《智能制造能力成熟度模型》(GB/T 39116-2020)从研发设计、生产制造和使用服务等产品全生命周期的角度为我们描述了企业能力提升的过程(阶段)。我们知道,企业要实现智能制造,必须建设和运行智能制造系统,因此本文将以生产过程为例,谈一谈企业如何利智能制造能力成熟度模型(CMMM®)开展智能制造系统规划与实施。
CMMM®中相关能力子域是具有一定联系的,与生产相关的能力域除了生产能力子域自身外,还包括技术能力域中的数据、集成、信息安全以及资源能力域中的装备和网络。
要开展企业智能制造系统规划,先要了解产品生命周期和生产生命周期,以及他们的集成,图1展示了产品生命周期和生产生命周期以及他们的集成路线。智能制造系统规划重点是第二象限,包括生产线建模、布局及仿真,产品工艺流程分析与优化,设备选型与布局,物流系统设计,车间/生产线管控软件方案等等,这些工作都是在产品尚处于规划、设计阶段就要进行的。
设定系统目标。了解系统用来生产哪些产品(产品种类)、分别要生产多少(产能)、这些产品的工艺和技术成熟度如何、当前的生产能力水平是怎样的等等。在此基础上分析工艺流程现状并规划制造系统目标,包括产品生产周期、合格率、投入产出比等。
第二步,明确系统约束。分析系统规划的约束条件,即场地、生产组织方式、能耗、安全环保等要求,将这些因素与系统的目标相结合,得出系统生产大纲,包括产能、场地、生产时间、班次等等。这两步实际上就初步定义了系统的5W2H.(WHAT, WHY, WHEN, WHERE, WHO, HOW AND HOW MUCH)中的大部分要素。
第三步,制定典型工艺路线。将系统要生产的产品进行工艺路线相似性分析,将工艺相似的产品归类,分析现有工艺路线存在的问题,并进行工艺优化,.后形成系统布局下的典型工艺路线。
第四步,设备选型与工艺仿真。收集产品加工/装配过程中的质量、工具等问题,合理进行设备选型并通过工艺仿真验证设备选型的效果。设备选型时一定要考虑设备的智能特征和联网需求,.后形成生产线设计的工艺方案和设备型号。除了主加工/装配设备外,也需要考虑辅助设备,如清洗、去毛刺,检测等,以及辅助设施,如上下料、刀具等。
第五步,车间/生产线布局规划与仿真。依据工艺方案计算所需设备的数量,依据产品特点选择合适的生产组织方式设计生产布局及物流方案,同时同步设计设备联网方案。方案完成后针对制造系统规划目标和约束条件实施整体布局方案仿真,形成.优生产布局、设备选型和联网方案。
第六步,提出系统运行管控要求。首先要设计一套与生产组织方式匹配的生产管理流程,明确系统运行中排产的规则要采集、分析哪些参数,对哪些工序的质量进行控制,对设备的哪些状态进行监控等。然后运用管理仿真技术实施管理对管理流程的实施效果进行仿真,同时结合智能管控的智能特征要求规划智能管控中心的功能。
到这里就完成了系统规划的循环,得出了一个初步的解决方案。在这个基础上,进入第二个循环,确定相关的要求和约束,修改循环形成的方案。经过多轮循环后,得出智能制造系统的整体解决方案。