兩片罐智能化生產(chǎn)

兩片罐智能化生產(chǎn)

當(dāng)前，兩片鋁罐生產(chǎn)線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高速、高自動(dòng)化生產(chǎn)，9個(gè)人便可以管理一條2400罐/分鐘的高速生產(chǎn)線，可以說(shuō)在速度和自動(dòng)化方面的提升空間上幾乎走到了盡頭。與此同時(shí)，這個(gè)看似無(wú)懈可擊的傳統(tǒng)行業(yè)卻也因工作環(huán)境艱苦而面臨專業(yè)技術(shù)人員青黃不接的問(wèn)題，讓兩片罐智能化生產(chǎn)的趨勢(shì)在遠(yuǎn)方若隱若現(xiàn)。

簡(jiǎn)而言之，人工智能的加入對(duì)兩片罐生產(chǎn)有兩大益處，一是降低對(duì)熟練操作和維修人員的數(shù)量需求，二是促進(jìn)行業(yè)對(duì)未來(lái)無(wú)人工廠發(fā)展的重新思索。

兩片罐智能線控理論的思考（智能瓶頸分析理論的建立）

科技的進(jìn)步，以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，讓兩片罐生產(chǎn)線線控系統(tǒng)中央控制器的功能有了巨大提升，使我們可以實(shí)施很多以前無(wú)法想象的控制模式。再加上各生產(chǎn)企業(yè)為了充分消除生產(chǎn)線硬件上的瓶頸因素，已經(jīng)對(duì)設(shè)備機(jī)臺(tái)進(jìn)行了充分考慮，生產(chǎn)線瓶頸變得不固定，也讓智能瓶頸分析理論應(yīng)運(yùn)而生。

兩片罐生產(chǎn)線瓶頸可分為生產(chǎn)瓶頸、設(shè)備瓶頸、成本瓶頸。

生產(chǎn)瓶頸 系統(tǒng)自動(dòng)分析并找出生產(chǎn)線的生產(chǎn)瓶頸所在，涉及以下兩個(gè)方面。

一方面，系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整生產(chǎn)線各工序機(jī)臺(tái)的運(yùn)行速度（速度自動(dòng)匹配）。首先，設(shè)定生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行速度；其次，設(shè)定單設(shè)備最高速度；第三，設(shè)定單設(shè)備最低速度；第四，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行速度動(dòng)態(tài)調(diào)整；第五，平衡各工序設(shè)備的速度匹配；第六，使用緩沖來(lái)平衡生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)節(jié)拍；第七，減少木桶效應(yīng)。

另一方面，建立簡(jiǎn)單的模型并用Simulink來(lái)仿真生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)瓶頸分析的方法。使用一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來(lái)模仿生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)運(yùn)行。如圖1所示，模型非常簡(jiǎn)單，只是使用設(shè)備A、B、C和設(shè)備之間的傳輸空間設(shè)定來(lái)考慮問(wèn)題。如果需要將其擴(kuò)大到整個(gè)生產(chǎn)線的仿真，實(shí)際上就是增加不同設(shè)備和數(shù)量到模型而已，基本控制方法沒有太大改變。 

通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的模型可以實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能：一是各機(jī)臺(tái)速度的動(dòng)態(tài)調(diào)整，二是生產(chǎn)瓶頸的動(dòng)態(tài)跟蹤。

設(shè)備瓶頸 系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)分析出生產(chǎn)線各設(shè)備的設(shè)備瓶頸。根據(jù)前述模型的建立，說(shuō)明這個(gè)部分一樣可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和分析加以利用，主要包括以下三點(diǎn)：近期需要重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)備；該設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定現(xiàn)象；處于生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)備（沖杯、拉伸、彩印、縮翻）。

成本瓶頸 相信各種ERP軟件比我們考慮的更專業(yè)更全面。從控制系統(tǒng)的角度考慮，應(yīng)在必要的時(shí)候降低能耗，主要包括以下兩點(diǎn)：設(shè)備等待期間節(jié)能；滿足要求的情況下傳輸過(guò)程降速節(jié)能。

兩片罐智能設(shè)備實(shí)施的思考

PHM理論 故障預(yù)測(cè)與健康管理(Prognostics and Health Management，PHM)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，它是綜合利用現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的最新研究成果而提出的一種全新的管理健康狀態(tài)的解決方案。

PHM理論有以下三種方法。一種是基于模型的預(yù)測(cè)方法。在不太復(fù)雜的系統(tǒng)內(nèi)可以完全通過(guò)模型來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，不同的技術(shù)團(tuán)隊(duì)有不同的建模方法和水平，不過(guò)建立準(zhǔn)確的模型很難。

另一種是基于真實(shí)數(shù)據(jù)積累的預(yù)測(cè)方法。必須說(shuō)明的是，這個(gè)方法需要大量的數(shù)據(jù)積累，一般不單獨(dú)使用。

還有一種是模型和數(shù)據(jù)積累共同運(yùn)用的預(yù)測(cè)方法。這個(gè)預(yù)測(cè)方法也許是使用最多的。同時(shí)還有基于信息物理系統(tǒng)(CPS)的預(yù)診斷與健康管理。CPS有5C的架構(gòu)和體系概念，有興趣的可以自行學(xué)習(xí)。

PHM理論在國(guó)外歷史悠久，美國(guó)軍方最早提出并使用該技術(shù)，如今在民航客機(jī)、大型水壩、核電站、汽車制造等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)雖然起步較晚但發(fā)展很快，現(xiàn)已開始逐漸進(jìn)入各個(gè)制造行業(yè)。

兩片罐主設(shè)備PHM的實(shí)施 首先是建立模型（智慧空間的建立），如圖2所示。對(duì)生產(chǎn)線主要設(shè)備進(jìn)行建模，包括沖杯、拉伸、彩印、縮翻、碼垛，需要采集數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行必要的訓(xùn)練。使用PHM的模式進(jìn)行設(shè)備的故障預(yù)測(cè)和過(guò)程產(chǎn)品的質(zhì)量趨勢(shì)預(yù)測(cè)。

圖2 兩片罐主設(shè)備PHM的實(shí)施首先是建立模型（智慧空間的建立）。

其次是數(shù)據(jù)采集的處理（圖3），需要對(duì)生產(chǎn)線主要設(shè)備進(jìn)行完善的數(shù)據(jù)采集和處理，步驟見圖4。

圖3 智能設(shè)備工業(yè)大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)架構(gòu)

圖4 智能設(shè)備工業(yè)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析步驟

第三，故障趨勢(shì)預(yù)測(cè)。在對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)齊全的情況下可以對(duì)各種不同的故障趨勢(shì)進(jìn)行分類預(yù)測(cè)。

第四，質(zhì)量趨勢(shì)預(yù)測(cè)。在對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)完整和大量數(shù)據(jù)積累的情況下，可對(duì)過(guò)程產(chǎn)品的質(zhì)量趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

第五，人機(jī)接口的結(jié)果輸出?？梢允褂酶鞣N方法將預(yù)測(cè)結(jié)果輸出到電腦或者手機(jī)上?？梢允褂萌烁兄顝?qiáng)烈的方式進(jìn)行表述，如使用圖表、百分比等方式表述預(yù)測(cè)結(jié)果。如果希望更加深入了解甚至可以觀看數(shù)據(jù)波形，總之輸出的方式多種多樣。

PHM實(shí)施的益處 長(zhǎng)期從事兩片罐設(shè)備維修管理的工程師都很清楚PHM會(huì)帶來(lái)什么好處，他們心里的苦和累就可以說(shuō)明一切。同時(shí)，長(zhǎng)期從事現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的生產(chǎn)基層管理者應(yīng)該清楚過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量趨勢(shì)預(yù)測(cè)的好處。

兩片罐智能現(xiàn)場(chǎng)物流的實(shí)施

合理規(guī)劃 合理規(guī)劃廠房及倉(cāng)儲(chǔ)的位置及空間。

AGV的使用 Automated Guided Vehicle（AGV）是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車，是一種工業(yè)應(yīng)用中不需駕駛員的搬運(yùn)車，以可充電之蓄電池為其動(dòng)力來(lái)源?？梢杂行p少叉車工的數(shù)量。AGV小車和對(duì)應(yīng)的方案非常成熟，主要涉及成品自動(dòng)入庫(kù)（小車自動(dòng)循環(huán)裝卸）和輔料自動(dòng)輸送（小車定時(shí)循環(huán)轉(zhuǎn)送）。

智能倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用 目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有非常成熟的智能倉(cāng)儲(chǔ)解決方案，此處不再贅述。