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王爱民关于柔性生产引发的七点思考

2021-08-18 来源:阳江农业机械网

王爱民:关于柔性生产引发的七点思考

柔性生产是企业一直追求的目标,即使在智能制造背景下,德国的工业4.0其实强调的是自动化加柔性。

企业其实一直非常重视柔性生产,比如通过快换工装,实现快速的生产切换。比如尽量使用通用设备,而不是专用设备。比如,甚至在工艺编制的时候,根据零件特征实现快速的派生式工艺生成。但现在随着智能制造的发展,订单碎片化越来越严重,使得生产切换几乎就是不可避免的,企业仍然需要尽力追求柔性,如何实现制造系统的快速重构,实现资源的优化配置,以实现多变用户需求的快速响应。

(1)柔性生产内涵的再认识

柔性生产的本质是制造资源要素能够快速的响应新的制造需求。这里面是涉及到两个方面:

第一个方面,所有的制造要素都能够离散化的控制,或者说每一个要素都是一个独立的对象实体,这是实现柔性的基础,如果制造要素之间具有紧密的强耦合关系,可能这些紧联系的几个制造资源可以视为是一个资源了,就是一种黑盒子,比如现在那些刚性的流水生产线,是不能拆分对待的。

第二个方面,实现需求或者任务驱动的制造资源快速优化配置。制造资源的快速优化配置还涉及到两个方面:一是,这些制造要素及其状态应该能够及时有效的获取:二是,通过优化的方法对这些制造要素进行重构配置,涉及到算法以及各种各样的优化方法。

(2)工业互联网为柔性生产提升提供了新支持

应该说工业互联网为柔性生产提供了基础性的支持。在工业互联网环境下,制造要素资源的互联在深度和广度上都有了极大的扩展,或者有很大的前景。同时在信息物理融合理念的支持下,这些制造要素不仅反馈状态数据,而且能够接受指令进行执行,从而形成了资源与控制泛在化的这种局面。制造资源的便利互联,为资源的优化配重构置提供了支持。制造资源的便利控制,为资源优化配置后的执行控制提供了支持。通过工业互联网的深层次应用,柔性生产可以形成一种从资源配置规划到执行的一体化的快速响应的运行机制,这是应用效果上的理想局面。

(3)APS与大数据的结合能够为柔性生产提供更好的支持

对于资源配置来说。大家可能想到的就是APS。APS当然很重要,但是APS的本质其实是一种决策。当需要根据资源的状态以及结合任务的工艺,形成资源配置链条的时候,APS就有了用武之地。但从决策的角度来说,基于资源状态数据去分析优化制造要素资源的运行,以及制造要素资源量的运行,也是值得考虑的一件事。从这个角度来说,APS和大数据将来面向柔性生产也是应该结合的,或者说这也是APS的一个发展趋势。

(4)工业互联网为离散松耦合生产线的柔性生产的纵深发展提供了支持

对于离散性松耦合生产线而言,在没有智能制造和工业互联网的时候,企业的核心制造资源要素其实也是一个个相对独立的,看起来提供了足够了组合可能性,也是应该可以支持柔性的。但其实很多企业仍然在抱怨柔性不足,其实企业主要说的是两个方面的意思:一是当时企业APS这方面的技术及其应用还比较差,就是说这些资源并没有有效的,快速的实现柔性的优化配置;二是,当进行了资源配置之后,这些资源的集成运用或者说执行很多时候还是靠人工来做,缺少工业互联网支持下泛在控制方面的运用,使得柔性生产的效果并不并不能够满足需求。

(5)工业互联网开启了自动化紧耦合生产线的柔性生产的可能之路

对于自动化紧耦合生产线生产线而言。在工业互联网的支持下,自动化生产线上的各种制造要素都可以看作是一个个离散的对象,进一步的,在泛在控制的支持下,可以通过软件的配置实现自动化生产线的重构,从而能够很好的支持柔性生产。

(6)数据驱动制造资源重构配置的一种理解

不管是离散性的松耦合生产线还是自动化的紧耦合生产线。其核心都是要通过软件的配置来实现生产线的重构,其目的当然是为了支持柔性生产。这种重构驱动主要来自两个方面:一是,外部输入,比如订单或者需求的变化;二是,生产线制造要素状态的反馈,现在的MES和APS系统,其实都是对这两方面数据的快速响应处理,应该说,有了及时反馈的手段,MES和APS可以运行的更好,能更好与实际状态相贴合,也是一种融合的味道。所以把这个理解为数据驱动的制造资源重构配置也是可以的。

(7)事件驱动的MES/APS发展新趋势判断

结合工业互联网当前发展所提出的服务或者微服务的概念,其实整个制造资源的重构配置还可以形成一种更高级的形式。个人认为,对于服务来说,其实可以认为每一个服务都依托于一个智能体,而服务之间的互联或者说重构配置可以借鉴面向对象的编程方法,比如事件的思想,面向多服务的互联重构,未来应该可以走向一条基于事件驱动或者事件交互的服务互联。在这个过程当中传递的信息当然还是数据,但是开始向有意义的方式进行转变,而不是冷冰冰的数据及其格式。这种形式对柔性生产的支持应该是更好的也是未来可期的,个人认为,这应该是MES和APS后续发展的一个重要方向,是对当前智能制造和工业互联网技术发展的一种拥抱。这方面的内涵感觉非常丰富,后续开始着手进行探索。

其实上面说的这些,跟很久之前提出的可重构制造系统(RMS)的理念具有很大的相似性,包括制造资源的重构、控制方式的重构、以及MES和APS软件形态的重构。很惭愧,其实早在2007年的时候,笔者所在的研究团队就以”生产系统可重构关键技术”研究获得了国防科技进步三等奖(本人排名第三),但后来相关支撑技术的探索因为种种原因慢慢放下了,现在回想起来,还是非常佩服当初研究所老领导的眼光,真的是具有很大的前瞻性。欣喜的是时隔十年之后,2017年和2018连续获批启动了以APS为核心的制造系统柔性重构配置及其控制为关键主题的两项课题,庆幸总算是有了亡羊补牢的机会。

这篇文章围绕柔性生产进行了7个方面的思考,可能写的比较零散,但确实代表了自己的一种思考,每个方面都可以进步的展开论述,但后续多模之后再拿出来给大家分享。

作者:王爱民