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關于黑燈生產的思考

文章來源:APS研究
2022-12-04
作者:王愛民教授
   


危險環境下的生產必然要走向追求現場無人化的黑燈生產。黑燈生產從字面意思上來說似乎就是一種高度的自動化,也是工業實際應用當中的運行效果表征。


關于黑燈生產有如下一些思考。


(1)黑燈生產的范圍是什么?


其實對于單獨一臺套自動化裝置的運行,有了輸入,通過一系列的自動執行的動作,就產生了輸出。這個單臺套的自動化裝置對于我們來說其實就是一種黑盒子,或者說是一個縮小版的黑燈運行生產。其實我們日常見到的很多產品都是這個樣子,洗衣機、電腦、電視都是這樣的。


當我們現在語境下面所說的黑燈生產,遠遠不止于針對這么單臺套的具體產品,而是從一個更廣泛的產線或者車間的角度來說的。


(2)黑燈生產的特點是什么?


黑燈生產一個最典型的特點就是現場的無人化。人是需要視覺對現場進行感知的,否則很大程度上是無法掌握生產狀態的,而黑燈生產顯然在這個方面是要去掉人的這種介入的。


黑燈生產另一個典型的特點就是高度的自動化。高度的自動化是不可避免的,并且這種自動化更突出的是一種連續性的無間斷的執行,其實是一種指令流的自然驅動,也是我們經常提的數據驅動的一種體現。


(3)如何實現現場的無人化?


黑燈生產的現場無人化,那我們就要來分析現場的人能夠發揮什么樣的作用,而這種作用是不是無可替代的?或者說,能否將現場的人替代掉?


產線或者車間的現場,人能夠做什么事情呢?比如人可以做操作,而這種操作是否可以用機器來替代?比如人做操作背后的因素其實是決策判斷,而這種決策是否可以以一種自動化支持運行的方式可以與機器相融合。


想要實現黑燈生產的現場無人化,就必須分析人對產線或者車間內的融入與介入機制,或者說是廣義上的人機交互都有哪些形式和內容?只有當這些清楚的時候,才算是為黑燈生產打下了第1個基礎。


(4)黑燈生產下的高度自動化有什么要求?


黑燈生產其實是一個制造系統,不管大小如何。而對于任何一個制造系統而言,必然涉及到我們傳統上說的幾個流。


比如說控制流或者說執行流,即信息流。所有的自動化本質上來說,都是工藝動作的規范與重復執行,而這需要指令來啟動。如果說黑燈生產只是針對單一產品的一種自動化,相對來說與傳統的自動化產線可能并沒有多少區別。但黑燈生產在控制執行方面來說肯定不至于這種程度,比如說實現柔性的多產品并行生產支持。這就需要一個直接面向底層硬件執行指令的分發控制機制,有點類似新奔馳,安貝格工廠里面所提出的NC program generater,如果不是自動產生的,那一定是有一個精確和精準的方法控制中心,這個方面其實有點類似數字主線的味道,其實只是這主要是面向底層硬件的控制執行以及重構協調等方面。從某種程度上來說,黑燈生產是IT與OT融合的典型體現。


比如物質流。絕大部分產線或者車間其實還是產品在流動的,也涵蓋為了生產進行的輔助性工具實物。黑燈生產下的物質流相比于傳統非黑燈生產的產線或者車間,實物的周轉必須進行全狀態全過程的精細管控。


比如能量流。這一方面無需多說,必然要求一個較為完善的能源供應網絡。


(5)黑等生產出現了異常怎么辦?


總體上來說,黑燈生產必然要求全過程全狀態的實時監控。大部分的黑燈生產面向的產線或者車間都是較為緊密的,比較突出的就是一旦有某個環境出現問題,整個產線應該立即叫停,從這個角度來說與傳統的那種安東系統或者精益生產線有點類似。所以對于生產狀態的監控,乃至實時性,必然是要求非常高的。


另外一個方面,黑燈生產所依托的制造系統也必然要求具有一定的容錯機制?;蛘邠Q句話說。黑燈生產下的產線或者直接不僅要支持正向的流程執行,也要支持異常情況下的流程判斷與處理。產品設計當中的產品族或產品平臺理念,或者說生產現場當中的總線理念,在底層的指導思想上面來說,都可以提供一定的參考??煽啃怨こ坍斨械囊恍┑湫偷淖龇?,其實在黑燈生產里面應該都是大有用之地的。


(6)裝置或者產線的預測性維護,也將是黑燈生產的重要考慮內容。


由于黑燈生產的高度自動化也代表了裝置或者產業線具有緊密的耦合關系,相當于是一種牽一發而動全身的制造系統架構。為了保證必要的MTBF等可靠性要求,必然要開展深度的預測性維護方面的工作。


(7)黑燈生產的現場無人不代表整個系統的運行不需要人的介入,主要來說是換了一種形式。


事務性的重復性的人的操作動作由機器來替代是相對簡單的,這是當前大部分所謂的黑燈生產所達到的一種結果,其實就是一種傳統自動化而已。


但更復雜的其實是人的決策判斷如何能夠沉淀到黑燈生產系統當中去。以支持和實現知識自動化,并且這種自動化與硬件裝置或產線的自動化能夠深度的有機的耦合起來。


如果還是無法做到沉淀而必須要有人的介入,那只能采用遙操作的方式來進行。這就涉及到人機交互的另外一個重要的分支內容了,本文暫時不做展開。

文接上回。


(1)黑燈生產的必要性?


對于黑燈生產來說,安全是首要的考慮,效率其實還是其次的。


百度百科:安全通常指人沒有危險。人類整體生存環境資源的和諧相處,互相不傷害,不存在危險的隱患,是免除了使人感覺難受的損害風險的狀態。安全是在人類生產過程中,將系統的運行狀態對人類的生命、財產、環境可能產生的損害控制在人類不感覺難受的水平以下的狀態。


危險環境下面要實現安全生產,當然沒有人是最安全的,同時還要防范人之外的物理裝置的危險性運作。雷霆生產是一種極端的方式,人的安全,物的安全,都是基于關注的重點。


(2)黑燈生產是否等于無人化生產?


雖然黑燈生產的外在表現就是一種高度自動化下的無人化,但黑燈生產并不能夠簡單的視同為高度自動化的無人化。


雖然我們提到黑燈生產會關聯到自動化無人化,但如果僅僅是為了自動化,其實是沒有必要來說黑燈生產的。


黑燈生產的出發點及核心應該是在于安全,否則直接稱之為自動化就可以了。而安全除了人的安全,這是需要自動化和無人化的。同時還有物的安全,包括產品可能就是危險產品,而生產危險產品的裝置也是關聯性的要保證安全的。


(3)黑燈生產的經濟性如何考慮?


如果說到無人工廠。記得當時剛興起863計劃以及CIMS工程的時候。就有資料介紹,日本在70年代末其實就已經實現了無人化工廠,但最后卻逐漸的走向了消亡。其根本原因在于性價比的問題。


就如同很多電子工廠里面,如果現在去看,仍然能夠看到這種現象:來了一個脈沖性的突發任務,組織一批工人沿著工作臺排好隊,每一個人做自己的一個工藝環節,形成人工下的流水生產。這是一種常態組織方式,面對的是一種非常態的突發任務。如果這種任務是常態的,那可能就要構建固定的物理自動化產線了。這里面中間考慮的也是性價比。


但面向本質安全性的黑燈生產,時代的發展和政策環境的要求。至都是要求不計成本的要保證安全的。這時候的性價比甚至是不需要考慮的。


(4)面向黑燈生產的制造系統運行三原則。


就如同我們做事一樣,對于制造系統的問題,我們應該秉持著三個方面的步驟:減少/杜絕問題發生、隔離問題的影響、快速響應解決問題。


在減少或者杜絕問題發生方面,其實是兩個方面:一是,對黑燈生產下制造系統的固有安全可靠性,提出了更高的要求:二是,在問題發生苗頭還不是問題的時候,及時乃至實時地做出態勢評估,將問題消滅在萌芽之中。


在隔離問題影響范圍方面,當問題不可避免已經發生的時候,我們要采取的第1個措施就是將問題隔離掉,減少它的影響范圍。要想隔離問題的影響范圍,必須對問題發生的原因進行及時有效的分析,并對問題發生原因所涉及到的制造系統要素及其相關聯的制造要素進行關聯性的影響分析,才能夠采取針對性的措施進行解決。而這種解決一般來說應該也是自動執行的。


但是想要解決問題方面。這里是指的當不能夠隔離的時候或者已經采取了隔離手段之后,就要根據問題的危險程度評估,根據等級做出決策性安排并付諸實施。這種決策性的安排肯定不是當時拍腦袋來做的,而是有各種各樣的模板預案才可以。這種預案一般具有成套性的特點,這種預案的執行也應該是自動執行的。





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