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智能制造轉(zhuǎn)型與精益生產(chǎn)

已有18096次閱讀2022-04-14標(biāo)簽:
 轉(zhuǎn)型(Transformation),是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)生活中比較流行的詞匯。近些年來,在企業(yè)管理和實(shí)踐領(lǐng)域,人們談得較多的是數(shù)字化轉(zhuǎn)型,具體到制造業(yè),那應(yīng)該是智能制造轉(zhuǎn)型。如果時(shí)間倒回至十年前,服務(wù)于制造業(yè)的專家或咨詢機(jī)構(gòu)經(jīng)常談及的則可能是精益轉(zhuǎn)型。同樣是轉(zhuǎn)型,智能制造轉(zhuǎn)型與精益轉(zhuǎn)型所涉及的對(duì)象相同,兩者有何聯(lián)系或不同?是不是有了智能制造轉(zhuǎn)型就不需要精益轉(zhuǎn)型呢?本文中,我們就這些問題做下簡單地討論。所謂理不辯不明,這些討論將有助于我們加深對(duì)智能制造與精益生產(chǎn)的理解。
精益生產(chǎn)
精益生產(chǎn)(LeanManufacturing,LP)是流行于歐美的說法,它還有另外一種稱呼,也是其理論和實(shí)踐的源頭——豐田生產(chǎn)方式(Toyota Production System,TPS)。換句話說,日本人談的是TPS,與歐美企業(yè)談的是LP,兩者的實(shí)際內(nèi)涵差不多。關(guān)于精益生產(chǎn)的核心內(nèi)涵,我們可以通過“精益生產(chǎn)屋”來了解。

1:精益屋——精益生產(chǎn)的核心內(nèi)涵的【1】
如圖1所示,我們可以用“統(tǒng)一目標(biāo)、一個(gè)主題、兩大支柱、三項(xiàng)實(shí)踐”來概括。
“統(tǒng)一目標(biāo)”指的是精益生產(chǎn)的愿景,包括最好的制造質(zhì)量(Quality)、最低的制造成本(Cost)、最短的交貨周期(Time)、最佳的生產(chǎn)安全(Safety)和高漲的員工士氣(Miracle)等在內(nèi)五方面目標(biāo)的融合和統(tǒng)一,業(yè)內(nèi)人士通常將之簡稱為精益生產(chǎn)的“QCTSM”。
“一個(gè)主題”指的是基于人本主義、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和消除浪費(fèi)的持續(xù)改善,具體包括全員參與、共同目標(biāo)、交叉培訓(xùn)、現(xiàn)場現(xiàn)物、尋找浪費(fèi)、問題管理等理念和做法,也有人將之概括為十二個(gè)字:團(tuán)隊(duì)協(xié)作、消除浪費(fèi)、持續(xù)改善。實(shí)際上,很多做精益咨詢的專家就以價(jià)值流程圖(Value Stream Mapping,VSM)來發(fā)現(xiàn)企業(yè)中的各種浪費(fèi),進(jìn)而為企業(yè)提供精益咨詢服務(wù)。
“兩大支柱”,即自働化(Jidoka)和準(zhǔn)時(shí)化(Just-in-Time)等支撐工具。具體來說,自働化包括現(xiàn)場制造質(zhì)量的“三不”(不接受缺陷、不制造缺陷和不傳遞缺陷)、自動(dòng)停機(jī)、安燈(Andon)、防錯(cuò)(Poka-yoke)、根因分析RCCA的五個(gè)為什么,準(zhǔn)時(shí)化則包括節(jié)拍計(jì)劃、單件流(Single Piece Flow,SPF)、拉式系統(tǒng)、SMED快速的工裝換模和設(shè)備調(diào)整、集成物流,等等。
“三項(xiàng)實(shí)踐”,或者說“三項(xiàng)要求”,包括生產(chǎn)負(fù)荷的均衡化、生產(chǎn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)現(xiàn)場的5S、信息傳遞的可視化(目視管理),等等。
智能制造
智能制造的提法肇始于2011年德國漢諾威工業(yè)展所提出的工業(yè)4.0。與工業(yè)4.0相類似,其他國家又有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智能工廠等說法。從內(nèi)涵表達(dá)的角度看,智能制造比工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等說法要更為形象。
對(duì)智能制造的認(rèn)識(shí),我們可以通過工業(yè)4.0參考架構(gòu)模型(RAMI 4.0)或智能制造成熟度模型等來獲得,也可以將之繪制成類似于精益生產(chǎn)屋的“智能制造屋”框架模型。

2:“智能制造屋”框架模型
從生產(chǎn)能力的角度講,智能制造包括加工、裝配、物流等生產(chǎn)作業(yè)的自動(dòng)化、計(jì)劃、物流、設(shè)備、質(zhì)量等領(lǐng)域的運(yùn)營數(shù)字化,以及決策智能化。為了實(shí)現(xiàn)上述三種能力,在技術(shù)支撐上靠的是賽博物理制造系統(tǒng),在流程管理上要求三項(xiàng)集成,在數(shù)據(jù)管理上依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)策略則緊跟制造型企業(yè)的問題焦點(diǎn)和管理策略,即,以產(chǎn)品為中心,以質(zhì)量為抓手,以融合為手段,以貫通為目的。
從技術(shù)應(yīng)用范式上講,智能制造的核心內(nèi)涵是互聯(lián)(Connected)和智能(Smart)。其中,互聯(lián)的對(duì)象不僅包括人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)要素,也包括企業(yè)所提供的產(chǎn)品或服務(wù),以及企業(yè)與上、下有合作伙伴的合作。智能則是建立在互聯(lián)基礎(chǔ)上的溝通、協(xié)同、認(rèn)知、決策、配置和自適應(yīng)。
從技術(shù)內(nèi)容或工具支撐的角度來看,智能制造的主要依托是賽博物理生產(chǎn)系統(tǒng)(Cyber-Physical Production System,CPPS)。CPPS借助5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、PLM/ERP/MES等ICT或IT系統(tǒng)等連接起來,形成虛擬融合的有機(jī)體。通過CPPS,制造型企業(yè)的柔性制造能力將得到大幅度的提升,并能較好地適應(yīng)個(gè)性化或個(gè)體化制造的趨勢。
另外,因?yàn)橛蠧PPS做支撐,智能制造中將普遍應(yīng)用到一種新型的人機(jī)交互模式——數(shù)字孿生(Digital Twins)。針對(duì)任何一個(gè)物理設(shè)施或生產(chǎn)要素,都可以建立與之對(duì)象的數(shù)字映射,比如,設(shè)備的數(shù)字孿生、物料的數(shù)字孿生、產(chǎn)品的數(shù)字孿生,而企業(yè)則可以用數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)來表示�;跀�(shù)字孿生,企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、仿真和優(yōu)化、遠(yuǎn)程控制等智能制造場景。
兩者比較
作為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型方向,精益生產(chǎn)和智能制造的側(cè)重點(diǎn)不同。精益生產(chǎn)側(cè)重于企業(yè)運(yùn)營效益的提升,即通過成本降低(節(jié)流)等措施來幫助企業(yè)提升其效益,是做減法。智能制造側(cè)重于企業(yè)柔性制造能力的提升,即通過柔性化生產(chǎn)能力來承接和滿足個(gè)性化,乃至個(gè)體化客戶訂單,是通過開拓需求(開源)等措施來幫助企業(yè)提升其效益,是做加法。
在具體細(xì)節(jié)和技術(shù)支撐上,精益生產(chǎn)和智能制造具有很多共通之處。比如,作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化設(shè)備、防錯(cuò)、集成物流、防錯(cuò)、質(zhì)量管理,等等。以設(shè)備的智能化為例,精益生產(chǎn)中的自働化就不只是簡單的自動(dòng)化,而是要求設(shè)備具有人的智能,要能夠自我判斷、自我控制、自我糾錯(cuò),這其實(shí)與智能制造所提倡的智能互聯(lián)設(shè)備(Smart and Connected Machines and Tools)的理念是類似的。
下表1從多個(gè)角度將精益生產(chǎn)與智能制造做了簡單地對(duì)比:
表1:精益生產(chǎn)與智能制造的對(duì)比【2】

對(duì)比內(nèi)容

精益生產(chǎn)

智能制造

目的

準(zhǔn)時(shí)化和速度

高度的柔性

產(chǎn)品特點(diǎn)

帶明確配置的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品

個(gè)性化或完全可配置的個(gè)體化產(chǎn)品

需求的變化

有限的變化或?qū)⒆兞孔钚』?/span>

隨機(jī)的、高度的變化

適用的生產(chǎn)過程

以重復(fù)式裝配為主

以離散式加工為主

管控邏輯

與節(jié)拍或看板對(duì)齊

通過復(fù)雜算法來計(jì)劃

控制理念

分散式自控制制造單元并通過物料超市來關(guān)聯(lián)

中央式計(jì)劃與分散式智能互聯(lián)設(shè)備相結(jié)合

生產(chǎn)排程

面向消耗的分散式和均衡化

綜合考慮交期、效率、優(yōu)先級(jí)等因素的算法優(yōu)化

工藝路線

已定義

可變和基于設(shè)備負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整

生產(chǎn)觸發(fā)

超市的看板補(bǔ)貨

客戶訂單觸發(fā)排程和工藝路線

制造原則

帶“起搏器”的拉式

帶有交互和動(dòng)態(tài)優(yōu)化的推拉結(jié)合

需求管理

以MTS為主

以MTO為主

設(shè)備特點(diǎn)

混合式生產(chǎn)單元和產(chǎn)線

獨(dú)立、高度柔性的工作站

場地需求

通常較小

通常較大

裝配

異步

同步

瓶頸

已知

變化,取決于產(chǎn)品

排隊(duì)管理

單件流,盡量避免排隊(duì)

通過算法將之最小化

供需匹配

通過超市來解耦

通過IoT和最優(yōu)路徑來集成

場內(nèi)運(yùn)輸

最小化(消除浪費(fèi))

基于AGV的高度柔性

協(xié)作

可視化看板

IT系統(tǒng)或電子信息

溝通方式

看板、5S

IT系統(tǒng)或抬頭顯示

錯(cuò)誤監(jiān)測

防錯(cuò) Poka-yoke

基于人工智能

交貨提前期

較短

平均來看較長

產(chǎn)能利用率

生產(chǎn)效率

高且確定

低且變動(dòng)

 
實(shí)施建議

從問題訴求及其帶給企業(yè)的價(jià)值來看,精益生產(chǎn)和智能制造有很大的不同,實(shí)施時(shí),企業(yè)需要結(jié)合自己的行業(yè)特點(diǎn)、產(chǎn)品多寡、工藝類型、投資預(yù)算等因素做相應(yīng)的選擇�?傮w上,精益生產(chǎn)與智能制造不是相互排斥或相互替代的關(guān)系,企業(yè)完全可以既實(shí)施精益生產(chǎn),也實(shí)施智能制造,差別無非是以哪一種模式為主;即,是以精益生產(chǎn)為主,局部的智能制造;抑或是以智能制造為主,局部的精益生產(chǎn)。
一般來說,對(duì)于通用化、模塊化、低附加值的產(chǎn)品需求,或是重復(fù)式、裝配性的生產(chǎn)過程,可以更多地考慮精益制造轉(zhuǎn)型;對(duì)于個(gè)性化、高度定制、高附加值的產(chǎn)品需求,或是離散式、加工型的生產(chǎn)過程,可以更多地考慮智能制造轉(zhuǎn)型。
智能制造的某些做法也可以應(yīng)用于精益生產(chǎn)。比如,以電子看板替代紙面看板,以基于MES系統(tǒng)的軟安燈替代傳統(tǒng)安燈,以基于BOM和裝配記錄的軟件防錯(cuò)替代基于設(shè)備的Poka-yoke,以及通過AGV小車來做集成物流,等等。
精益生產(chǎn)的有效推行有助于智能制造的轉(zhuǎn)型。比如5S管理、現(xiàn)場質(zhì)量管理的三不、生產(chǎn)防錯(cuò)、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè),等等,可以盡可能地消除作業(yè)現(xiàn)場的不確定性,從而降低智能制造所需面對(duì)的不必要的復(fù)雜度和過程變異。當(dāng)然,精益的理念也可用于指導(dǎo)智能制造轉(zhuǎn)型。
另外,智能制造轉(zhuǎn)型的投入金額通常要遠(yuǎn)大于精益生產(chǎn)所需的投入,前者往往在自動(dòng)化改造和數(shù)字化建設(shè)上需要耗費(fèi)大量的資金,而后者通過員工培訓(xùn)就可取得一定的效果。對(duì)于廣大中小制造型來說,考慮到資源有限,應(yīng)該優(yōu)先考慮精益轉(zhuǎn)型,只有在非常必要的情況下,才投入少量的資金來做數(shù)字化建設(shè)。
因此,對(duì)于廣大中小制造型企業(yè)而言,精益生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)意義要遠(yuǎn)大于智能制造轉(zhuǎn)型,或者說,即使要做數(shù)字化轉(zhuǎn)型,中小制造型企業(yè)的工作中心首要還是怎么把ERP、MES等IT系統(tǒng)用好,而那些片面和高調(diào)地鼓吹中小型制造企業(yè)做智能制造轉(zhuǎn)型的做法顯然是不切實(shí)際或不負(fù)責(zé)任的。
結(jié)語
通過對(duì)精益生產(chǎn)和智能制造做再一次的認(rèn)識(shí)和全面比較,我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn),精益生產(chǎn)和智能制造都有其特定的價(jià)值和應(yīng)用背景,我們不能因?yàn)?ldquo;長江后浪推前浪,前浪就得死在沙灘上”,不能因?yàn)橹悄苤圃焓钱?dāng)前的熱門話題而忽視或否定精益轉(zhuǎn)型的必要性。實(shí)際上,對(duì)廣大中小型制造企業(yè)而言,精益轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)意義比智能制造轉(zhuǎn)型要大得多�;蛘哒f,結(jié)合數(shù)字化來做企業(yè)的精益轉(zhuǎn)型,才是廣大中小型制造企業(yè)的發(fā)展主題。
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