智能制造离不开智慧场地监控

　　王爱民：多品种小量/单件复杂产品装配生产的智慧场地管控技术思考
　　原创 北理工王爱民 智能制造随笔 8月18日
　　具有一定批量的或者可以组批的大型复杂产品的装配，目前采用脉动式生产是比较多的，通过生产的节拍化和工位的专业化实现快速高效的装备生产。但其实企业里面还有另外一种情况，就是随着产品的品种越来越多。而每个产品的批量是很小很小的，甚至是单件的，这种方式下去按照脉动式而进行勉强的组织肯定是不合适的。这就回到了我们传统上的做法，就是在没有脉动式生产出来之前，我们基本上采用的都是一种＂摊式生产＂，一般来说，是认为这种方式是一种落后的方式，但现实当中，这种方式仍然非常普遍。因此，提升这种方式的智能化水平，实现更好的管控和高效生产，就具有非常明确的现实意义。
　　（1）脉动式生产核心是节拍化和专业化
　　脉动式生产是以产品移动为基础的节拍化专业化生产，是非常符合人们的认知的，也是比较符合复杂产品的装配工艺特点。这种方式非常适合于具有一定批量的复杂产品装配生产。但在某些情况下，其实可以走一种虚拟节拍的方式。，就是按照产品不动但相应的工装和人力等资源围绕着产品来有序的进行生产的组织方式。两种形式应用的场景是不一样的，各有各的优势，但虚拟节拍相对来说是比较复杂的，尤其在管控技术方面。当然了，对于尺寸不大的复杂产品装备来说，其实这两种方式都不是了很合适的，脉动式装配生产线僵化导致柔性很弱是很大的弊端，摊式生产生产效率则比较差，应该采用基于柔性物流所形成的柔性生产线的运行形式，可以参考我之前写的公众号文章。这个方面不多做赘言。
　　（2）面向摊式生产的智慧场地布局配置
　　场地布局配置。早有产品生产任务下发之后，这些任务都是要占用一些场地的，可以是规则的矩形，也可以是不规则的多边形，甚至是带有凹性的多边形，而总的场地是有限的，甚至总的场地是不规则的。场地布局配置就是要将相应的任务所占的场地在有限的总场地里面进行分配，这里面还要进一步的考虑如下一些因素。
　　第1个聚焦的要点是，要考虑的因素就是场地的布局配置是循环利用的。也就是说任何一个任务占了一块场地之后，这个任务结束是要离开的。这时候就应该考虑后期的任务如果进来能否充分利用之前任务所占用而遗留下来的场地面积。这种问题是比家居建材行业所涉及的套料问题要更为复杂的问题。其本质上而是涉及到进入场地的任务序列如何安排，并且不仅仅是任务序列的安排，而是要同时考虑到任务集合在场地内的布局占用方式。更复杂的情况是新的任务所需要的面积是需要占用多于一个之前任务所占用的场地面积大小，这就对场地的布局人物提出了更高的有所要求，也对进入场地的任务序列的提出了更为精巧的优化安排。
　　第2个聚焦的要点是，在特定的任务集合下，如何能够充分的利用场地面积，这个其实涉及到平面几何的布局计算方法，我们说的最简单的布局配置其实说的就是这个内容。当场地占用都是矩形的时候，相对来说可以利用其启发式规则甚至智能优化算法来进行求解。但是当人物的平面投影，不是矩形投影的时候，这个问题就非常的复杂了，其实迄今为止也没有什么太好的办法，大部分都是基于启发式规则的布局。
　　第3个聚焦的要点是，在进行布局配置的时候，要考虑当任务结束的时候能够很方便的离开场地，甚至对于大型产品来说要考虑物流通道或者说撤出通道。如果这种产品可以依靠吊车进出场地，这个问题就从平面布局演变为三维布局了，需要在其中考虑三维高度的影响（因为一般来说场地的高度很难能够支撑两个产品最大高度之和，甚至从安全性角度来说也是不允许的）。如果这种产品需要车辆运输才能够进出场地，这个问题对于布局配置来说，就需要考虑相应的物流通道甚至产品的腾挪序列关系。
　　第4个聚焦的要点是非场地类资源的优化配置，对于复杂产品的装配生产而言，主要来说其实就是人力资源。一般来说这么一个总装场地，会有一个或者多个班组来进行证明的装配生产，很大程度上来说，这些装配班组人力资源都是共用的。这就需要对于每一个产品人物，也就是说进入场地进行准备生产的任务，考虑他们内部的工艺流程进行人力资源的优化配置。其复杂性主要体现在柔性工艺和柔性人员能力等约束，其实是一种非常复杂而新型的APS。
　　（3）智慧场地运行的数字孪生监控
　　其实作为场地的监控，本质上来说也是一个MES，在MES的基础之上，其实可以构建数字孪生监控系统的。这是一个要点，但不是难点，因此不再多多赘述。