兩片罐智能化生產

兩片罐智能化生產

當前，兩片鋁罐生產線已經實現(xiàn)了高速、高自動化生產，9個人便可以管理一條2400罐/分鐘的高速生產線，可以說在速度和自動化方面的提升空間上幾乎走到了盡頭。與此同時，這個看似無懈可擊的傳統(tǒng)行業(yè)卻也因工作環(huán)境艱苦而面臨專業(yè)技術人員青黃不接的問題，讓兩片罐智能化生產的趨勢在遠方若隱若現(xiàn)。

簡而言之，人工智能的加入對兩片罐生產有兩大益處，一是降低對熟練操作和維修人員的數(shù)量需求，二是促進行業(yè)對未來無人工廠發(fā)展的重新思索。

兩片罐智能線控理論的思考（智能瓶頸分析理論的建立）

科技的進步，以及工業(yè)互聯(lián)網的廣泛應用，讓兩片罐生產線線控系統(tǒng)中央控制器的功能有了巨大提升，使我們可以實施很多以前無法想象的控制模式。再加上各生產企業(yè)為了充分消除生產線硬件上的瓶頸因素，已經對設備機臺進行了充分考慮，生產線瓶頸變得不固定，也讓智能瓶頸分析理論應運而生。

兩片罐生產線瓶頸可分為生產瓶頸、設備瓶頸、成本瓶頸。

生產瓶頸 系統(tǒng)自動分析并找出生產線的生產瓶頸所在，涉及以下兩個方面。

一方面，系統(tǒng)需要動態(tài)調整生產線各工序機臺的運行速度（速度自動匹配）。首先，設定生產線標準運行速度；其次，設定單設備最高速度；第三，設定單設備最低速度；第四，設備實際運行速度動態(tài)調整；第五，平衡各工序設備的速度匹配；第六，使用緩沖來平衡生產線的動態(tài)節(jié)拍；第七，減少木桶效應。

另一方面，建立簡單的模型并用Simulink來仿真生產線動態(tài)瓶頸分析的方法。使用一個簡單的模型來模仿生產線的動態(tài)運行。如圖1所示，模型非常簡單，只是使用設備A、B、C和設備之間的傳輸空間設定來考慮問題。如果需要將其擴大到整個生產線的仿真，實際上就是增加不同設備和數(shù)量到模型而已，基本控制方法沒有太大改變。 

通過這個簡單的模型可以實現(xiàn)以下兩個功能：一是各機臺速度的動態(tài)調整，二是生產瓶頸的動態(tài)跟蹤。

設備瓶頸 系統(tǒng)可以動態(tài)分析出生產線各設備的設備瓶頸。根據前述模型的建立，說明這個部分一樣可以根據現(xiàn)場的數(shù)據采集和分析加以利用，主要包括以下三點：近期需要重點關注的設備；該設備經常出現(xiàn)各種數(shù)據的不穩(wěn)定現(xiàn)象；處于生產關鍵環(huán)節(jié)的設備（沖杯、拉伸、彩印、縮翻）。

成本瓶頸 相信各種ERP軟件比我們考慮的更專業(yè)更全面。從控制系統(tǒng)的角度考慮，應在必要的時候降低能耗，主要包括以下兩點：設備等待期間節(jié)能；滿足要求的情況下傳輸過程降速節(jié)能。

兩片罐智能設備實施的思考

PHM理論 故障預測與健康管理(Prognostics and Health Management，PHM)廣泛應用于各個領域，它是綜合利用現(xiàn)代信息技術、人工智能技術的最新研究成果而提出的一種全新的管理健康狀態(tài)的解決方案。

PHM理論有以下三種方法。一種是基于模型的預測方法。在不太復雜的系統(tǒng)內可以完全通過模型來準確預測，不同的技術團隊有不同的建模方法和水平，不過建立準確的模型很難。

另一種是基于真實數(shù)據積累的預測方法。必須說明的是，這個方法需要大量的數(shù)據積累，一般不單獨使用。

還有一種是模型和數(shù)據積累共同運用的預測方法。這個預測方法也許是使用最多的。同時還有基于信息物理系統(tǒng)(CPS)的預診斷與健康管理。CPS有5C的架構和體系概念，有興趣的可以自行學習。

PHM理論在國外歷史悠久，美國軍方最早提出并使用該技術，如今在民航客機、大型水壩、核電站、汽車制造等領域都有廣泛應用。在國內雖然起步較晚但發(fā)展很快，現(xiàn)已開始逐漸進入各個制造行業(yè)。

兩片罐主設備PHM的實施 首先是建立模型（智慧空間的建立），如圖2所示。對生產線主要設備進行建模，包括沖杯、拉伸、彩印、縮翻、碼垛，需要采集數(shù)據對模型進行必要的訓練。使用PHM的模式進行設備的故障預測和過程產品的質量趨勢預測。

圖2 兩片罐主設備PHM的實施首先是建立模型（智慧空間的建立）。

其次是數(shù)據采集的處理（圖3），需要對生產線主要設備進行完善的數(shù)據采集和處理，步驟見圖4。

圖3 智能設備工業(yè)大數(shù)據的系統(tǒng)架構

圖4 智能設備工業(yè)大數(shù)據的數(shù)據分析步驟

第三，故障趨勢預測。在對應數(shù)據齊全的情況下可以對各種不同的故障趨勢進行分類預測。

第四，質量趨勢預測。在對應數(shù)據完整和大量數(shù)據積累的情況下，可對過程產品的質量趨勢進行預測。

第五，人機接口的結果輸出。可以使用各種方法將預測結果輸出到電腦或者手機上?？梢允褂萌烁兄顝娏业姆绞竭M行表述，如使用圖表、百分比等方式表述預測結果。如果希望更加深入了解甚至可以觀看數(shù)據波形，總之輸出的方式多種多樣。

PHM實施的益處 長期從事兩片罐設備維修管理的工程師都很清楚PHM會帶來什么好處，他們心里的苦和累就可以說明一切。同時，長期從事現(xiàn)場生產的生產基層管理者應該清楚過程產品質量趨勢預測的好處。

兩片罐智能現(xiàn)場物流的實施

合理規(guī)劃 合理規(guī)劃廠房及倉儲的位置及空間。

AGV的使用 Automated Guided Vehicle（AGV）是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，是一種工業(yè)應用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為其動力來源?？梢杂行p少叉車工的數(shù)量。AGV小車和對應的方案非常成熟，主要涉及成品自動入庫（小車自動循環(huán)裝卸）和輔料自動輸送（小車定時循環(huán)轉送）。

智能倉庫的應用 目前，國內已經有非常成熟的智能倉儲解決方案，此處不再贅述。