智能供应链:自动物料补充

作者:Optimal Electronic Corporation 公司创始人和首席执行官:Ranko Vujosevic 博士

工业4.0的最终目标是智能无人工厂,一个可以长期无人值守的熄灯工厂。智能无人制造的一个组成部分是向组装线自动供应补给物料。在小批量的情况下,完成整个工作所需要的所有物料都可以被拾取并送到生产线上。然而,在大批量生产中,这并不是一个切实可行的解决方案。物料通常存储在存储器中,或者在需要的时候从中央仓库中拾取。图1描述了智能料塔的自动物料补充供给,包括以下设备:

*在贴片机上实时监控物料消耗情况的MES系统;

*料塔;

*自动导引车(AGV);

*机器人。

MES系统实时监控物料消耗和废料,收集可追溯数据,废料过量时报警并锁住机器,实时计算OEE,确定瓶颈和周期时间,并发送补料信号。当所使用的卷盘其供料使用时间低于补料时间阈值时,就会发送一个补料信号。补料信号发送到料塔,便为那个零件号提供一个新卷盘。有时,料塔不止向一条生产线服务。在这种情况下,生产线根据FIFO规则争夺并拾取物料。每一条生产线都被分配了一个料塔列表,它可以按优先级顺序请求物料。如果在指定的塔中没有发现所需的物料,则发出警报。工业4.0假设独立的智能自动化孤岛它们是相互通信的,所以理想情况下,自动物料补充的通信协议如下:

* MES系统向料塔发送信息:“检查是否有给定的零件编号的卷盘,如果有,将其发送到机器位置。”

*如果智能料塔发送一个“没有发现卷盘”的信息返回到MES系统,那么它将仔细检查分配到该生产线的料塔列表,直到找到一个补料卷盘。如果还没有发现,将向库存人员发出报警。

*为零件号找到新卷盘的第一个料塔向AGV发送信息:“定位你自己到我的位置取卷盘,然后把它拿到机器位置。”

*料塔内的机器人检索所需的卷盘,并向委派到料塔拾取位置的机器人发送一条信息:“定位你自己拾取卷盘。”

*料塔将卷盘放在拾取托盘上,并向机器人发送一条信息:“卷盘在托盘上,请拾取。”

*机器人拿起卷盘,向料塔发送一条信息:“已从托盘上取走卷盘”。

*一旦定位在料塔拾取位置,AGV(通过它的主管)向机器人发送一条信息:“我在拾取位置,准备取走卷盘。”

*机器人将卷盘放在AGV上,并向AGV发送一条信息:“卷盘已放好”。

* AGV向机器人发送一条“OK”信息,并将卷轴送到贴片机上。

此时,由于缺少设备供应商支持的标准M2M通信协议,这个解决方案很难完全实现。一个聪明的工厂软件供应商将需要说服料塔、机器人和AGV供应商来实现设备特定的接口,这是一项具有挑战性的任务。一个中间的解决方案是MES系统来控制上述整个通信,并跟料塔、AGV和机器人相互通信。然而,由于以下两个原因,这并(下转第17页)的想法:

*工业4.0假设独立的智能自动化孤岛相互通信,无需中央控制系统。智能设备是工业4.0的重要组成部分。

*在完全执行工业4.0的智能工厂中,MES系统将被淘汰。在我们的设计中,MES系统应该被替换为智能贴片机,监控材料消耗和发出补料信号,以及其他任务。

IPC协会最近宣布,已经接受了AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)作为设备到设备的通信传输协议,作为CFX(Connected Factory Initiative)的一部分。一组供应商正在开发Hermes标准,在SMT组装中用于独立于供应商的设备对设备的通信。我们希望业界不久将决定其中的一个协议,供应商将对他们的设备实施支持。

虽然提出的解决方案完全满足自动化物料补给要求,但在复杂的生产环境中需要进行以下改进:

*大型电子组装厂,如图1所示,有24条生产线,可能需要大量的料塔、机器人和AGV。成本很高。仅机器人和AGVs的花费就可达30 000~50 000美元/台。随着机器人应用在电子组装业的扩展,价格将会下降。这一成本可以通过节约劳动力和提高生产线吞吐量来调整合理。如果要实现一个真正的无人智能工厂,一个无人值守的熄灯工厂,没有其他选择。

* AGV交通和任务协调将成为大型工厂的一个重要问题。需要实现对AGVs的分散协调控制。

*在料塔、机器人和AGVs之间没有标准的通信协议。MES系统使用了由料塔供应商提供的专有的SOAP API来与料塔通信。对于料塔控制机器人和AGV,料塔供应商必须对不同品牌的机器人和AGV实现不同的接口。一个标准的M2M通信标准是解决方案,但是我们仍然没有跨越设备供应商的实施标准。

*假设AGVs在那个时候将拾取一个卷盘,并将其交付给设备,这是不现实的。在AGV任务中,AGV的协调控制必须支持从多个料塔中拾取卷盘,并将它们送到生产线。

*发出补料信号的补料时间阈值应根据一组即将用完零件的卷盘的采集和运输时间动态计算,而不是由设备或生产线来确定补料时间阈值。

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