黑灯工厂在RO膜自动化生产中的应用

引言

随着我国制造型企业的不断发展,对生产的精细化运作和企业自身竞争力的要求越来越高,成本低、质量好、交付快,这就是制造型企业未来的出路。虽然很多企业已经上线了ERP、CRM、PLM等公司级管理软件,但生产制造的流程仍然得不到很好的控制,生产效率低下,包括生产线上的加工信息、成本信息、质量信息、设备故障信息等不能及时反馈和有效控制。制造型企业追切需要实时收集生产信息,做好精益生产,通过黑灯工厂的应用进行快速反馈和决策,配合MES制造执行系统实现对生产工艺流程、质量的跟踪和追溯,对生产设备的效能分析,为生产、质量、工艺等部门提供车间管理的信息服务,结合APS、WMS、SRM等生产辅助系统打通订单、仓储、物流各业务环节,实现生产制造的全面数字化和智能化。建设黑灯工厂,成为一个很有意义的研究课题。

1黑灯工厂理论介绍

关于黑灯工厂,首先是基于精益生产的前提来实现的。精益生产即“丰田生产",起源于日本,通过顾客需求拉动生产,以消灭浪费和快速反应为核心,使生产以最少的投入获得最佳的运作效益和市场响应速度。精益生产的实质包括以下三个要素:

(1)一个目标:提高生产效率,降低生产成本,最大限度满足和最优质量服务制造业的需求。

(2)两大支柱:

准时化:在必要的时候,按必要的数量提供制造所需的物料。

自动化:当生产全过程任何一个环节发生异常,系统具备自动快速响应异常的能力。

(3)五项原则:

价值:以满足和服务制造生产的程度来体现价值。价值流:基于制造的需求建立生产的价值管理流程。流动:生产流与信息流高效同步运转。

拉动:各环节无缝连接,异常出现时,可以快速拉动响应机制。

完美:建立持续改善的管理流程。

随着精益生产理念的不断深入应用,在劳动力指向型企业里,大量的机械化生产代替了劳动力生产,即无人化生产,机械生产按程序运行,不需要灯光照明,这就是黑灯工厂。黑灯工厂指的是工厂可以关着灯,照样在生产,从原材料进去,到中间的制造过程、检测、包装,直至最后成品,完全是无人化,通过MES等生产制造系统对自动化设备进行控制,自动化设备与照明系统智能交互,实现了最终的柔性生产,满足了产品快速交付,高质量、低价格以及消费者对于产品多样化、小量化的需求。

对于制造生产,黑灯工厂总体可实现如下目标:

(1)透明:通过实时生产数据的采集,进行统一调度,从领料、备料、投料,到生产、装配、包装、入库等生产各环节,提高整体协作能力,使整个生产过程透明化、数字化。

(2)敏捷:对人员、设备、物料等生产信息快速进行整合协调,保证生产作业计划顺利进行,及时应对生产突发状况。

(3)追溯:对所有生产数据进行分类归档,包括生产过程中的物料信息、工艺参数、质量状况、设备运行情况等,确保实时动态记录,保证产品的可追溯性。

(4)预警:根据生产情况,设定关键指标,实时监控指标完成情况,以最快的形式推送生产过程中的报警信息,提前反馈和快速响应处理,减少问题和故障的发生。

(5)改善:从产品质量到设备效率,全方位在线控制,实时在线监测,预防为主,动态调整,确保产品质量可靠性,不断优化和持续改进。同时,生产设备的运行效率在全生命周期内得到了很好的控制,积累了大量设备运行数据,建立了非常完善的设备预防保养机制,为黑灯工厂的实现提供了基础保障能力。

2黑灯工厂在RO膜自动化生产中的应用

RO膜,也就是反渗透膜,英文全称ReverSeoSmoSiS。依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程,是净水行业必不可少的关键水处理技术,得RO膜者得净水市场。RO膜生产工艺过程复杂,很多关键技术问题还没有得到解决,目前大部分都是手工卷膜,受热捧的大通量RO膜产品由于手工卷膜非常困难,市场上一度出现断货情况。通过黑灯工厂的应用,实现了RO膜的自动化生产,解决了大通量RO膜生产的瓶颈问题。

2.1RO膜自动化生产的流程

RO膜自动化生产分为卷膜、固化、装配、包装四部分,具体生产流程如图1所示。

(1)卷膜:大通量膜生产需要根据不同尺寸卷制两层以上的膜片,包括上导流布、膜片、网格、底导流布,自动叠加卷制在中心管上,最后自动卷上蓝皮胶带,完成卷膜部分的自动化生产。

(2)固化:通过RFID信息追溯自动贴标以区分物料的型号及信息,自动进入固化炉固化。

(3)装配:根据预先设定的尺寸进行切割,通过缓存料仓及振动盘自动完成Y型圈和0型圈的装配,最后自动卷上白皮胶带,完成装配部分的自动化生产。

(4)包装:自动充氮包装膜,然后进入后道自动装盒、装箱。

2.2RO膜自动化生产的黑灯工厂应用

通过对RO膜生产区域的整合,不断优化生产流程,将原来的手工生产设备升级为自动化生产设备。首先,生产区域可以通过光感、热感、动感及手动来控制照明灯:其次,将智能照明系统与自动化设备相对接,在设备正常运行且现场无人巡查的情况下,智能照明系统会自动关闭对应区域照明,即为黑灯工厂的效果,当设备需要上料或出现故障需要人为干预时,设备再向MES生产执行系统输出信号,同时也会向智能照明系统输出信号。办公室值守人员可以第一时间收到MES系统的报警信号,并且对应生产区域的照明亮起,方便操作人员进行换料或故障排查。上料完成或故障排除后,车间继续进行黑灯生产。

RO膜自动化生产黑灯工厂的应用,包括总体方案设计、自动生产排程、自动线边库上料、自动设备管理,保证了黑灯工厂整体的稳定运行。

2.2.1总体方案设计

详细方案如图2所示。

MES系统通过接口,接收ERP的物料主数据、产品B0M和反馈MES系统中的工单排程生产完工情况,接收WMS原材料检验申请、原材料和成品的库存信息、生产领料单信息并发送生产补料单信息、生产入库单信息、产品状态,接收AGV系统的物料拉动信息与状态,接收自动化设备的设备状态、生产信息、工艺信息、打印信息。

APS系统通过接口,接收ERP系统的需求计划并发送生产排程结果,接收MES系统中的生产进度和库存信息并发送生产排程结果,接收WMS系统中的物料和成品库存信息以及物料的回货计划信息。

2.2.2自动生产排程

详细方案如图3所示。

RO膜生产线是一体自动化设备,生产前需在MES系统中选择下达的生产计划并记录物料投放信息,采集生产过程信息并记录产出数量,每个APS生产排程工单都会根据MES系统下达的任务执行,自动完成生产排程的全过程。生产过程中设备剔除的不良品需累计不良数量发送给MES系统,根据不良数量生成相应的检验单,并补全相应的检验数据。生产完工后通过WMS入库,工单结束前通过计数反馈自动调整生产排程。APS生产自动排程,保证了黑灯工厂的订单计划持续供应。

2.2.3自动线边库上料

详细方案如图4所示。

工单生产前,生产人员根据ERP的生产领料单去仓库领料,WMS系统将实际领料情况发送给MES系统,MES系统记录相应工单的领料信息。车间人员在MES系统提前维护好线边库基础信息,在领料到线边时在系统中记录入库到线边的物料信息。在生产时,系统根据投产的物料或者产出累计物料消耗,并更新物流库存。在每天生产结束时,生产人员或线边管理人员需盘点线边库内的物流实际情况,并记录物料库存盘点信息。

通过线边库的调度,AGV小车自动运输,直接与RO膜生产设备对接自动上料,实时匹配库存信息和生产需求信息,保证了黑灯工厂的连续运行。

2.2.4自动设备管理

详细设备管理流程如图5所示。

黑灯工厂的应用,离不开设备的稳定运行。制定详细的设备管理流程,首先要建立自动化设备的基础运行数据库,包括设备台账、保养计划和常见的故障解决方案等:其次,生产过程中要认真执行保养计划,及时盘点备件库存情况:最后,要持续监控自动化设备过程,实时收集设备运行数据,包括温度、电流、功率等,通过分析比对判断设备运行平稳情况,及时预判可能出现的故障及备件更换计划,从而大大降低设备故障率。

3结语

文中主要介绍了黑灯工厂在RO膜自动化生产中的应用,基于精益生产不断优化流程的前提,对实现净水行业RO膜产品自动化生产的黑灯工厂进行了详细阐述,包括整体的方案设计以及保证黑灯工厂稳定运行所需要的基本条件。随着制造业的快速发展,再加上如今人们对水质的要求越来越高,高品质的RO膜产品市场需求也越来越大,黑灯工厂的应用在RO膜自动化生产中将发挥越来越大的作用。