三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!
智能工厂 09/07

◎文丨e-works许之颖 

“e-F@ctory解决方案”不仅在 三菱电机 自身工厂得到了广泛的应用,在全球200家工厂也得到了应用,并且三菱电机还为此方案形成了咨询实施服务方法论,为客户提供持续的推进服务。

2018年6月19日,第三届日本智能工厂考察团参观了三菱电机名古屋制作所,进行了深度交流, 还 观摩了PLC电子组装和伺服电机组装工厂,考察了名古屋制作所可儿工厂,体验了三菱电机的e-F@ctory解决方案在自身智能工厂推进过程中的实际应用。

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 考察团成员在名古屋制作所的合影

三菱电机成立于1921年,是全球知名的综合性企业集团,2017年位列全球财富500强第262位,在全球电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据着重要地位。 此次参观的名古屋制作所成立于1924年,其产品以工厂自动化为主,主要包括伺服马达、工控产品等,下属有两个工厂:新城工厂(主要生产马达产品)、可儿工厂(主要生产电磁产品),在日本本土之外建有4个海外工厂,包括中国大连工厂和常熟工厂。

三菱电机非常重视这次考察,一天的考察行程被接待团队安排得非常紧凑。 上午的考察安排在可儿工厂,结合“e-F@ctory解决方案”了解电磁开关制造过程与该方案的融合。下午的行程安排在名古屋制作所,小三健一所长亲自接待了考察团,并进行了深入交流。 三菱电机的FA(Factory Automation)智能解决方案专家分享了该方案的内容与价值,着重介绍了边缘计算技术在e-F@ctory方案的应用实践,随后的PLC工厂和伺服电机工厂考察,考察团成员体验了数字化、自动化、机器人和机器视觉等多种传感技术在制造过程中的融合应用。

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 黄培博士与小三建一所长交换礼物

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 可儿工厂金谷厂长介绍工厂概况

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 考察团成员专注倾听可儿工厂的介绍

0 1

基于IoT技术

构建智能工厂“e-F@ctory解决方案”

早在2003年,三菱电机就已提出了“e-F@ctory“概念,其基本理念是灵活应用FA技术和IT技术, 减少开发、生产、保养等全过程的总成本。

通过在三菱电机工厂的应用实践和不断完善,e-F@ctory包含了完整的智能工厂理念、实现方案和可以集成多种供应商设备和软件系统的技术体系。如图所示,e-F@ctory构建了三层架构——在生产现场层进行基础数据的收集和显示,在中间层通过边缘计算对数据进行预处理,然后将数据传递给上层的IT系统。

在功能层面,e-F@ctory涵盖了智能产线设计、可视化、MES应用、SCADA数据采集、质量缺陷分析、设备可维护性分析等技术领域。 此外,三菱电机将其智能工厂建设经验向外复制,构建了完整的智能工厂咨询服务方法论,提供基于e-F@ctory理念的咨询服务和智能工厂建设一站式解决方案,包括智能制造蓝图规划和部署、精益理念导入、工艺及业务流程的梳理与优化,IT与OT集成和应用与绩效评价等。

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ e-F@ctory架构图

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ e-F@ctory解决方案中的边缘计算

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ Edgecross的边缘计算技术

应用于e-F@ctory解决方案

在e-F@ctory的三层架构中,三菱电机强调边缘计算技术的应用是e-F@ctory解决方案的关键。 在FA现场层中产生了大量的数据,其中并非所有的数据都对IT系统有用,如果不预先加以处理,IT系统很难快速适应这样大容量数据的处理要求,因此三菱电机在现场层和IT层中间设置了边缘计算层,在生产现场附近里进行本地化的分析、诊断后,再实时反馈到生产现场中,这样将生产现场庞大的数据层次化、抽象化后加以管理,既可以降低生产现场与上层系统的数据通讯量,又能够轻松被利用。

然而,一般制造企业生产现场中存在着大量的异构设备或异构协议,因此,边缘计算层需要支持广泛普及的接口收集各种通信标准以及各种设备采集传递的数据,对数据进分层与标准化,在边缘有效处理、获取有用数据,加速生产现场的物联网应用。

在e-F@ctory解决方案的不断完善与推进中,三菱电机发现仅凭三菱电机一家的技术很难完整实现该解决方案,因此三菱电机提出必须超越企业、产业的框架进行合作,在各领域、各地区与强大的供应商,包括软件企业、硬件合作伙伴等携手共建。 如在一个案例中,三菱电机通过远程监视激光加工机的状态,与NEC合作利用云端服务,实时采集设备的运转情况,并进行远程维护。

e-F@ctory解决方案中采用边缘融合联盟Edgecross定义的边缘计算领域平台作为边缘计算层,该联盟于2017年,由三菱电机与研华、欧姆龙、日本电气、日本IBM和日本甲骨文等另外5家不同领域的领先企业组建而成,在边缘计算领域建立了核心合作伙伴关系。 “e-F@ctory解决方案”不仅在三菱电机自身工厂得到了广泛的应用,在全球200家工厂也得到了应用,并且三菱电机还为此方案形成了咨询实施服务方法论,为客户提供持续的推进服务。

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 三菱电机智能制造一站式解决方案

三个工厂参观非常精彩,考察团成员亲历IT与OT的融合,大开眼界,同时,也深切感受到日本企业在推进智能制造方面务实的态度和持续改善的精神。

0 2

打造多品种不同批量的

柔性化生产模式

可儿工厂主要生产电磁开关,包括三个核心零件——接触片、线圈和铁心的自制与装配,在生产布局上,工厂的一层完成零件自制,二层完成部装与总装。自制件完成后送入JIT中心,再由高架运输机将物料配送至二层供装配。 电磁开关的生产特点是种类特别多,多达1.3万种以上,同时产量大,因此生产组织面临这两个难点。

针对这些难点,可儿工厂在生产中引入了“机器人组装单元化生产模式”,巧妙结合适用于多品种生产的人工单元化生产模式和可实现大批量生产的机器人生产模式,并应用e-F@ctory,通过FA与IT融合,让作业人员和机器人合理分工、各展所长,不仅实现了高速自动作业,还显著提高了作业精度,带来了效率和价值的提升。

可儿工厂的组装生产线可生产约25000种产品,依据每月产量不同,分别采用全自动生产线、LCA生产线(Low Cost Automation,机器+人工)、纯手工组装多种模式的生产线,每个月5万以上产量的产品采用全自动生产线,1-5万之间采用LCA生产线,每月1万以下的产量采用人工组装,从经济性角度出发,并非完全追求全自动生产。

电磁开关的组装过程划分为不同的单元生产线,同一条生产线可以组装20种以上的不同产品。一个生产单元是一个单件流,配备一名操作工人,在单元生产线中执行局部组装和外观检测。这种产线模式可缩短工人的移动距离,提升效率的同时,降低了劳动强度。

装配过程中,可儿工厂采用在细微处改善,充分利用机器视觉、力觉传感器等传感器技术不断提升制造效率,例如:

●在工件上用激光打印二维码,给产品一个身份标识,杜绝铭牌和型号错误,实现追溯;

●电磁开关的零部件尺寸都很小,为了提高传送效率,三菱电机对单元生产线上的送料装备做了优化,缩短传送的距离,方便工人投料。工人投料时,通过机器视觉识别二维码,防止错料;

●装配中有很多拧螺钉的动作,设备上加装了力觉传感器,控制拧紧程度,以及通过优化螺钉拧紧的操作,杜绝螺钉锁死的缺陷。

●……

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 可儿工厂产品组装的柔性自动化单元

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 制造过程中机器视觉的应用

目前, 可儿工厂基于产线布局优化、工艺优化及与e-F@ctory解决方案的融合,实现了生产过程和质量的可视化,生产效率提升了30%,运转率提高60%,工序数量下降55%、面积比下降85%。目前已实现100人完成50万件产品的生产,每15秒加工一个产品。

0 3

通过“e-F@ctory”实现生产革新

位于爱知县的名古屋制作所下属的可编程控制器工厂共有16条通用SMT生产线,自动化率达到90%以上。 在“e-F@ctory解决方案”的应用中,利用MES接口组件实现了从各种贴装设备收集运行数据,生产线的数据在管理员的终端上自动显示,实现生产信息、运转信息、质量信息和错误信息的可视化,利用标准上下限对比方式迅速发现质量问题,可以加快问题的分析与处理,防止质量问题扩散,明显改善质量。

由于可编程控制器的品种众多,名古屋制作所采用了单元化生产线模式,可以根据生产指示灵活调整,但这种生产线模式因为有一线操作员的参与,因操作失误对产品质量的影响难于避免,因此,需要想办法的减少人为错误造成的损失。 在这方面,可编程控制器工厂采用了很多方法进行改善。如利用由生产指示书、显示器和开关螺丝存放箱盖的故障保护终端等构成的系统,帮助操作员正确取出零部件;通过在工具上安装防错装置,通过亮灯提醒工人抓取正确的工具,防止操作错误。

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 根据步骤点亮需要使用的螺丝刀上方的指示灯防止操作员拿错(图片来自三菱电机网站)

e-F@ctory在名古屋制作所伺服电机工厂也得到了充分应用,应用过程分为三个阶段:

第一阶段的目标是提高产品质量。 三菱电机在各工序加装了大量传感器,用于质量的检测。结合自身经验针对产品制造过程的各项检测参数设置了上下限,根据缺陷数据间的因果关系迅速查明原因,以前问题解析需要2天时间,现在只需要5个小时,找到根本原因后,还可避免次品的再次发生。

第二阶段的目标是节能。 在可视化之后,对每道工序的能源进行了管理,如对框架烧嵌工序的异常能耗进行分析,提升生产效率和实现节能。

第三阶段的目标是反馈至设计。 现在已经达到了制造过程数据由原来向质量反馈转变为向产品及其产线设计的反馈,通过从制造到设计的实时反馈,促进设计达到最佳状态。

此外,在自动化方面,三菱电机也做了很多优化工作。伺服电机的装配生产线采用人机结合的模式进行装配。 通常情况下,电机里定子绕线较难实现自动化,但在这里我们看到了三菱电机为实现定子绕线自动化生产的专利技术。三菱电机特定子设计成可以打开的结构,当需要绕线时,每一段定子可像活页的形式展开,单独完成绕线。通过产品结构的优化,在不影响产品性能的情况下,很好地满足自动化生产的需求,提高了生产效率。

0 4

收获与思考

一天的考察给团成员们留下了深刻的印象,三菱电机不仅系统提出e-F@ctory解决方案,而且在自己的多家工厂得到了充分的实践, 并最终形成向外推广复制的能力,形成其创新的商业模式。 此外,三菱电机在其智能化的进程中,并未提出宏大的口号,而是扎扎实实做好每一小步的工作,一点点取得实效,值得国内企业借鉴:

1.并不盲目追求全自动化,而是结合同种产品产量、技术可行性以及投入产出比等因素有选择的使用自动化。

2.三菱电机对于老工厂的智能化升级不一味追求“高大上”。对于老产品的产线是结合精益思想,从细节上一点一点优化,对于新产品,则在产品设计的同时就着手产线的改造规划,一次建成,减少重复投资。

3.从产品设计的源头考虑自动化应用的需求。在伺服电机工厂,利用定子结构优化的设计专利,实现了定子自动绕线,既提高绕线的效率又保持质量的稳定性。

4.设备维护做得很好。除了按照规范对设备进行主动维护外,通过系统的统计分析,发现设备异常情况多时,就会进行预警干涉,并且还可通过电流、次数的监控对核心部件的寿命进行管理,提前进行预防。三菱电机的第一条全自动组装线是2012年运行,目前依然运行良好。

5.可儿工厂全自动电磁阀组装线注重人机结合,提高产线柔性化能力,实现了多种相似产品的混线生产。

三菱电机:稳健务实的智能工厂实践!

▲ 考察团成员在可儿工厂的合影

本文采集自互联网,如有版权问题请联系我们进行处理。
联系方式:system@shangyexinzhi.com
2000+知识点 7000+案例
商业新知助力数字化转型
下载