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利用RFID標簽實現智能工廠中萬物流動的可視化

發布時間:2020-04-24 點擊數:1387

全球知名機床生產制造商山崎馬扎克(Yamazaki Mazak,簡稱MAZAK)目前最關注的領域之一是智能工廠。2019年11月,公司將其位于日本岐阜縣美濃加茂市的主要工廠——美濃加茂工廠改建為智能工廠并投入運營。

 

但美濃加茂工廠的智能化改造面臨著重大挑戰,即第一工廠和第二工廠的重組。

 

到目前為止,第一第二工廠一直在獨立處理從零件加工到成品組裝的所有產品線。但是這次,它已被改編重組為第一工廠成品組裝、第二工廠零件加工的一體化生產體制。

 

在以前一個工廠生產一種產品的情況下,如果特定機種的需求下降,那么工廠之間就會產生巨大的差別。但如果每個工廠預先劃分功能,則可以在不進行大規模機種轉移的情況下靈活地應對供需變化。

 

然而,獨立的實體工廠之間統一生產工序并非易事,尤其困難的是管理物品流動(零件運輸)。因此,山崎馬扎克公司開發出新的物流管理解決方案“ID TRACKING PLUS”以應對挑戰。該方案包括為物品貼上RFID標簽,將所有物品的位置、數量、停留時間可視化,以實現減少積壓品并優化庫存。

 

最近,山崎馬扎克公司ISMART項目組參與人石田修一、藤木周平、長谷川雄基、植松慎平對“ID TRACKING PLUS”進行了闡述。

 

多品種小批量生產存在的問題

 

在談及“ID TRACKING PLUS”開發背景時,石田修一說:“2015年,我們將其命名為馬扎克iSMART Factory,并在美國工廠開始了智能工廠改造。”馬扎克iSMART Factory是一種利用IoT技術將工廠內的所有生產活動數字化,并減少生產提前期、庫存和管理工時的解決方案。作為機床制造商,該方案不僅體現了不斷進化的智能工廠的理想形象,還將本公司摸索出的各種解決方案作為產品和服務提供給顧客。

 

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2017年5月,公司完成了其總部工廠(日本愛知縣大口町)向智能工廠的改造,這是日本第一家智能工廠,在那里打造的解決方案正在推廣到其他工廠。2019年11月,作為主要工廠的美濃加茂第一工廠和第二工廠改造為智能工廠并開始運營。

 

石田修一說:“美濃加茂工廠要成為智能工廠的關鍵是對第一工廠和第二工廠的生產工序進行重組,這在總部工廠中是不存在的問題。到目前為止,美濃加茂一直在不斷地加工零件和組裝成品。第一工廠生產復合加工機等,第二工廠生產中小型機床(MC)和車床等。”

 

除了需進行結構化重組外,兩個工廠位置相距約1.5公里,這也阻礙了兩個工廠的集成化生產。

 

最重要的是,重組后加工和組裝生產線位于不同的工廠中,因此有必要創建一種機制來正確掌握工廠之間的物品流動。所以公司開發了物流管理系統“ID TRACKING PLUS”,借助RFID標簽,讓所有原材料和半成品的位置、數量和停留時間可視化。

 

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圖為第二工廠的“ID TRACKING PLUS”布局。綠色、黃色和紅色正方形代表零件,用白色框起來的代表加工設備。隨著時間的推移,顯示顏色會從綠色>黃色>紅色變化,就可以直觀地知道哪個設備容易積存零件。

 

作為機床制造領域多品種小批量生產公司,一臺加工設備要加工數百種零件,這是個大前提。由于各種各樣的加工產品遍及整個工廠,這就需要非常詳細的流程管理以縮短交付時間。

 

公司的“Smooth Monitor AX”系統已經實現了機械設備的可視化。但是,在物流管理方面,公司不得不尋找另外的方法。因此,以美濃加茂工廠的重組為契機,如果能構筑新的物流管理的IoT解決方案的話,不僅僅是在公司的其他工廠,對于有相同難題的客戶,也是改善應用的一個好的示例。

 

實際上,通過使用這次開發的可視化物品流程管理系統,公司可以看到在意外地方的零件停留、現場零件交付運輸路徑和預留時間安排。

 

通過反復試驗建立RFID+可視化專業知識庫

 

至于RFID標簽是否貼在所有零件上?石田修一表示:在第二工廠的生產線中,RFID標簽貼在運送零件的托盤上,若不需托盤的大型物品則直接貼附RFID標簽。在工廠之間的運輸管理中,也始終使用該RFID標簽。另一方面,在第一工廠的裝配線中,RFID標簽貼在所有零件上進行管理。

 

雖然將RFID標簽一張一張貼在零件上并非易事,但員工一直有使用帶有產品編號和產品名稱的識別標簽來識別零件,只用將RFID標簽嵌入其中即可,這倒也不復雜。問題是金屬性質的零件干擾了RFID標簽的讀取,因此這一技術最初很難在公司這樣具有大量金屬零件的工廠中使用,但他們設法解決了這一技術問題。

 

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帶有嵌入式RFID標簽的產品標簽

 

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右側白色架子是RFID標簽讀寫器(天線)。將顯示產品編號及名稱的實際產品單和顯示工作過程(如“調試”、“加工”和“檢查”)的卡片放在一起,記錄成員和工作過程相關的信息。

 

石田修一最初并沒有這方面的專業知識,他與其他三名成員做了多次反復試驗,每次出現RFID標簽很難讀取的情況時,都會在現場繼續反復進行各種驗證測試,這比他們想象中的都要難。但這方面的專業知識在將方案擴展到其他工廠時是非常有用的。

 

在測試中,他們一直會進行加工和檢查等的進度管理。使用公司內部開發的進度管理系統,員工可以在系統中手動輸入“開始”和“完成”信息,但存在的問題是員工手動輸入的報告信息和零件的實際物流信息并不一致。

 

換句話說,如果員工忘記或輸入有誤,則實際材料與系統上的信息不匹配。因此,這次他們通過使用附著在材料本身上的RFID標簽作為信息輸入的關鍵,以使材料和數字信息緊密相連。

 

“MotionBoard”的持續效果超出現場期望值

 

這里有一個細節問題,以前存在過必要的零件不知道放在哪兒的情況。例如,倉管將零件錯放在另一輛卡車上,或者裝配線員工拿錯卡車上的零件。然而后道工序負責人必須找出正確的零件。

 

長谷川雄基表示:“工廠使用了很多卡車,但沒有對此進行專門管理,等人注意到的時候就會發現卡車的位置及用途與原始目的已經不同??ㄜ囀枪镜闹匾Y產。‘ID TRACKING PLUS’也可適當用于資產管理。”

 

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圖為“ID TRACKING PLUS”的第一工廠(裝配線工廠)的布局。與第二工廠相同,綠色、黃色和紅色正方形代表零件。隨著時間的過去,顯示顏色從綠色>黃色>紅色變化,并且停留狀態可視化。其中,A~I的各個小塊上標明成品機床的機種名稱。

 

公司基于數據授權公司WingArc1st的“MotionBoard”來開發“ID TRACKING PLUS”系統,實際上是在創建可視化方案。這樣的方案開發起來很容易,只需GUI(圖形用戶界面)的操作即可輕松創建各種搜索屏幕和面板,也不需要完整編程。工作現場每天都有使用該系統的人會提出這樣的要求:是否可以看到此類數據?此類數據是否可以匯總?而靈活應用“MotionBoard”可以順利滿足并快速響應這些要求,以減少現場工作對接所花費的時間。

 

長谷川雄基補充說,而且,“MotionBoard”的質量看起來非常好。”僅僅使用它就可以滿足最低限度的功能需求,但要讓參觀工廠的客戶對此具有可視性,那就需要對此重新進行合適的設計,而公司也重視設計的文化。

 

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圖為美濃加茂工廠第二工廠的監控室。山崎馬扎克的座右銘是“工廠是陳列室”。這是機床制造商基于實際使用的機床工廠車間向客戶推薦其產品的最佳場所。公司文化不僅追求機床產品的質量,而且追求工具設計和可用性。

 

新方案不斷滿足新需求

 

除了以上所用的方案之外,山崎馬扎克公司也開發了一種管理工廠之間物品運輸信息的系統。在美濃加茂新智能工廠中,第二工廠生產的零件通過卡車運輸交付到約1.5公里外的第一工廠。此時,由于使用RFID標簽獲取了運輸信息,因此第一工廠負責人可以通過個人手機或平板電腦上的管理屏幕來查看所需零件的位置,而不再需要通過電話或電子郵件進行檢查。

 

長谷川雄基表示:“此外,作為一個應用整體,我們還開發了一種軟件來跟蹤零件的移動和停留歷史記錄。通過分析從出庫到卡車裝運的歷史信息,我們可以優化運輸路線和目的地,這有助于提高物流整體效率。”

 

石田修一說,在這一行業,另一種能夠響應RFID標簽信息的方案非常普遍,即使用專用手持終端讀取附近所查找的RFID標簽信息??ㄜ嚿涎b有許多零件,在員工找不到或忽略了某些零件時,手持終端可以幫助輕松找到目標零件。

 

這些方案是一開始設想智能工廠時所要用到的,但在某些情況下,需要開發新的解決方案來順利滿足工作現場產生的新的要求,從而形成了不斷開發新方案滿足現場進一步要求的良性循環。

 

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圖為“ID TRACKING PLUS”中管理工廠之間物品運輸的畫面。按產品編號記錄發貨時間和到達時間等。因此,第一工廠(裝配廠)的負責人可以掌握必要零件的到達時間,順利地進行驗收準備。

 

美濃加茂工廠的這次重組旨在將生產率提高50%,而“ID TRACKING PLUS”的引入大大縮減了尋找零件所需的時間,并為實現這一提高產量的目標做出了巨大貢獻。當然,不僅是系統,現場設施的改進也包括在內。今后,公司將對RFID收集的數據進行統計和分析,以創造新的附加值。

 

例如,在裝配線工廠中,那些使用后的零件上的RFID標簽不用扔掉,可以按照“使用順序”進行掃描并保留數據?;谶@些數據,公司可以進行現場“組裝步驟”的驗證和工序改善,也可以用于易于組裝的產品設計中,特別是試作品組裝步驟的不斷摸索試錯。工作現場和開發負責人會根據這些數據實現更好的產品開發。

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