理性看待玻璃深加工的“工业 4.0”
理性看待玻璃深加工的“工业 4.0”
中国复合材料集团有限公司 高 猛
《中国制造2025》、工业4.0概念为玻璃深加工 行业带来了新的热点。在今年召开的第27届国际玻 璃展会上，笔者看到了许多新的概念和目前流行的 4.0元素，如数据上传云端的钢化设备、整套设备连 线的智能工厂解决方案、自动分片系统、半成品仓 储BUFFER的应用、MES系统以及功能更加强大的 ERP，总之热闹非凡。深加工工厂在这场轰轰烈烈 的信息化互联网+大潮中如何面对和选择，将是每 位企业经营者值得冷静思考的问题。
明确目标 企业存在的价值就是提供解决方案和为用户创 造价值。对于用户来说，产品是用人工装配，还是 机器人装配的，只要质量标准是一致的，就价值而 言没有任何区别。工业4.0虽然在某种程度上，是希 望低成本，实现自动化和个性化生产，但是实现工 业4.0本身则是一笔耗资巨大的工程。对于玻璃深 加工工厂来说，在向工业4.0努力的进程中，应明确 为什么要做，怎样做，做到什么程度。企业最好事 先思考应该提升哪方面的能力，应该有所重点，平 衡投资。最好的方法是一步一步走，步步为营，比 如优化生产工序、ERP、MES系统、数据整合、数据 联通。这些问题的解决并非一蹴而就，有所侧重去 实施，效果会更加理想。
首先，选择建设一家数字化工厂前，就一定要 论证项目的必要性。对于玻璃深加工工厂来说，利 用各种先进的自动化、智能化设备，灵活的智能仓 储，柔性生产手段，ERP系统，MES系统来提高产 品质量，降低生产成本，缩短交货期，在提升用户 满意度的同时，必须要为企业自身创造价值，以达 中国复合材料集团有限公司 高 猛 理性看待玻璃深加工的“工业 4.0” 到双赢的目的。在项目初期更要参与工厂设计，将 工艺路线明确。在项目建设完成后还会遇到新的挑 战，因为工作方式的不同会导致与传统理念发生冲 突，要敢于面对，尽快适应。 其次，应明确工厂未来的产品类型，公司定位 是什么，未来以什么产品为主导。客户不同，产品 结构不同。对于民建门窗来说，玻璃相对面积小， 玻璃厚度也相对薄；而公建项目则大部分面积较 大，玻璃较厚，且夹层和异形玻璃占比大。根据所 生产产品的不同会针对性地购买适合的设备，这已 经是工厂的标准流程了，但如果采用系统连线的方 式，就要考虑得更为清晰。 例如，工厂如果以生产门窗玻璃为主，同时可 以兼顾生产一些幕墙玻璃，玻璃尺寸90%以上在 3500mm×2400mm之内，将关键设备选定，大致计 算一下设备产能，基本匹配就可以了。但如果希望 上全线系统，设备全部连线，则必须充分考虑用到 TOC（Theoryofconstraints）瓶颈理论。
系统的节拍和BUFFER的应用 TOC把主生产计划（MPS）比喻成“鼓”，根据 瓶颈资源和能力约束资源（CapacityConstraintResou rces，CCR）的可用能力来确定企业的最大物流量， 作为约束全局的“鼓点”。鼓点相当于指挥生产的节 拍；在所有瓶颈和总装工序前要保留物料储备缓 冲，以保证充分利用瓶颈资源，实现最大的有效产 出。必须按照瓶颈工序的物流量来控制瓶颈工序前 道工序的物料投放量。换句话说，头道工序和其它 需要控制的工作中心如同用一根传递信息的绳子牵 住的队伍，按同一节拍，控制住制品流量，以保持 BOLILUNTAN 玻 璃 论 坛 22 专 家 论 坛 ZHUANJIALUNTAN 上海玻璃 2016年·第4期 玻 璃 论 坛 BOLILUNTAN 在均衡的物料流动条件下进行生产。
最早的连线方式为切割和磨边工序直接连线， 这样做的最大好处是切割的下片工和磨边的上片工 为同一组人员，节约了人力成本。但当切割速度和 磨边速度不匹配时，虽然人力成本降低了，但可能 受限于磨边速度，整体切磨产量却降低了。所以市 面上最多见的是切割机与倒棱机（立式或卧式）的 连线方式，生产大多为8mm厚度以下的产品。原因 很明显，倒棱机可以根据不同的玻璃尺寸适应性工 作，节拍基本和切割机合拍，且供应商之间没有软 件相连，实施简单。但这种磨边质量只适合于门窗 且相对较薄的玻璃。
而大部分用户所要求的玻璃边部质量还是需要 精磨的，所以双边磨边机是必要的。这就会导致一 个矛盾的出现。在切割时，我们需要将不同用户的 大大小小不同尺寸、同一厚度的玻璃放在一起进行 优化，以提高原片的出材率。但磨边时我们要将尺 寸规整的玻璃放到一起操作以减少磨边机的调整， 提高磨边效率。这样就会产生矛盾，所以在没有进 行设备连线时，我们按各自原则操作，只是在切割 时将玻璃依据分架软件形成的看板，在下片时进行 分片，并形成半成品储备。
如果希望将切割机和双边磨边机通过系统连 线时，那就必然会用到玻璃半成品仓储系统，俗称 BUFFER。BUFFER的存在不仅解决了切割机和磨 边机节拍不统一的缺点，还可以通过软件的设计使 其发挥更大的作用。
如事先定义好切割的玻璃要求双边磨边，在玻 璃入库时入库机器人将按仓储管理原则（如先进先 出）将同一尺寸玻璃分配到相邻的区域。在磨边机 开始工作时，出库机器人将尺寸同一的玻璃出库， 传输给双边磨边机，这样明显减少了磨边机尺寸调 整的频率，提高了磨边效率。
同样，如果工厂在生产过程中长期生产使用四 边磨倒棱机（客户接受），那BUFFER的进出片的原 则就是以钢化炉上片所能装载的最大量为原则，同 时验证最大片和最小片的尺寸差来保证钢化质量。 我们还可以在BUFFER出片段增加任何对于工厂 有利的设备，如立式加工中心等。在出片机给双边 磨边机送片的间隙同时给加工中心送片。由于加工 中心的加工节拍很慢，所以只要通过科学的设计， BUFFER的采用将为工厂带来极大的收益，可以取 代了多个工序的上片工，且减少了搬运倒片的各种 麻烦。 BUFFER具有中间仓库的功能，但如果仅仅将 其当成仓库来用，就是大材小用。且使用不好，这 个仓库很快就会被玻璃填塞满。
BUFFER只是一个 小型水库，通过它可以控制上下序的节拍，使其统 一。但是当水库的蓄水量达到容量的80%时，就是 一个很危险的水平了。BUFFER的使用精髓是流动 性，就像整流器一样，杂乱的信号通过它迅速流转， 输出标准信号。
如果利用多个BUFFER，则可以依据不同的使 用原则分别按各工序的核心要素来控制工序的生 产，如果中空前增加BUFFER，那么BUFFER的进 出片就可以按照在生产计划设定好的原则执行。首 先是配片原则，其次是装箱原则，或是客户提出的 特殊发货原则等，只要在计划阶段进行了指令的设 计，就可以灵活的进行各种柔性操作。
如果出于成本的考虑，中空线之前没有增加 BUFFER，而且需要钢化后的玻璃要成对，那么就 可以利用钢化工序前的BUFFER，可能会牺牲一部 分的钢化装载率，只要计划阶段将原则定义好了， 系统基本可以满足所有的生产需求。
取片系统的优化 原片取片系统，无论是自动龙门取片系统还是 其他厂家的整架取片系统，都有各自的优缺点。玻 璃传统的翻转取片台可以稳定、高效的运行，结构 简单，维护费用低。但当玻璃版型变化多，或紧急 补片时则反应较慢，而自动龙门取片系统应用起来 会更加灵活，但优化后如大量使用同一版型原片 时，自动龙门取片系统使用起来则有些浪费。如果 可以综合一下，将是一种更理想的方式，当然，灵 活的工艺流程设计，就意味着设计更复杂的生产管 理软件。
制造执行系统和ERP的关系 MES（制造执行系统）是对ERP计划的一种监 控和反馈，MES其实是ERP业务管理在生产现场的 细化，ERP是业务管理级的系统，而MES是现场作 业级的系统。
ERP是一个对企业资源进行有效共享与利用的 系统。通过信息系统对信息进行充分整理、有效传 递，使企业的资源在购、存、产、销、人、财、物等 各个方面能够得到合理地配置与利用，从而实现企 业经营效率的提高。 很多MES管理软件都会与工业设备，通过工控 技术进行实时数据采集，再上传给ERP系统进行业 务状态改变和业务指令处理。进行旧工厂升级或新 工厂建设时，一定要将生产执行系统（MES）处于 ERP的管控之下，再优秀的MES系统也不能脱离工 厂的ERP控制，因为两者的侧重点不同。
笔者当初在做系统运行时，深刻感受到了这 一点。无论再优秀的 MES 系统，也不能实现 ERP 的全部功能。总会有特殊订单，如异形，或部分外 协订单等，脱离生产系统的管控。所以无论采用多 么先进的生产管理系统，当工厂从接收销售订单 后，应首先进入 ERP 的管控，适合于系统生产的 订单由系统接管，而特殊订单可以按传统模式操 作，一直流转到产成品的收发存。当然最好的方式 是 MES 系统供应商与 ERP 供应商可以合作为工厂 设计流程。
人员的选择和培训 在构建一个数字化工厂的过程中，会遇到许多 的挑战。所以要求从业人员具有创新精神和较强的 综合能力。随着数字化生产，熟练工种逐渐减少， 能动性岗位会变多，所以具有创新意识和能动性的 人，才可以迅速适应并创造价值。 目前企业使用的人，都是玻璃深加工行业工作 过很长时间的人，对于传统企业运作方法已经很熟 悉。但新变革下，需要大量复合型人才，而这些复 合知识、技能和经验是在工作中不断积累的，企业 需要加大对于员工的培训力度，使得他们尽快适应 新的生产模式。生产经理的主要精力将放在自我学 习和培训员工上。 毕竟要实现工业4.0，靠的正是每一个人的努 力，团队合作，以及整个社会的相互协作。