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复合材料4.0:从哪里开始?

传感器、物联网平台、数据分析——这些工具可以让制造变得更智能、更高效,但从哪里开始其实要简单得多。
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这是2020年7月那篇文章的在线侧边栏,”复合材料4.0:数字化转型,适应性生产,新范式”。在那篇文章中,我定义了复合材料4.0,然后讨论了各种应用程序和含义。在这里,我想阐述为什么你应该关心这个问题,然后介绍两家公司的一些实用建议,他们在如何开始这方面有经验。

复合材料4.0:为什么重要

变化已经开始了。公司正在使用数字技术、传感器、数据分析和人工智能来提高质量、降低成本、提高生产率和缩短交货时间。在接下来的10年里,无法达到这些标准的供应商将会发现竞争变得越来越困难。

但肯定不是每个人都适用吧?我在主要文章中讨论的例子从纤维缠绕到树脂灌注,从汽车到航空航天和工业,碳和玻璃纤维,热固性和热塑性塑料。

在去年的2019年碳纤维大会上,我主持了一场关于复合材料4.0的小组讨论。以下是小组成员总结的优缺点:

复合材料4.0小组讨论挑战与机遇

源|连续波

“企业意识到他们需要开始数字化转型之旅,但从哪里开始呢?”

从您拥有的数据开始

该公司总裁阿夫纳•本-巴萨特(Avner Ben-Bassat)表示:“我们看到商业活动不断增长,越来越多的复合公司涉足边缘计算、云计算、人工智能和5G通信领域。Plataine(沃尔瑟姆,质量。该公司为复合材料制造提供工业4.0软件。他指出,作为一家公司,普拉坦每年大约有200家工厂。“几年前,我们还得解释边缘计算和人工智能。现在,我们的讨论更加深入了。所有这些活动都是为了降低成本,增加产量,以实现更快、更好、更便宜的目标。”

然而,随着活动的增加,也产生了过多的意见。“现在每个人都在谈论数据,你必须有5G来收集数据,”本-巴萨特说。“但已经有太多的数据被收集起来,公司没有使用。你不需要进行5G或大规模投资,就可以开始使用你拥有的数据。”

Plataine Composites 4.0应用

许多Plataine客户从Composites 4.0应用程序开始,这些应用程序能够更有效地使用他们已经收集的数据,比如预浸料超时、每个部件的厚度包和工具维护计划。源| Plataine

他说,真正的问题是“你该如何处理这些数据?”我的建议是先从你的问题开始。如果你需要提高你的速度,瓶颈在哪里?为了推动解决方案,你需要收集什么样的数据?”

许多公司从软件和工业4.0平台开始,这可能是压倒性的。本-巴萨特建议:“首先,你必须了解你的零部件、流程和客户需求,以及作为一个组织你能做什么。”“然后你就会知道哪些软件和平台可以实现必要的解决方案。”

他指出:“我们的案例历史跨越了复合材料生产的范围,但我们也在复合材料之外工作。”“一些公司有目标、kpi(关键绩效指标)和‘数字化转型计划’,其中包括变革管理和培训等元素。普拉坦就是其中的一部分。但我们也有一些公司试图弄清楚该做什么,从哪里开始。所以,我们去现场进行面试和流程分析。问“你想做什么?”’如果他们不确定,我们就给他们布置作业。”

数字化转型一步一步来

虽然主要的文章是Dynexa故事的精简版,但它缺少一些我认为值得分享的有趣观察和建议的空间。

1.“复合材料行业的许多参与者都不是大型研发机构,不会在这方面投入数百万美元。”

Dynexa长丝缠绕碳纤维

Dynexa采用湿法纤维缠绕生产高质量的碳纤维复合管和轴。参见Dynexa的CFRP输出轴复合输出轴准备用于汽车试验场”。源| Dynexa

Christian Koppenberg是Dynexa(劳登巴赫,德国),该公司使用湿丝缠绕制造复合管和轴。“我们是零部件生产商,”他补充道。“所以,我们并没有花哨的机器人或熄灯工厂。其他制作人可能也面临着我们在数字化转型方面所面临的相同问题。”

如何迈出第一步?科彭伯格说:“我们知道不要被我们知之甚少的术语所淹没。”“但我们确实很了解复合材料。朝着复合材料4.0的方向发展有点超出了我们的舒适区,但我们明白,我们为员工制定的协议或程序,这是一种代码,这是数字化转型的基础。”

正如在主要文章中所指出的,下一步仍然是一场斗争。但有一件事对Dynexa有利,那就是德国政府对制造业的承诺。德国已经是发展工业4.0标准和技术的全球领导者。致力于支持其中小企业(SMEs,或中小企业),德国经济和能源部(BMWI)资助大学为其所在地区的中小企业提供免费的数字化咨询。从全国范围来看,264.0中小企业能力中心提供实际支持,覆盖价值链上的所有主题。

德国开姆尼茨的中小企业4.0网络

德国的Mittelstand 4.0能力中心为中小企业提供免费的数字化咨询服务。来源| Mittelstand 4.0-competence center Chemnitz

科本伯格指出:“达姆施塔特大学是我们的本地大学,也是这个政府网络的合作伙伴。”“我们开始与他们合作,发现他们的方法是动手操作和非常简单。他们的目标只是帮助我们迈出第一步。关键是他们不是想卖什么东西,而是和我们一起寻找正确的解决方案”。

2.先问几个关键问题:我的问题在哪里?我在哪里需要这些数据?我需要如何衡量和传达这些数据?”

Dynexa长丝缠绕碳纤维

Dynexa在其数字化转型的第一步是在纤维缠绕过程中建立树脂拾取监测系统。源| Dynexa

与普拉坦的建议类似,大学团队鼓励Dynexa公司提出问题。“我们在哪里可以找到质量依赖、工人技能依赖、又要花费我们金钱和时间的工作?”这是我们最初的理解,”科彭伯格说。“他们说不用担心架构——比如服务器、云计算、边缘计算等。这部分很简单。我们必须决定我们想做什么。“不要把事情搞得太复杂,”他们说。更多地关注你需要衡量的东西以及如何去做。’这些决定将指导我们最终的架构。”

正如在主要文章中所解释的,Dynexa公司的初衷是开发一种数字系统,用于测量在缠绕过程中,干燥纤维吸收和应用了多少树脂。之前的程序要求操作者停止机器,测量管的厚度,记录测量结果,然后重新启动绕线机。在达姆施塔特大学(University of Darmstadt)的帮助下,Dynexa公司开发了一种与校正表数据库和决策算法相连接的摄像系统,使机器能够在特定的管或轴被缠绕的每一个阶段知道目标应该是什么,并自动作出反应。

3.“这不是要用机器人代替人员;而是要改变过程。”

因此,他们能够将手工工作转换成数字系统。Koppenberg指出:“这并不是要摆脱运营商,而是要改变流程。”我们已经实现了更好的过程控制,所以我们的生产更快,更有效率。但这不是为了降低人员成本。相反,操作员仍然在那里,但现在他/她可以专注于不同的事情,让机器处理调节树脂含量。操作员也许可以查看下一个部分或监督多个机器。这让我们更有成本效益,并通过所有的机器实现更高的质量。提高效率是我们的主要目标。之前,我们在零件直径上有一些变化,这是我们在生产中遇到的主要问题之一。”

4.解决问题,然后利用数据进一步改进流程。

“另一个问题,”科彭伯格说,“是到底需要多少数据?我们可以不停地运行摄像机,但这不是必须的。我们只测量使过程一致和可靠的产品质量。”

他继续说道:“现在我们已经将这个过程数字化了,我们可以获得经验并进一步发展它。我们已经把所有的绕线机连接起来了。他们正在创造我们现在可以关联的数据。有人说,“只要一直测量它,让AI找到相关性,然后告诉你该怎么做。”但这对我们来说很难付诸行动。然而,我们所做的方法是,我们可以离线分析数据,以进一步改进工艺,也可以将此方法应用于其他生产工艺。科本伯格指出,“这对我们来说是一次数字化转型。”

5.真正的数字化转型不仅会改变你的产品,还会改变你的业务。

和继续这个变换,通过Dynexa销售&市场营销主管马提亚Bruckhoff,称“逐步的过程,为我们的客户提供一个新的生态系统。”这个新的生态系统包括一个面向客户的在线门户主要文章:“不断变化的模式”),但也有一个新的数字标签系统,响应客户的要求,将所有的部件数据放在一个地方,包括质量控制表和处理指南(见数字线程vs.数字孪生”)。

“我建议那些正在开始这段旅程的公司考虑一下,‘是什么阻止我向我的客户提供这种服务或产品的灵活性?“我们过去花很多时间在标签上,现在我们不仅要让我们的客户更有效率,也要让我们自己更有效率。”数字化的真正价值在于,它是否能让你的企业背后的流程发生转变,并开辟新的可能性,或许,更长期的,新的商业模式。”