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2022/06/21

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制造业复杂在哪里?- 广州工业自动化展

广州国际工业自动化技术及装备展览会即将于2022年3月3-5日在中国进出口商品交易会展馆B区举行。邀您关注广州工业自动化展今日新资讯:


制造业看似很庞大,但是,其线索也算比较清晰


通常来说,制造业分为两个大的方向,一般我们称为流程工业和离散制造业,流程工业就像石油天然气、化学工业、冶金,这类工业的特点通常为化学反应较多,具有连续性,因此流程工业通常指的是连续性生产,而其主要的控制对象是温度、压力、液位、流量这些模拟量参数。


流程工业为离散提供原材料


流程工业主要是为后面的离散制造业生产原材料,包括:冶金工业为离散制造业提供金属板材、卷材、棒材等各种形式的材料;石油天然气也为塑料工业提供塑料颗粒、纺织品所需的人造纤维如氨纶、腈纶材料(这些被称为人造纤维,区别于棉花,丝,麻这样的天然纤维)。


广州工业自动化展


化学工业为后道提供生产所需的胶黏剂、软化剂、发泡剂、印刷油墨,半导体光刻胶等材料,而造纸工业则为印刷提供纸张材料、硅酸盐工业提供玻璃原料供后道进行折弯、钢化处理,因此,总体来说,流程工业主要为后道离散制造业提供原材料。


当然,流程工业也有提供直接的消费产品,例如电力、汽油、天然气、水处理就属于直接到消费端。有一些流程工业和离散制造集成在一个工厂里,如生物发酵完成直接就包装为发酵粉,而啤酒工厂的发酵糖化然后到后道灌装、装箱就属于把流程和离散连续进行。这类通常又是一种被称为批处理的生产模式,即,酵母每个批次配方不同(发面、白酒、红酒酵母),但是每个批次内的生产则是连续的过程控制,但是,这个过程控制往往需要中断—在一个批次和一个批次之间会需要清洗重新添加原料进行另一个批次的生产,又是一个离散过程。


离散制造业分为成型与组装


离散制造业通常以物理加工为主,其多为物理过程,进行成型加工,分为两个部分,第一部分是工艺成型,例如机床主要是对金属进行切削成型、弹簧的成型、塑料的注射、挤出、吹塑成型,印刷的压印、包装的纸盒、薄膜的热复合等等成型方式,其控制主要是对根据材料的物理特性进行加工。


广州工业自动化展

机床的车削加工


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所有成型过程之所以难,就在于被加工的材料种类实在千变万化,即使一个轮胎,根据规格(尺寸规格、用途)其内胶、面胶、侧胶、三角胶、帘子线、钢丝圈,也会产生大量的变化,这个变化可以产生上万种可能性—因此,设备需要考虑各种组合进行工艺参数(物理的材料特性、加工机械的传动参数)的变化。


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在成型工艺部分,机器本身就是一个生产流程,在机器内部完成,一般来说控制对象主要是逻辑顺序、速度、位置、扭矩控制,以及输入也包括编码器,输出PWM都是数字量。很多人把PLC当做一个逻辑控制器,但是,今天的设备已经复杂到PLC逻辑控制完全不能满足要求,而今天大家说的PLC用于逻辑控制也是20年前的事情。当然,机器上同时也有过程,如温度控制塑料的塑化过程、像光伏里的扩散、刻蚀、PECVD、LPCVD、ALD工艺等,都包含了过程控制。


像印刷的放卷、牵引、印刷(压印)、烘干(温度控制)、裁切动作,这些都是机器的过程,机器的成型复杂在于材料的多变,因为纸张的种类达到1000种以上。塑料也是如此,塑料粒子的种类也有4000种左右,那么,这些材料它的张力、温度特性都会不同,而机器的速度、加速度也在变化,以及生产的流程也在变化、工艺也在变化,例如塑料就分为注射成型、挤出(又分为片材、型材、板材、管材)、吹塑成型(中空吹塑成型、多层共挤吹塑成型、流延膜)。因此,它的工艺复杂性非常高,机器要适应各种材料、各种工艺、各种流程,参数匹配才能确保生产出优质产品,温度过高材料就发生变形,细微的偏差都会导致良品的缺失。


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传统印刷是以降油墨压印到纸张上形成图案,包括凹版、柔版、胶印,又分为单张和卷筒印刷,还包括了后道的裁切、表面处理、烫金、模切,才形成大家用的纸盒、数据、软包装的千变万化—这个变化有多大,大家在超市里看到的琳琅满目的商品就可以知道。


而数字印刷则无需制版,可以实现批量为1的可变数据印刷,而其核心在油墨和喷墨的毛细管,颗粒必须是纳米级的均匀度,而毛细管则仅数十微米,需要高精度的加工工艺,以适合于不同的场景,如标签印刷、书刊印刷。


而半导体也更为复杂,半导体包括了物理和化学的过程,从半导体晶棒、切片、研磨、清洗成裸晶圆,然后进入涂胶、光刻显影、刻蚀、离子注入、气相沉积、抛光、清洗各个流程,而半导体最惊人的在于单个设备就已经很复杂,且要把这个过程重复百次,千次(5n工艺需要重复千次),而在这么多次重复后,良品率如何保障?如果你有基本概念,就知道99.99%*99.99%.....*99.99%,这个乘积进行1000次还能剩下多少?


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芯片的生产,就是一层层盖房子,在微小的空间上,盖上百层的房子,每层都要进行电路生成、刻蚀、掺杂、绝缘层、清洗,然后再来一层,就这样一直盖下去。昨天做精益咨询的章老师说,这就相当于一个人坚持每天跑10公里,而且坚持1000天,然后每天这个路径偏差不能大于1mm—你怎么做到?


成型后生产出各个零配件,例如一部手机,会生产出金属外壳、注塑件、电路板,然后进行组装过程,组装过程是离散的,不像流程工业是必须连续的,产线可以下班,而流程工业经常一年365天连续运行。


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iPhone拆解图,可以看到,其中包括了金属外壳-这通常由CNC加工设备成型、塑料结构件-精密注塑机、光学器件的生产(成型、镀膜设备)、锂电(电池的正极、负极、电芯成型等成型设备及后道组装)、电路板制造、LED屏幕成型加工设备、芯片,然后这些到了贴片、涂胶、焊接、组装、测试、包装等组装线。


因此整个工厂由大量来自不同领域的成型设备生产出组件,然后才是去组装。


过去,中国的制造业很多讲的是大型装置的流程工业大型聚乙烯工程、大型丙烯项目、煤化工项目,发电设备(大型汽轮机组、燃气轮机机组、水利发电机组)、大型化工反应装置、千万吨级炼钢炉、轧钢线。这些都是国家规划的重大项目,一般都是国家投资。


而制造业另一个大的就是离散制造业,但是,我们都是以后道组装为主,买了设备,然后快速去生产,利用廉价劳动力进行组装,现在廉价劳动力没有了,希望通过机器人把生产连续,上下料、搬运、输送,减少人工成本,但是,还是组装为主,因此,过去几年大力发展了机器人。


离散制造连续后,需要运营管理,就大谈MES/ERP的作用,数字化就聚焦到了这里。但是,我们一直没有解决核心被卡脖子的问题—机器的成型工艺。也是最近一直写关于装备制造业话题的原因,还是希望大家注重对装备制造业的认识,并重视。



文章来源:广州国际工业自动化技术及装备展


2022广州国际工业自动化技术及装备展览会即将于2022年3月3-5日在中国进出口商品交易会展馆B区举行。SIAF展会是专业的工业自动化技术展览会,它涵盖了一系列从零部件到整套设备和集成自动化解决方案。本届展会主题: 工业机器人及机器视觉、感应技术、工业测量及仪器仪表、连接技术、智能仓储、物流集成解决方案、电气系统、工业互联网;广州工业自动化展会更多资讯,详情请登陆官网 https://siaf.gymf.com.cn

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