存管理供应链管理

当提到整个制造业的智能化需要进一步提升时,智能排程系统可以做什么呢?龚博士也举了一个例子说明。

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假设有4个工厂factory1-4,每一个工厂都配备有实时在线的智能排程系统,corporate office代表集团总部。集团总部接到一个订单,需要作出决策该订单应通过哪个工厂做生产?总部需要获取到的信息是交期和成本。当工厂全部智能在线后,总部就可以发出类似query的询价,工厂就可以在排程系统上做出假设,将这个订单排产进去后的交集如何?成本如何?能否生产?并将反馈传回总部,协助总部来做最优化选择,做最高效益的选择,实现产能分配,多个生产制造中心间的协同生产,应对产能突发情况,优化运营管理和财务管理。

延伸提到智能排程的自动化调度,龚博士以BITO自主研发的BAPS智能排程系统BFMS多机调度系统为例,进一步做了详细解释,如何让物流计划与顶层的生产计划有效协同。

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以上有4个生产设备,现有橘黄色和红色2种订单类型,何时生产哪个订单,先做哪个流程是由生产计划所决定的。甘特图中每一行对应的是一个设备,线下将设备在空间中所处的位置做一次性录入,T00037在工厂平面图中所处的位置是第一条黑线所指代的位置,N00008在工厂平面图中所处的位置是对应的第四条黑线所指代的位置。因此橘黄色的订单可以看出需先在T00037上进行生产,之后需要被运送到N0008进行生产,该订单在空间中转移的路线会在该图上被显示出来。此外,该订单前一道工序生产完的时间和后一道工序开始的时间我们是知道的,所以当订单物料在前一道工序向后一道工序流转的时候,我们就掌握了时间信息,因此任务开始时间和应该运送到的时间,以及设备在空间中所处的位置就打包成了一个调度指令来执行搬运任务,通过BFMS多机调度系统,找到最合适的机器人来承接和完成这个任务。

龚博士最后总结,“通过从生产计划到物流自动化系统的打通,其实我们就掌握了When-时间问题,where-位置问题,what-任务事情,多机调度系统决定who-谁来做这个事情,机器人解决了how-怎么解决这个问题。Whenwherewhatwhohow做一件事情最重要的五大元素都通过一套系统全部整合在一起,实现智能柔性生产计划柔性自动化系统之间的打通,将整个场域内的资源有效组织在一起,做动态、柔性、最优的生产”。 

 

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