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在制造型企業(yè),車間處于非常重要的位置。在很大程度上,車間強則企業(yè)強,車間智則企業(yè)智?!吨袊圃?025》中也明確指出:“推進制造過程智能化,在重點領域試點建設智能工廠/數(shù)字化車間。”
數(shù)字化車間架構(gòu)圖
很多人認為,大量采購和引入數(shù)字化設備是建設好數(shù)字化車間的前提。這是一個很大的誤解:數(shù)字化設備與數(shù)字化車間之間既非必要條件,也非充分條件。
即便車間中全是數(shù)字化設備,如果沒有實現(xiàn)設備的互聯(lián)互通,沒有實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理,數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)真正的有序流動,也不能稱之為數(shù)字化車間。
數(shù)字化車間建設有三條主線:
一條是以機床、熱處理設備、機器人、測量測試設備等組成的自動化設備與相關設施,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的精確化執(zhí)行,這是數(shù)字化車間的物理基礎。
第二條線是以MES為中心的智巧化管控系統(tǒng),實現(xiàn)對計劃調(diào)度、生產(chǎn)物流、工藝執(zhí)行、過程質(zhì)量、設備管理等生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)及要素的精細化管控。
第三條主線是在互聯(lián)互通的設備物聯(lián)網(wǎng)基礎上,并以之作為橋梁,聯(lián)接起信息化系統(tǒng)與機床等物理空間的自動化設備,構(gòu)建車間級的HCPS系統(tǒng),實現(xiàn)了兩個世界的相互作用、深度融合。
1、精益思想要貫穿始終
如果說設備、MES、HCPS等三條主線是“實線”的話,精益生產(chǎn)則是數(shù)字化車間建設的一條“虛線”,要貫穿數(shù)字化建設的始終。
1)精益生產(chǎn),智能制造的重要指導思想
精益生產(chǎn)是管理學史上重要的實踐成果之一,深刻地影響著汽車工業(yè),乃至全球制造業(yè)。精益生產(chǎn)基本思想和追求的管理目標,并沒有隨著智能制造的發(fā)展而落伍,恰恰相反,精益思想是企業(yè)進行智能制造體系構(gòu)建的重要指導思想之一。
在此,筆者總結(jié)出五條可以指導智能制造建設的精益思想原則。
① 關注客戶價值:精益生產(chǎn)強調(diào),流程中所有環(huán)節(jié)的輸入與輸出都應當用客戶價值這個標尺去衡量。在前端要打通客戶真實需求之間的接口,在企業(yè)內(nèi)部,以客戶需求來定義自己的產(chǎn)品與服務。
② 識別并消除浪費:企業(yè)在實施智能制造系統(tǒng)之前,應當對流程中各種浪費進行梳理與改善。精益生產(chǎn)中將制造過多過早、庫存、搬運、等待、不必要的作業(yè)、不必要的動作以及不良品流竄等七大浪費需要不斷進行完善與消除。
③價值的快速流動:精益生產(chǎn)強調(diào)價值流的快速流動,包括物理布局工藝流程化,信息傳遞自動化,以及人、產(chǎn)線設備、倉儲物流之間高效協(xié)同化。如果在物理布局上有大量斷點存在,就會給智能制造的排產(chǎn)與調(diào)度帶來了更大復雜度。
④高度柔性與適應性:精益生產(chǎn)的柔性是指通過快速切換(SMED)的實施與改善,實現(xiàn)產(chǎn)線在生產(chǎn)不同型號、不同配置,甚至是不同種類產(chǎn)品時,可以根據(jù)需要進行快速切換。
在小品種多批量、客戶需求千變?nèi)f化的今天,智能制造建設也必須要考慮產(chǎn)線柔性與適應性等問題,否則就可能造成大量投資的浪費。
⑤盡善盡美原則:精益生產(chǎn)中標準作業(yè)、自工序完結(jié)、良品條件創(chuàng)建與維持、質(zhì)量內(nèi)建、安燈控制、防錯與糾錯機制、變化點管理、全員生產(chǎn)性維持(TPM)等術語之下,都有一套品質(zhì)維持的理念、原則與方法,這些原則和方法同樣可以指導智能制造的建設。
2)智能制造,精益生產(chǎn)的有效使能手段
傳統(tǒng)精益生產(chǎn)目視管理有很多很有效的手段和方法,比如5S管理、安燈、標準作業(yè)三票、可視化看板等方法。這些方法可以直觀地提示發(fā)生問題的區(qū)域、工位、或是機臺、材料等信息,但是要深究問題的根本原因還需要大量的觀察與分析,當變異的條件發(fā)生變化時,會給分析帶來很多困難。
而智能制造以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化等新技術、新手段就可以較容易地解決這些問題。比如:
識別浪費是精益改善的重要組成部分,除了傳統(tǒng)的精益手法,通過設備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集設備稼動率、待機原因等,能夠準確地識別出設備利用等方面的浪費;通過MES系統(tǒng)對物料、工具等進行精益化庫存管理,可以明顯地減少庫存的浪費;通過APS高級排產(chǎn)優(yōu)化生產(chǎn)計劃,可以減少人員與設備等待的浪費等等。
3)殊途同歸,精益智能共促企業(yè)良性發(fā)展
雖然精益生產(chǎn)與智能制造是兩個領域的概念,側(cè)重點也不盡相同,精益生產(chǎn)主要是強調(diào)了生產(chǎn)過程中的管理理念與實現(xiàn)方法,智能制造更側(cè)重技術實現(xiàn),但兩者是相輔相成的關系。
從生產(chǎn)過程來看,精益生產(chǎn)中的很多理念,如生產(chǎn)布局、節(jié)拍、后工序拉動、標準作業(yè)等,是實施智能制造的基礎。
快速切換、減少浪費、可視化生產(chǎn)、均衡化生產(chǎn)、準時化生產(chǎn)、工序流動化等理念,也是智能制造要實現(xiàn)的過程目標。
同樣,智能制造中的設備互聯(lián)互通、高級排產(chǎn)、過程協(xié)同、資源精益化管控、質(zhì)量過程管控、大數(shù)據(jù)分析、可視化、預測性維護等方法與手段,都有助于促進精益生產(chǎn)的落地與提升。
從實現(xiàn)的目標來看,智能制造與精益生產(chǎn)也是殊途同歸,實現(xiàn)敏捷、高效、高質(zhì)、低成本的生產(chǎn)與服務模式是兩者的共同目標。
智能制造背景下的精益屋
2、數(shù)字化車間實施策略
數(shù)字化車間建設是一項復雜的系統(tǒng)工程,數(shù)字化車間建設可遵循以下實施策略。
1)統(tǒng)籌規(guī)劃,服務戰(zhàn)略
智能制造不是企業(yè)的目的,企業(yè)真正目的是通過智能制造實現(xiàn)降本提質(zhì)增效,提升企業(yè)競爭力。數(shù)字化車間建設也要為這個目的服務,從整體上服務于企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略。
企業(yè)要結(jié)合自身實際情況,基于企業(yè)戰(zhàn)略進行智能制造的設計。比如,要對企業(yè)所處行業(yè)、企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品特點、盈利能力、行業(yè)地位、發(fā)展趨勢以及企業(yè)自身基礎、存在問題、實施目標等,進行深入分析并綜合考慮,這些不同的因素決定了企業(yè)不同的實施智能制造方法和路徑。
數(shù)字化車間建設不僅僅是一系列新技術或新系統(tǒng)的單純應用,既涉及生產(chǎn)自動化系統(tǒng),又涉及數(shù)字化、網(wǎng)絡化等信息化系統(tǒng),還要考慮計劃調(diào)度、生產(chǎn)工藝、物料配送、精益生產(chǎn)、安全環(huán)保等各種因素,是一項影響到車間各個層面,甚至是可以影響到企業(yè)層面的綜合性工程,一定要有全局的概念與系統(tǒng)的思維。
2)聚焦痛點,扎實推進
基于降本提質(zhì)增效、快速響應市場的目的,從車間存在的實際痛點出發(fā),打造一個能解決實際問題的數(shù)字化車間管控系統(tǒng),在工藝、設備、管理以及信息化、網(wǎng)絡化、智能化等各個方面有重點地進行優(yōu)化、挖掘潛力,最大程度地提升企業(yè)生產(chǎn)效率及管理水平。
首先要聚焦痛點。根據(jù)痛點明確要解決的主要問題,比如,是生產(chǎn)效率不高,是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,還是生產(chǎn)過程不透明等,并以問題為導向,制訂相應的解決方案。
其次,還需要分步實施,扎實推進。數(shù)字化車間建設有很多階段,其實施順序取決于存在問題、生產(chǎn)特點、企業(yè)基礎及資金投入等多種因素,切忌貪大貪全,可從基礎、較易成功的地方著手。
3)以人為本,管理取勝
如前所述,本次智能制造不是“機器換人”的過程,而是以自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化等新理念、新技術手段,幫助人類實現(xiàn)更高效、更高質(zhì)、更綠色、更低成本的生產(chǎn)與服務。在智能制造時代,人變得更加重要,而不是相反。
無論是機器人等設備,還是MES等信息化系統(tǒng),都要基于幫助人、服務于人這個出發(fā)點,而不是簡單地替代人、減少人。另外,無論多么先進的系統(tǒng),如果不把人的積極性調(diào)動起來,系統(tǒng)就不能發(fā)揮最大價值,智能制造就不可能取得成功。
在數(shù)字化車間建設中,要以人為本,以更好地發(fā)揮人的價值為基本出發(fā)點。另外,還要充分意識到數(shù)字化車間建設的主體與應用對象不同。
數(shù)字化車間的主要用戶是人數(shù)眾多、文化水平偏低,甚至年齡偏大的車間工人,要充分考慮系統(tǒng)的易用性、便捷性、安全性、環(huán)保性等特點,以精益生產(chǎn)為指導思想,以使用者為中心,在流程優(yōu)化、工藝優(yōu)化等基礎上,以自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為手段,以降本提質(zhì)增效為目標,以管理優(yōu)化為突破口,通過數(shù)字化車間的建設實現(xiàn)精益化、智能化、高效化的生產(chǎn)模式,為企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級在車間層面奠定堅實的基礎。
4)效益驅(qū)動,落地為王
在數(shù)字化車間建設中,既要符合智能制造的理念,有一定的先進性、前瞻性,又要本著務實落地原則。
要汲取經(jīng)驗與教訓,不要過于理想化,不要過多強調(diào)自感知、自決策、自執(zhí)行、自組織、自學習等所謂高大上技術,企業(yè)不是研究機構(gòu),應該以創(chuàng)造效益為根本目的。
3、數(shù)字化車間實施效果
通過成功實施數(shù)字化車間系統(tǒng),企業(yè)在車間管理方面將會有質(zhì)的提升,為企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級奠定良好的基礎。
1)設備互聯(lián),“啞設備”聰明起來
通過設備的互聯(lián)互通,將車間的數(shù)控機床、熱處理設備、機器人等數(shù)字化設備實現(xiàn)程序網(wǎng)絡通訊、數(shù)據(jù)遠程采集、程序集中管理、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能化決策支持,將設備由以前的單機工作模式,升級為數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的管理模式。
2)協(xié)同生產(chǎn),讓設備高效地運轉(zhuǎn)
通過系統(tǒng)中的計劃、排產(chǎn)、派工、物料、質(zhì)量、決策等模塊,以信息化系統(tǒng)為手段,實現(xiàn)各種信息的共享與協(xié)同,做到車間層面精準化計劃、精益化生產(chǎn)、可視化展現(xiàn)、精細化管理。
將以前串行生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿械膮f(xié)同生產(chǎn)模式,實現(xiàn)“一個流”的生產(chǎn),工件轉(zhuǎn)移到設備前,加工程序等技術文檔、工裝夾具等生產(chǎn)資源已經(jīng)全部準備就緒,大大減少設備的各種等待時間,可明顯提升設備生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,提高客戶滿意度。
3)虛實融合,數(shù)據(jù)在流動中增值
改變傳統(tǒng)的制造模式,做到虛擬世界與物理世界深度融合,虛實精準映射、相互促進。
車間各崗位、各設備都融于整個信息化系統(tǒng),以數(shù)據(jù)有序流動為特征,以高效高質(zhì)生產(chǎn)為核心,人、機、料、法、環(huán)、測各環(huán)節(jié)相互融合,基于數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的管理系統(tǒng),使管理者能做到“看得見,說得清,做得對”,實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的“Smart”,即敏捷、高效、高質(zhì)、低成本、綠色、協(xié)同的智巧化生產(chǎn)與服務模式。
4) 智能制造,降本提質(zhì)增效是標尺
通過數(shù)字化車間建設,對車間進行全面的科學管控,大幅度提升車間計劃科學性、生產(chǎn)過程協(xié)同性、生產(chǎn)設備與信息化系統(tǒng)的深度融合度,并在大數(shù)據(jù)分析與決策支持的基礎上進行透明化、量化管理,可對企業(yè)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本等方面有明顯改善。
以下是數(shù)字化車間系統(tǒng)實施后的統(tǒng)計結(jié)果:
制造信息量提高15-60%
生產(chǎn)效率提高10-30%
計劃質(zhì)量提高25-70%
生產(chǎn)透明度20-70%
經(jīng)濟效益提高10-25%
生產(chǎn)靈活性提高15-60%
生產(chǎn)周期降低15-40%
外協(xié)費用降低5-15%
生產(chǎn)準備成本降低15-40%
處理緊急事故的成本降低20-60%
生產(chǎn)管理成本減少15-25%
生產(chǎn)計劃成本降低10-30%
產(chǎn)品準時交貨率提高15-40%
4、數(shù)字化車間系統(tǒng)選型原則
目前市場上號稱能做數(shù)字化車間或MES系統(tǒng)的公司有很多,良莠不齊。企業(yè)在系統(tǒng)選型時應從以下幾個方面進行考慮:
1)完整性
很多系統(tǒng)只是停留在生產(chǎn)、庫房、質(zhì)量等部分模塊上,不能夠?qū)囬g進行全方位的管理,這類系統(tǒng)不能稱之為真正意義上的數(shù)字化車間或MES系統(tǒng)。
2)先進性
制造企業(yè)需要的是一套理念及技術先進的系統(tǒng),高級排產(chǎn)、數(shù)據(jù)自動采集、協(xié)同制造等都是數(shù)字化車間的核心功能,雖有很大的技術難度,但只有真正突破這些技術瓶頸,才能支撐起智能制造的發(fā)展需要,才能最大程度地發(fā)揮車間的生產(chǎn)潛能,而不僅僅滿足于臺賬的電子化或者簡單的看板管理。
3)成熟性
系統(tǒng)應該是有行業(yè)成功案例的成熟產(chǎn)品,并具有良好的靈活性和擴展性。最好是平臺化產(chǎn)品,便于根據(jù)企業(yè)實際情況進行快速定制開發(fā)與系統(tǒng)部署,減少企業(yè)的實施風險。
4)專業(yè)性
數(shù)字化車間系統(tǒng)具有非常明顯的行業(yè)背景,除了分為流程、離散兩個大類之外,即便是同為離散行業(yè),也分機械加工、電子組裝、服裝加工等很多類型的行業(yè)。
用戶要根據(jù)自己的行業(yè)特點、具體需求來選擇專業(yè)的系統(tǒng)。比如,有的系統(tǒng)即便在太陽能領域很成功,但可能沒做過軍工行業(yè),甚至機械加工都沒做過,面對多品種、小批量的軍工等行業(yè),這類系統(tǒng)就很難成功。
5)技術團隊
數(shù)字化車間系統(tǒng)需要專業(yè)團隊進行二次開發(fā)與實施,需要周到、及時、專業(yè)的服務,制造企業(yè)需要對供應商進行公司實力、服務能力、典型客戶等多方面的考察,確保項目的成功率及將來可持續(xù)性的服務。
6)選型人員組成要合理
最好采用“IT為主導,用戶為主體”的方式,IT部門組織交流、調(diào)研等活動,并從IT技術方面進行把關;而精通生產(chǎn)管理的使用部門則從功能上、使用方便性等方面進行確認,相互配合,共同完成選型工作。
否則,縱然是IT部精挑細選回來的軟件,使用部門感覺不好用,不愿意配合使用,這樣的系統(tǒng),即便是架構(gòu)再好,集成性再好,最終還是避免不了失敗的結(jié)局。
7)易用性
系統(tǒng)使用界面友好,操作簡單,易學易用,確保車間工人能掌握。
8)性價比高
在滿足使用要求前提下,還要做到價格合理、功能實用,降低企業(yè)購置成本。
總結(jié): 數(shù)字化車間建設要以實際需求為牽引,以經(jīng)濟效益為驅(qū)動,以成功落地為導向。
在先進設備的基礎上,在管理方面深挖潛力,充分發(fā)揮人的作用,構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡化和適度智能的生產(chǎn)模式,切實做到明顯的“降本提質(zhì)增效”。并以量化數(shù)據(jù)為基礎,循序漸進,有效地提升企業(yè)的競爭力。
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