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自動化項目的管理流程與要點
發布時間:2021-03-16 10:28:44 點擊次數:833

  隨著我國的人工成本越來越高、招工難、人員管理難度加大、質量要求趨嚴、減少安全事故等諸多因素,盡管進行自動化升級有前期投入成本較高的缺點,然已成為不可避免的主流趨勢。

相對

  產業界公認的數據是:自動化升級項目的投入產出比一般在1:4~1:6。但筆者在不同性質的企業,目睹有些自動化項目在投入使用后,易出現與生產工藝匹配欠妥故產品質量不穩定;先天故障偏多故效率低下、或維護費用高昂等諸多問題,導致自動化項目的整體收益欠佳,甚至不少嶄新的自動化設備或產線被直接廢棄或閑置。

  于是,如何確保自動化項目的質量、效率、投入產出比等指標符合預期要求,已成了一個無法回避的話題。

  自動化項目的主要管理流程

  不同的自動化項目、不同的企業,盡管很難完全相同,但自動化項目的主要流程一般會包括:項目提出與評估、預算與招投標、供方選擇與合同簽訂、設計與制造、安裝與調試、試產與驗收、使用與維護、后期管理(例如技改、封存、報廢)等。

  可采取“網絡圖”、“甘特圖”等方式來制作自動化項目的實施計劃。

  自動化項目的實施責任方

  對于自動化項目數量不多的企業,從各部門抽調人員組成一個臨時項目組,是可行的。

  對于自動化項目數量繁多、又有心長期進行自動化升級的企業,則有必要成立專門的自動化項目管理部門、或在設備管理部門內增加此職能。

  項目提出與評估

  因為自動化項目需要耗費精力、資金等,尤其是大中型的項目,耗費動輒數十萬元甚至更多,故宜考慮其目的為何:效率提升(包括省人、省力等);質量工藝更穩定;單位原料消耗量減少;能耗降低;安全系數增加;排污減少;節省空間等。當然,一個自動化項目可包含不止一個目的,例如自動立體倉系統既可提高物流效率、減少貨物堆積造成的壓壞壓傷,也可節省倉儲空間(倉儲場地費用)。

  實際上,對于企業人員來說,厘清自動化項目之目的并不難。但隨之而來的一個問題卻需要給予足夠的留意:在人員精力、資金有限時,往往無法將整個產品價值流全盤進行自動化升級,在此情況下,究竟在哪個環節優先實施自動化項目?

  建議參考高德拉特的“TOC原則”(瓶頸管理,Theory of Constraints),在整個產品價值流的瓶頸環節,優先實施自動化升級項目。依據TOC原則,只有當在瓶頸環節提升了多少效率時,則整個價值流的效率才會提高多少。換言之,在非瓶頸環節所進行的自動化項目,雖不至于完全沒有意義,但卻錯失了“利用最少的資源,取得最大化收益”杠桿作用。若企業的流程較為復雜,無法直接準確判定瓶頸環節,則建議采用“VSM(價值流程圖,Value Steam Mapping)”、“產線平衡率”來分析與識別瓶頸環節。

  接著需要對自動化升級項目進行進一步評估,包括:投入產出比、與現有設備的銜接性、產品工藝匹配度、可操作性、性能可靠性、維修維護便捷性、備件供應、使用壽命、法規符合性(例如排污指標、安全性)、能耗指標、售后服務等。

  在評估投入產出比時,宜采用“LCC(全壽命周期成本,Life Cycle Cost)”方法,以免忽略該項目在使用、維護維修、能源消耗、報廢等環節的費用投入。

  供方選擇與合同簽訂

  自動化項目可內部自主完成、或選擇供方來完成。選擇供方時,應從供方的質量、價格、交付期、同類項目經驗、售后服務、市場口碑等方面來進行綜合考慮。

  對于投資額度較大的自動化項目,有必要去實地考察供方已在市場上完成的同類項目,并全面觀察其在運行過程中的各類指標狀況。

  簽訂項目合同時,因為(尤其是非標)自動化項目在投產后故障較多、投產后產品不合格率偏高等問題,故而合同應特別規定清楚:售后服務內容與方式、應提交的技術資料,例如:結構圖、原理圖、備品備件規格清單、針對所有關鍵部件的維護規范等。

  設計與制造

  在設計的過程中,應要求供方設法超越“自動化”、追求“自働化(Jidoka)”。所謂“自働化”,即讓設備或系統擁有人的智慧——當被加工的產品出現不良時,設備或系統能即時判斷并自動停止。追求“自働化”可達到兩個目的:一是不生產不良品(實現零缺陷);另可節省監控設備運行的看護人(實現省人化)。當然,“自働化”不僅可針對質量控制,也完全可以應用到安全、能耗、排污等方面。例如:用圍欄將機器人操作區域予以隔離,只要打開圍欄,則機器人自動停止作業,如此可避免機器人動作對人員的傷害。

  鑒于(尤其是非標)自動化項目的可靠性較易出現偏差,繼而在使用過程中故障停機較為頻繁,所以在設計階段,不宜任由供方只憑經驗進行設計,而有必要要求供方實施FMEA(失效模式與后果分析)或類似方法,然后采取改進措施。必須依據合同或方案要求對設計結果進行逐一驗證。

  對于故障停機頻次較高、損失較大、維修耗時較長的自動化設備部位,在設計階段就宜考慮如何便于將來在投產后實施“模塊化維修”模式,即利用功能正常的“模塊”替換發生故障的“模塊”,先讓自動化設備盡快恢復生產,然后再離線維修發生故障的“模塊”。

  應參與供方對自動化項目所實施的設計與制造過程,以便令項目進度受控,且確保項目結果達到預期要求。可派出“跨部門專業小組”確認供方的設計與制造,例如:工藝質量人員確認對產品質量的影響;生產人員確認可操作性;維修人員確認設備的可靠度、維護維修便捷性等。

  有必要時,應邀請第三方對項目制造過程(與安裝與調試、試產與驗收)予以監理。

  安裝與調試

  在安裝自動化設備時,應結合產品工藝流程特點和精益原則,采取科學的布局(例如連續流、U型單元線等);并采用能及時響應的物流供應方式(例如“水蜘蛛”、AGV小車等)。

  備注:“水蜘蛛”即生產線上專門從事按照生產看板進行物料準備、物料傳遞的人員。

  自動化設備的安裝與調試,一般會包括基礎筑造、清理和抄平、設備部件拆洗和裝配、吊裝、安裝精度的確定、安裝(含地腳螺栓與墊鐵)、灌漿等。

  在安裝環節中,需要特別注意“設備安裝三要素”:通過找正、找平、找標高,使設備的中心線、水平性和標高達到規定的要求,以保證安裝精度。安裝精度將直接影響自動化設備在投產后的性能。

  安裝完工后,先進行不通電檢查,例如:設備的穩固性、部件正確性、密封性(無泄漏)、接線正確性與牢靠性、接地可靠性等。此環節需要足夠的細心,否則會釀成嚴重后果。例如:若相線與零線之間沒有設置壓敏電阻,則一旦零線漏接或松動脫落、或者相線與零線接反,通電后就會容易導致大面積的電子零部件的損壞,例如:PLC、PID(比例-積分-微分控制器)、DCS(分布式控制系統)、單相輸入伺服驅動器等。

  接下來進行通電調試,此環節宜參考“先單點后單機、先單機后聯動、先低速后高速、先空載后仿真、先仿真后負載、先輕載后滿載、先短時后長時”的原則。

  備注1:“單點調試”即屏蔽PLC程序,通過強制置位/復位等操作,測試所有I/O功能;

  備注2:“仿真調試”即采用替代物進行調試,例如在自動化沖壓設備上用紙板代替鋁箔;在清洗槽里用清水代替酸液等。

  自動化項目安裝與調試過程中,應注意采取措施以確保人員與財產的安全。例如:在雨季或多雷區,必須把防雷措施預備到位,以避免雷擊損壞自動化設備和控制系統、傷害人員。

  試產與驗收

  自動化項目應按合同規定期限進行持續試產。試產之前,應對員工與維護維修人員進行適當的訓練。

  試產時,應對自動化項目的各項運行參數、單位時間產量、合格品率、安全隱患、故障停機、能耗等情況予以記錄,并分析其各種性能趨勢與規律,必要時采取改善措施。一般在前期設計環節,就配套相應的軟件模塊,以便將各種運行數據進行自動記錄、分析并指明改善方向。

  應依據自動化項目在試產期所呈現的運行規律,制作有針對性的操作指導書、自主維護指導書、專業維護指導書。三類指導書均應包括安全要求。

  試產期滿后,應依據合同要求進行驗收。因常出現資料移交不齊備而導致后期合同雙方的糾紛,故而驗收時的資料移交,建議參考和執行《國家重大建設項目文件歸檔要求與檔案整理規范》。

  使用與自主維護

  (由生產操作者執行)

  在小批量、多品種的生產狀況下,換產活動較為頻繁于是生產時間浪費較多,建議實施“快速換產”方法。

  備注:“快速換產”即通過優化換產流程而使換產時間壓縮到十分鐘之內。主要步驟有:區分內外部設置、將內部設置轉為外部設置、壓縮內部設置時間、壓縮外部設置時間、新換產流程的標準化。

  自動化項目的小停機普遍較為頻繁,而導致小停機的主要原因,除了設備本身、原料質量等因素外,也與生產操作者的操作習慣、保養息息相關。因此,有必要詳細規定并由操作者實施的自主維護,含崗位清掃、崗位點檢、崗位品控、崗位維護四方面的內容及要求。例如:從外觀上,應確保自動化設備應符合“四無”要求(無灰塵、無松動、無油污、無雜物)。

  備注:“小停機”即五分鐘之內、不需維修只需進行調整的瞬停。

  專業維護(由維修人員執行)

  考慮到自動化設備的突發故障一般會造成較大損失(效率、能耗、安全隱患、質量等),故應摒棄“不壞不修,壞了才修”的事后維修模式,而應采用預防維修模式。在維護維修策略選擇方面,建議考慮下述策略的組合:

  一、對于分散型的單機自動化設備,若設備數量較多,則宜實施“輪保”模式,即采用時間滾動方式,輪流定期對一臺或幾臺設備進行專業維護、檢修;在完成所有單機設備的維護與檢修后,然后開始一個新的循環;

  二、對于由多臺設備組成的聯動自動化產線,因為其頻繁的停機維修會導致效率損失加劇,故一般宜實施“同步維修”模式,即在維修某一故障時,同時把全線所有關鍵部位也予以檢查、維護和維修;

  三、無論是單機還是自動化產線,除了盡量實施前文提及的“模塊化維修”模式之外,同時均應考慮實施 “視情維修”,即采用離線或在線的探測手段,隨時掌握設備的狀況,以便可及時采取預防性維修。例如:油液分析、振動測試、紅外測溫儀等;若生產任務繁重而專門的維護時間不足時,則應考慮“機會維修”模式,例如:在(停機)換產時,同時實施維護、檢修。

  四、對于維修停機將導致較嚴重損失的自動化設備,例如某火電廠一個機組維修停機一天,就會導致約500萬元的利潤損失,則應考慮采用“快速搶修”(通過采用“ECRSI”等方法,以縮短維修周期)。備注:“ECRSI”即“取消(Eliminate)”、“合并(Combine)”、“重排(Rearrange)”、“簡化(Simplify)”、“增加(Increase)”。

  若企業自身的專業維修力量欠缺,則在初期設計階段,宜配備遠程維修的功能,以便自動化設備的生產廠家、或服務商可迅速開展故障診斷與維修。

  走出自動化迷思

  盡管我本人對自動化很有熱情,也堅信自動化是未來的主流,但我們仍需走出自動化迷思。

  比方說:在非瓶頸實施自動化,對企業整體收益的貢獻并不大;因人們普遍對自動化設備非常信任,故而容易放松警惕,而自動化生產速度較快,于是一旦發生品質不良,就會導致短時間內產生大量不良品(所以要盡量做到“自働化”);若生產線不平衡,于是自動化設備越高效,則產生的過程庫存就越多;至于“重技術、輕管理;重投資、輕維保”的思維,就更需要徹底戒除了。

  結束語

  自動化項目往往較為復雜,包含了儀表、執行機構(各類閥、液壓泵站等)、電氣設備(UPS、變頻器、軟啟動器等)、PLC(配電柜、控制柜、操作臺等)、歷史數據站、屏顯系統、高低壓配電設備等。

  正因自動化項目的復雜性,故有必要結合自動化項目的特點,識別、訓練、考核相關人員的技能,使之能勝任項目的要求。

  也正因自動化項目的復雜性,故相關資料與信息,為了便于可及時查閱,宜采用“一機一袋”的方法(即某設備全壽命周期的所有資料,放在一個文件檔案袋中)。

  若想使自動化項目符合預期的質量、效率指標、投入產出比等指標,繼而加強企業的競爭力,就需要走出有關自動化的種種迷思,加強覆蓋自動化項目全過程的系統管理。


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