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SAP-沈阳主动化研讨所结合打造的中国第一家基于自治体系的沙巴体育app官方演示线

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2019-07-31 起源:彭俊松博士

 德国产业4.0开展至今,跟着收集物理体系CPS技巧的深刻利用,出产的主动化和机动性一直失掉进步,推进了出产状态的逐渐演进。现在,德国产业4.0从技巧上曾经进入到大范围定制代工出产的雏形阶段。咱们以为的产业4.0的最终状况会是一个什么样子呢?

以汽车行业为例,能够假想这样一个场景:在一个宏大的厂房里,依照矩阵式安排了20x40个加工岛。每个加工岛由多少台呆板人和一批工装形成。在加工岛之间,往返穿越着一台台无人驾驶的、承载着半制品汽车的AGV小车。当AGV达到某个加工岛后,一群呆板人即时将半制品汽车卸到加工台长进行紧固,停止出产和拆卸,然后再搬回到AGV小车上。就如许,在流转了多少个加工岛之后,半制品的汽车终于酿成了竣工的汽车。假如说这种无人化的、无流水线传动带的加工方法攻破了良多人对汽车工场的传统印象的话,那么愈加令人惊疑的是,在这个厂房里,乃至能够同时为差别品牌的汽车停止代工。而从厂房出口驶出的汽车,不只能够是完整差别的车型,并且没有两台是截然不同的设置。

 

 

图:将来汽车代工出产的场景

 

从明天的教训和认知来看,这些描写听起来几乎是一个天方夜谭。然而,在德国产业4.0技巧的推进下,这一空想正在逐步变为事实。从推进代工出产的视角,德国库卡呆板人将其称为矩阵式出产(Matrix Production);从工业利用的视角,将其利用到实战的德国民众把它叫做模块化出产(Modular Production)。眼下,笔者正站在沈阳主动化研讨所的试验室里,面临着如许一个第三代沙巴体育app官方的树模线,面前好像显现出将来汽车大范围定制代工出产的场景。这所有,都始于五年前德国当局为了向中国当局先容产业4.0,委托SAP实地招待中国工信部引导观赏的沙巴体育app官方。

 

 

图:2014年德国专家向中国当局领导先容产业4.0沙巴体育app官方

 

第一代产业4.0沙巴体育app官方

 

2014年正值产业4.0蒸蒸日上之际。基于多年的实际,SAP发布了第一代的产业4.0沙巴体育app官方处理方案。这是一个典范的实现了垂直集成架构的沙巴体育app官方。在OPC 协定的支撑下,SAP买通了自家的企业资本打算ERP到自家的制作履行系统MES到第三方的可编程逻辑把持器PLC之间的壁垒。在SAP MES和PLC之间无需任何软件旁边层,便能够实现主数据无冗余的高速集成。

这一年德国当局供给给中国工信部引导观赏的,是一家实行了SAP的德国产业燃气具出产企业Elster。现实上,只管Elster的一条出产线上曾经能够实现多种类小批量的出产,在程度集成上也可圈可点,然而使用垂直集成买通产业金字塔的观点,与海内履行的“两化融会”的思维高度符合,给来访的中国引导和专家们留下了深入的印象。那几年,也是垂直集成观点在海内沙巴体育app官方最为盛行的几年,不少人将可能与ERP和PLC衔接的MES,当作是实现产业4.0的标配,崛起了一股开辟各行各业MES体系的热潮。无疑,这为大范围建立产业4.0沙巴体育app官方奠基了一个出发点。

 

 

图:2014年汉诺威工博会上SAP展现的第一代产业4.0沙巴体育app官方处理方案

 

第二代产业4.0沙巴体育app官方

 

2016年,SAP推出了“程度集成+垂直集成+产物全性命周期集成”的第二代产业4.0沙巴体育app官方。在ERP-MES-PLC的基本上,参加了特性化定制的观点,涵盖了从电商体系hybris提生产品定制请求,在产物性命周期治理PLM中停止产物计划,然落后入到ERP下单出产,以及经由过程供给链治理系统SCM与供给商协同构造供货的完全过程。

当初回忆起来,那几年在海内也是特性化定制工场最红火的时间。打扮、家具、家电等轻产业产物的定制,俨然就是产业4.0的代名词。当初看来,轻产业产物的特性化定制,在全部制作行业里,门槛绝对仍是比拟简单。产业4.0的难点仍旧仍是那些庞杂产物+庞杂加工进程的大范围定制,典范的代表就是汽车。啃不下汽车这块骨头,停顿在第二阶段的沙巴体育app官方,还不克不及代表德国产业4.0的程度。

 

 

图:2016年汉诺威工博会上SAP展现的第二代产业4.0沙巴体育app官方处理方案

 

第三代产业4.0的沙巴体育app官方

 

又过了两年,2018年,SAP紧接着推出了基于模块化出产的第三代沙巴体育app官方,不只实现了汽车行业的大范围定制化出产,还一会儿拔高了产业4.0沙巴体育app官方的高度。直到明天,海内也没能呈现与之相仿的团体方案。起因很简略。第三代的沙巴体育app官方,实现了片面主动化、高度智能化和深度定制化,它对于背地系统的集成请求,提出了极高的请求。因为没有人工操纵来作为缓冲,哪怕是体系之间一点点的不婚配,都会是灾害性的事变。真正磨练产业系统团体才能的时辰降临了。而第三代沙巴体育app官方,也就是前文提到的大范围定制代工出产的雏形。

SAP的这套计划,来源自奥迪电动汽车的新工场。读到这里,必定会有猎奇的读者会问,为什么会是电动汽车?

 

 

图:2018年汉诺威工博会上SAP展现的第三代产业4.0沙巴体育app官方处理方案

 

走向新动力和主动驾驶的汽车产业正在召唤下一代的大范围定制

 

汽车产业开展到明天,曾经走到了一个十字路口。只管在此之前,良多汽车厂都实验搞过大范围定制,而且也在传统的流水线上,经由过程混线排序出产,将大范围定制变为了事实,然而,明天汽车产业能到达的定制化程度,距离将来的请求,另有很大的差距。

明天的汽车都是由人来驾驶的基于内燃机的汽车。驾驶员的眼和手,完整离不开对后方的察看和偏向盘。对于汽车的设置,尤其是种种内饰,没有太多的精神加以存眷。只有到了L3主动驾驶实现之后,能够容许“eye off”和“hands off”,这时驾驶员的留神力,才有可能存眷到车厢外部的其余设置。而且,跟着技巧的提高,电动汽车和主动驾驶将会彻底转变车内的安排,使得汽车从“交通东西”,转化为“生涯东西”。到这时,人们对于汽车的设置请求,才回真正开释出来。正犹如样的房型,不会有同样的装修一样。如下图所示,2021年,宝马汽车的L3主动驾驶的汽车就将量产,间隔当初只有两年时光。以明天汽车产业的程度,可能造得出这种高度定制化的汽车吗?

 

 

图:主动驾驶汽车将逐渐束缚人类的“眼”和“手”,为汽车的特性化设置供给空间(图中时光表是宝马宣布的打算)

 

传统的流水线式的大范围出产曾经达到了优化的高峰

 

明天的汽车产业,在100年前福特制的流水线出产下,无论是在销量,仍是柔性上,都曾经达到了优化的极限。对于客户的定制化需要,汽车产业普遍采取混线排序出产的方法,将差别设置请求的车辆,在充足斟酌到产线的种种制约要素之后,依照既定的次序停止排产,投放到产线上构造出产。排产进程中最重要的制约要素,就是由流水线的匀速直线挪动带来的。正所谓成也萧何,败也萧何,流水线简化了出产打算和现场的物流任务,但也带来了僵化的产线安排、刚性请求的同一出产节奏等缺点。对于须要愈加机动地调剂出产工艺的定制化出产需求,将全部的出产设备拍成一条直线的流水线,是无奈满意的。人们不得不将眼光,转移到出产设备的机群式安排方法,辅之以基于无人驾驶AGV的物流的新一代出产方法。这实在也恰是从2013年开端由德国联邦教导与研讨部领衔赞助的Arena2036名目研究的主题之一。

 

 

图:在Arena2036研讨项目中假想的将来的汽车迅速工场(起源:https://www.forschungscampus.bmbf.de)

 

自治体系是德国科技最新的开展阶段

 

现实上,德国产业在科技范畴的前瞻性研讨的步调,不只在趋向上当先,并且无比坚固和兢兢业业,与工业界的融会也非常无效。如下图所示,从2011年到2013年,德国科技界的研讨重点,放在了IT与OT融会的产业4.0(Industry 4.0),它与海内所提的智能制作大要相称。接下里的5年里,德国科技界又将重点放在了智能效劳天下(Smart Service World),它与海内所提的产业互联网或工业互联网大要相称。在现在这个阶段,研讨阶段又放在了自治体系(Autonomous System)范畴,推进主动驾驶汽车、智能呆板人和互联的基本设备的开辟。无论是上文中提到的矩阵式出产,仍是模块化出产,都是自治体系在出产制作范畴里的利用。

 

 

图:从产业4.0,到智能效劳天下和自治体系

 

第三代沙巴体育app官方在奥迪的实际

 

第三代沙巴体育app官方的模块化出产,存在以下四个特色:

自力:每一个任务站都是一个独自的模块,传统出产线的物理先后次序上的限度不复存在。在须要的时间,模块能够随时参加和退出,不会彼此影响。

可变:每个产物都能够有本人虚构可变的加工流程次序,在分开每个任务站的时间,对下一个任务站目标地做出最优决议。

智能:全部的产物和物料经由过程AGV在车间内主动运输,只有在须要的时间才会收回,从而将在制数目降到最低,并进步效力。

机动:模块化进步了出产系统的扩大性和顺应性,而且对产物的外形、尺寸存在更高的顺应,能够依照须要便利地停止调剂。

    

 

图:模块化出产的加工任务站规划表示图

 

从奥迪的视角,采取模块化出产,能够从以下几个方面取得收益:

t 节俭设备投资

t 从出产实际和瓶颈优化方面取得明显受益

t 进步定制出产下的高产量

t 机动可优化的工场规划

   

第三代沙巴体育app官方演示线进入中国

 

在中科院沈阳主动化研讨所的鼎力支撑下,SAP中国在沈阳的演示线上实现了第三代沙巴体育app官方的理念。

SAP S/4 HANA、SAP ME/MII、SAP EWM等体系以及沈自所研发的装备和工控算法的支撑下,这套演示线以一个加速器缸体缸盖和齿轮的拆卸过程为例,实现了多台无人驾驶的AGV小车和配套的呆板人在差别加工工位之间的协同制作过程。

在这套演示线里,特性化产物的贩卖订单在SAPC/4HANA 贩卖云创立,随后无缝传入SAP S/4HANA体系创立出产订单,并下达至车间。  

在出产过程中,SAP高等仓储治理系统(SAP EWM)和SAP制作履行系统(SAP ME)依照营业流程严密对接,从原资料出库、出产履行、质料耗费到制品入库和终极发货,全部环节均能够依据产物或许工艺的变更,停止疾速呼应调剂,而且全部流程能失掉精准、及时的记载和跟踪。

基于模块化出产观点,矩阵式规划出产方法,经由过程沈自所的WIA产业无线技巧使把持系统从有线变为无线,机器结构能够机动安排;产业软件界说收集(SDN)技巧使产业收集能够随产线规划的变更而自顺应组态;“物源”平台的管控一体化软件和边沿把持器,使工站,呆板人等装备的工序工步随产物计划变更而自顺应重组。

经由过程沈自所的“物源”平台,SAP的IT体系与沈自所的OT体系的严密集成,仓储体系、制作履行系统、PLC把持系统以及AGV车辆治理和调理系总共同合作,出产过程中能够依据产物,工艺,装备状况和订单情形停止静态的工艺道路分配和内物流配送,增加期待时光,出产效力实现最大化。

与传统的流水式出产线比拟,从技巧的角度来看,第三代的沙巴体育app官方体系的庞杂性是较高的,反应在增添的接口、体系集成的数目,以及算法计划和各个差别系统之间的交互,而且对于传统出产方法的营业流程也有较大的转变。从装备和IT体系的角度,它对于可用性、主数据的品质等都提出了较高的请求。这条演示线,对于在中国市场推广第三代沙巴体育app官方,将会起到十分好的领导感化。

 

 

图:沈自所第三代沙巴体育app官方演示线实景拍摄

 

盼望有更多的企业参加到新一代沙巴体育app官方的推广和实际中来。

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