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他山之石,從大批量生產(chǎn)到大規(guī)模定制!

时间:2018-10-16        阅读

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“人們可以訂購任何顏色的汽車,只要它是黑色的!逼嚧笸鹾嗬 福特一百多年前說出這句自相矛盾的話時(shí)底氣十足——想要擁有一輛汽車,你別無選擇,而這就是大批量生產(chǎn)時(shí)代的現(xiàn)實(shí)。


大批量生產(chǎn)的貢獻(xiàn)

1913年春,世界上第一條汽車流水裝配線在福特的工廠里出現(xiàn)了,大規(guī)模流水線帶來了生產(chǎn)方式的一次偉大革命。由于高效的批量流水生產(chǎn)作業(yè),汽車生產(chǎn)所需的時(shí)間、成本和資源大幅下降,汽車也從剛發(fā)明時(shí)極為昂貴的奢侈品變成了消費(fèi)者能負(fù)擔(dān)得起的交通工具。


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 圖1-風(fēng)靡一時(shí)的福特T型車


大批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)非常明顯,也就是經(jīng)常說的“規(guī)模效應(yīng)”。大批量生產(chǎn)會(huì)顯著降低采購成本,通過簡(jiǎn)單的削減供應(yīng)商數(shù)量,贏得更大的采購量,就可以讓一個(gè)企業(yè)降低成本。同時(shí),質(zhì)量迭代也是需要過程的,大批量生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)的問題被統(tǒng)計(jì)出來,明確改善的方向,材料、加工工藝、流程都可以被優(yōu)化。
 
      一百多年過去,大批量生產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到爐火純青的地步,提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的潛力不斷被挖掘。一代代工業(yè)人在機(jī)器、人工訓(xùn)練、流程優(yōu)化等領(lǐng)域的努力,使得大批量生產(chǎn)為我們創(chuàng)造了“廉價(jià)的”物資,人們才得以擁有了如今豐富的物質(zhì)生活。


以批量產(chǎn)品的價(jià)格

擁有個(gè)性化的產(chǎn)品

在物資匱乏的時(shí)代,只要生產(chǎn)出產(chǎn)品就可以賣出去。因此,在20世紀(jì)初是沒有柔性制造這一概念的。二戰(zhàn)后,市場(chǎng)快速蓬勃發(fā)展,同時(shí)全球化競(jìng)爭(zhēng)使市場(chǎng)逐漸由生產(chǎn)者轉(zhuǎn)變到消費(fèi)市場(chǎng),消費(fèi)者擁有了話語權(quán)。

 
     人們不再滿足于自己穿著與別人同樣的衣服——今天,對(duì)于一個(gè)女性消費(fèi)者而言,“撞衫”是不可接受的。對(duì)于那些追求品質(zhì)的人們而言,定制服裝意味著與眾不同,然而高企的價(jià)格以及漫長的交貨周期使個(gè)性化只能服務(wù)于富裕階層,無法普及。
 
     就像100多年亨利福特的批量生產(chǎn)讓普通家庭消費(fèi)得起汽車一樣,今天,是否有一種生產(chǎn)方式的變革能讓人們消費(fèi)得起個(gè)性化的產(chǎn)品,并且可以快速交付?
 
     規(guī)模定制(MassCustomization)應(yīng)運(yùn)而生,這一思想最早由Akin Tomer在其著作Future Shock中提出是:以大規(guī)模生產(chǎn)的成本和時(shí)間提供滿足顧客特定需求的產(chǎn)品和服務(wù)的運(yùn)營模式,即從大規(guī)模生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У靥峁M足單個(gè)客戶需求的產(chǎn)品或者服務(wù)。大規(guī)模定制采用柔性過程和柔性組織結(jié)構(gòu),以提供個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù),從而使整個(gè)制造過程敏捷化,而這種產(chǎn)品和服務(wù)價(jià)格又必須與標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模生產(chǎn)相競(jìng)爭(zhēng)。
 
    基于柔性制造的大規(guī)模定制在全面綜合成本、質(zhì)量、柔性和時(shí)間等競(jìng)爭(zhēng)因素的前提下有效地解決了需求多樣化與大規(guī)模生產(chǎn)之間的沖突,從而為現(xiàn)代制造企業(yè)提供了一種全新的競(jìng)爭(zhēng)模式。


個(gè)性化挑戰(zhàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)

由于汽車工業(yè)具有非常大的產(chǎn)能和激烈的市場(chǎng)變化,因此汽車工業(yè)一直走在大規(guī)模定制的前列。今天管理學(xué)界的運(yùn)營管理、敏捷制造、5S、6 Sigma等管理方法與工具均源自于汽車行業(yè)大量的實(shí)踐。盡管在汽車以外的大量產(chǎn)業(yè),大規(guī)模定制、柔性制造尚未能夠達(dá)到較高水平,但個(gè)性化的挑戰(zhàn)卻同樣變得迫切,越來越多的行業(yè)對(duì)于推進(jìn)柔性制造同樣有著巨大的需求。
 
    個(gè)性化定制并非像我們想象那樣的美好——對(duì)于傳統(tǒng)的批量生產(chǎn)型制造模式而言,定制化不啻為一個(gè)巨大的“災(zāi)難”。
 
    讓我們來看一下定制化生產(chǎn)帶來的挑戰(zhàn)。簡(jiǎn)單的說,精益生產(chǎn)可以把生產(chǎn)的整個(gè)過程分為增值和不增值部分,增值即指穩(wěn)定的生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品,而其它如上下料、等待、當(dāng)機(jī)都屬于“不增值”,而不增值就成為了浪費(fèi)。比如開機(jī)浪費(fèi),對(duì)于很多機(jī)器,如包裝、印刷、塑料等設(shè)備,開機(jī)時(shí)的調(diào)校是必須的過程,這對(duì)于大批量生產(chǎn)而言占比較小,但對(duì)于小批量訂單來說,就意味著不良品率的上升;此外,還有切換時(shí)間,機(jī)械調(diào)校的時(shí)間隨著訂單變化的頻率在整個(gè)生產(chǎn)中的比例也會(huì)提高,而這會(huì)降低設(shè)備的綜合效率。
 
     開機(jī)浪費(fèi)、停機(jī)等待、減速損失等都屬于“不增值”——變成了成本。因此,在傳統(tǒng)生產(chǎn)中,個(gè)性化將會(huì)導(dǎo)致成本的上升,進(jìn)而影響整體企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。


柔性生產(chǎn)

通往大規(guī)模定制之路

什么是柔性制造?維基百科對(duì)柔性制造系統(tǒng)的定義是由具有柔性能力的制造系統(tǒng),系統(tǒng)可以響應(yīng)無論預(yù)知或非預(yù)知的變化。這里的柔性生產(chǎn)通常包含兩種類別:第一類是機(jī)器柔性,包含系統(tǒng)生產(chǎn)新的產(chǎn)品類型的切換能力,并能改變部件作業(yè)執(zhí)行次序;第二類是工藝柔性,使用多臺(tái)機(jī)器對(duì)同一部件進(jìn)行作業(yè)的能力。柔性制造系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于對(duì)制造資源高度靈活的管理,尤其適用于大規(guī)模生產(chǎn)中的小批量產(chǎn)品制造。
 
     在過去很多年中,柔性制造除了在汽車制造業(yè)中取得突破外,在其它領(lǐng)域受制于各種因素推進(jìn)緩慢。隨著大批量生產(chǎn)達(dá)到瓶頸,消費(fèi)者的個(gè)性化需求日益強(qiáng)烈,實(shí)現(xiàn)“差異化”是企業(yè)贏得競(jìng)爭(zhēng)的必由之路。
 
     科技創(chuàng)新為柔性制造的發(fā)展帶來了曙光,并重新定義了柔性制造的疆界。


1更多的設(shè)備具有智能性,軟件定義成為趨勢(shì):

設(shè)備能夠適應(yīng)更多產(chǎn)品的生產(chǎn),單一設(shè)備面向更廣泛的產(chǎn)品生產(chǎn)而設(shè)計(jì)。隨著伺服系統(tǒng)的大量使用,諸如裁切這類動(dòng)作僅需設(shè)置尺寸規(guī)格、速度即可完成同一裁切刀輥應(yīng)對(duì)不同規(guī)格的生產(chǎn),而灌裝系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)根據(jù)液體的密度、容器的規(guī)格進(jìn)行灌裝曲線的計(jì)算和執(zhí)行。


2通信互聯(lián):

過去豐富的總線變?yōu)榱苏系K,實(shí)時(shí)性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等都對(duì)柔性制造系統(tǒng)的推進(jìn)造成了困難。現(xiàn)在的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)、OPC UA技術(shù)以及未來的TSN技術(shù)都使得這些變得更為簡(jiǎn)單高效,為柔性制造提供了發(fā)展的基礎(chǔ)。

3邊緣計(jì)算:

集中式控制是過去單機(jī)與產(chǎn)線的顯著特點(diǎn),邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人的協(xié)同需要集中的控制單元進(jìn)行協(xié)同。隨著邊緣計(jì)算應(yīng)用于對(duì)多個(gè)產(chǎn)線的全局優(yōu)化,基于信息的“策略與路徑”成為柔性制造更高層次的需求。同時(shí),邊緣計(jì)算還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的透明化,如同精益的看板一樣,清晰地反應(yīng)設(shè)備與產(chǎn)線的性能、狀態(tài),從而可以及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。


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 圖2 邊緣計(jì)算為全局協(xié)同優(yōu)化帶來提升


4柔性輸送系統(tǒng):

傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)有很多障礙,包括機(jī)械磨損、生產(chǎn)重組不靈活、不易變化以及需要緩沖等。而新一代的輸送系統(tǒng)則完全突破這些瓶頸,具有非常大的靈活性,并且易于重組、可復(fù)用、無磨損、低維護(hù)并且占地小。它徹底改變了生產(chǎn)的組織形式,使得同一產(chǎn)線可以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品;根據(jù)負(fù)載變化同步減速提速,實(shí)現(xiàn)與其它設(shè)備的協(xié)同;降低機(jī)械系統(tǒng)復(fù)雜性,并簡(jiǎn)化生產(chǎn)中繁冗的流程。

5工業(yè)機(jī)器人:

在柔性生產(chǎn)中,工業(yè)機(jī)器人扮演著極其重要的角色。讓我們先回到汽車行業(yè),以為長安福特提供的超柔性化白車身解決方案為例,該方案包含車身總拼定位系統(tǒng)、柔性車身定位系統(tǒng)、柔性車身輸送系統(tǒng)、激光焊接系統(tǒng)以及機(jī)器人滾邊系統(tǒng)。比如其中的Gate Framer車身總拼定位系統(tǒng),多達(dá)6種車型的車身可以共用同一條生產(chǎn)線完成制造,多種車型生產(chǎn)的快速切換只需18秒,幫助客戶根據(jù)市場(chǎng)需求靈活調(diào)節(jié)生產(chǎn),有效降低投資成本、提高生產(chǎn)效率和市場(chǎng)反應(yīng)速度。


市場(chǎng)需要高度柔性的解決方案,能靈活應(yīng)對(duì)快速多變、生命周期僅為數(shù)月的產(chǎn)品。真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作的雙臂機(jī)器人可以滿足電子消費(fèi)品等行業(yè)對(duì)柔性和靈活制造的需求。大型機(jī)器人也可以通過安全認(rèn)證監(jiān)控軟件和安全光柵達(dá)到人機(jī)協(xié)作。未來的協(xié)作型工廠還將有示教編程、傳感技術(shù)、VR/AR混合現(xiàn)實(shí)的技術(shù)支持,全面提高生產(chǎn)效率與質(zhì)量。
 
     要確保靈活調(diào)整,緊跟市場(chǎng)步伐,同時(shí)保持出色的生產(chǎn)率、質(zhì)量和安全性,工程設(shè)計(jì)的效率是關(guān)鍵。機(jī)器人編程和虛擬調(diào)試應(yīng)用可以在實(shí)際的機(jī)器人操作軟件的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)逼真的模擬,將編程和配置結(jié)果可視化,而不會(huì)耗費(fèi)高昂成本,對(duì)生產(chǎn)造成干擾。開啟了柔性的數(shù)字化機(jī)器人控制新紀(jì)元。這一兼具卓越柔性、互聯(lián)性和性能的控制器可為互聯(lián)的未來工廠提供廣泛的運(yùn)動(dòng)控制選項(xiàng)和更加定制化的解決方案,滿足更加多元化的制造需求。
 
      作為智能工廠現(xiàn)場(chǎng)層的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu),機(jī)器人及其所具有的高精度和高柔性特點(diǎn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線的各道工序都提出了更高的要求,甚至能夠重塑整個(gè)生產(chǎn)流程,促進(jìn)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)品質(zhì)的提高和效率的改善,推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)向著更為智能的方向發(fā)展。


文章來源:網(wǎng)絡(luò)


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