智慧製造轉型與精益生產

IT公社
Apr 20, 2022

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轉型(Transformation),是社會和經濟生活中比較流行的詞彙。

近些年來,在企業管理和實踐領域,人們談得較多的是數字化轉型,具體到製造業,那應該是智慧製造轉型。如果時間倒回至十年前,服務於製造業的專家或諮詢機構經常談及的則可能是精益轉型。同樣是轉型,智慧製造轉型與精益轉型所涉及的物件相同,兩者有何聯絡或不同?是不是有了智慧製造轉型就不需要精益轉型呢?本文中,我們就這些問題做下簡單地討論。所謂理不辯不明,這些討論將有助於我們加深對智慧製造與精益生產的理解。

精益生產

精益生產(LeanManufacturing,LP)是流行於歐美的說法,它還有另外一種稱呼,也是其理論和實踐的源頭 — — 豐田生產方式(Toyota Production System,TPS)。換句話說,日本人談的是TPS,與歐美企業談的是LP,兩者的實際內涵差不多。關於精益生產的核心內涵,我們可以透過“精益生產屋”來了解。

圖1:精益屋 — — 精益生產的核心內涵的【1】

如圖1所示,我們可以用“統一目標、一個主題、兩大支柱、三項實踐”來概括。

“統一目標”指的是精益生產的願景,包括最好的製造質量(Quality)、最低的製造成本(Cost)、最短的交貨週期(Time)、最佳的生產安全(Safety)和高漲的員工士氣(Miracle)等在內五方面目標的融合和統一,業內人士通常將之簡稱為精益生產的“QCTSM”。

“一個主題”指的是基於人本主義、團隊協作和消除浪費的持續改善,具體包括全員參與、共同目標、交叉培訓、現場現物、尋找浪費、問題管理等理念和做法,也有人將之概括為十二個字:團隊協作、消除浪費、持續改善。實際上,很多做精益諮詢的專家就以價值流程圖(Value Stream Mapping,VSM)來發現企業中的各種浪費,進而為企業提供精益諮詢服務。

“兩大支柱”,即自働化(Jidoka)和準時化(Just-in-Time)等支撐工具。具體來說,自働化包括現場製造質量的“三不”(不接受缺陷、不製造缺陷和不傳遞缺陷)、自動停機、安燈(Andon)、防錯(Poka-yoke)、根因分析RCCA的五個為什麼,準時化則包括節拍計劃、單件流(Single Piece Flow,SPF)、拉式系統、SMED快速的工裝換模和裝置調整、整合物流,等等。
“三項實踐”,或者說“三項要求”,包括生產負荷的均衡化、生產作業的標準化、生產現場的5S、資訊傳遞的視覺化(目視管理),等等。

智慧製造

智慧製造的提法肇始於2011年德國漢諾威工業展所提出的工業4.0。與工業4.0相類似,其他國家又有工業網際網路、智慧製造、智慧工廠等說法。從內涵表達的角度看,智慧製造比工業4.0、工業網際網路等說法要更為形象。

對智慧製造的認識,我們可以透過工業4.0參考架構模型(RAMI 4.0)或智慧製造成熟度模型等來獲得,也可以將之繪製成類似於精益生產屋的“智慧製造屋”框架模型。

從生產能力的角度講,智慧製造包括加工、裝配、物流等生產作業的自動化、計劃、物流、裝置、質量等領域的運營數字化,以及決策智慧化。為了實現上述三種能力,在技術支撐上靠的是賽博物理製造系統,在流程管理上要求三項整合,在資料管理上依託工業網際網路平臺,實現策略則緊跟製造型企業的問題焦點和管理策略,即,以產品為中心,以質量為抓手,以融合為手段,以貫通為目的。

從技術應用正規化上講,智慧製造的核心內涵是互聯(Connected)和智慧(Smart)。其中,互聯的物件不僅包括人、機、料、法、環、測等生產要素,也包括企業所提供的產品或服務,以及企業與上、下有合作伙伴的合作。智慧則是建立在互聯基礎上的溝通、協同、認知、決策、配置和自適應。

從技術內容或工具支撐的角度來看,智慧製造的主要依託是賽博物理生產系統(Cyber-Physical Production System,CPPS)。CPPS藉助5G、物聯網、大資料、雲計算、人工智慧、PLM/ERP/MES等ICT或IT系統等連線起來,形成虛擬融合的有機體。透過CPPS,製造型企業的柔性製造能力將得到大幅度的提升,並能較好地適應個性化或個體化製造的趨勢。

另外,因為有CPPS做支撐,智慧製造中將普遍應用到一種新型的人機互動模式 — — 數字孿生(Digital Twins)。針對任何一個物理設施或生產要素,都可以建立與之物件的數字對映,比如,裝置的數字孿生、物料的數字孿生、產品的數字孿生,而企業則可以用數字孿生網路來表示。基於數字孿生,企業可以實現實時監測、模擬和最佳化、遠端控制等智慧製造場景。

兩者比較

作為製造業的轉型方向,精益生產和智慧製造的側重點不同。精益生產側重於企業運營效益的提升,即透過成本降低(節流)等措施來幫助企業提升其效益,是做減法。智慧製造側重於企業柔性製造能力的提升,即透過柔性化生產能力來承接和滿足個性化,乃至個體化客戶訂單,是透過開拓需求(開源)等措施來幫助企業提升其效益,是做加法。

在具體細節和技術支撐上,精益生產和智慧製造具有很多共通之處。比如,作業的標準化、智慧化裝置、防錯、整合物流、防錯、質量管理,等等。以裝置的智慧化為例,精益生產中的自働化就不只是簡單的自動化,而是要求裝置具有人的智慧,要能夠自我判斷、自我控制、自我糾錯,這其實與智慧製造所提倡的智慧互聯裝置(Smart and Connected Machines and Tools)的理念是類似的。

下表1從多個角度將精益生產與智慧製造做了簡單地對比:

實施建議

從問題訴求及其帶給企業的價值來看,精益生產和智慧製造有很大的不同,實施時,企業需要結合自己的行業特點、產品多寡、工藝型別、投資預算等因素做相應的選擇。總體上,精益生產與智慧製造不是相互排斥或相互替代的關係,企業完全可以既實施精益生產,也實施智慧製造,差別無非是以哪一種模式為主;即,是以精益生產為主,區域性的智慧製造;抑或是以智慧製造為主,區域性的精益生產。

一般來說,對於通用化、模組化、低附加值的產品需求,或是重複式、裝配性的生產過程,可以更多地考慮精益製造轉型;對於個性化、高度定製、高附加值的產品需求,或是離散式、加工型的生產過程,可以更多地考慮智慧製造轉型。

智慧製造的某些做法也可以應用於精益生產。比如,以電子看板替代紙面看板,以基於MES系統的軟安燈替代傳統安燈,以基於BOM和裝配記錄的軟體防錯替代基於裝置的Poka-yoke,以及透過AGV小車來做整合物流,等等。

精益生產的有效推行有助於智慧製造的轉型。比如5S管理、現場質量管理的三不、生產防錯、標準作業,等等,可以儘可能地消除作業現場的不確定性,從而降低智慧製造所需面對的不必要的複雜度和過程變異。當然,精益的理念也可用於指導智慧製造轉型。

另外,智慧製造轉型的投入金額通常要遠大於精益生產所需的投入,前者往往在自動化改造和數字化建設上需要耗費大量的資金,而後者透過員工培訓就可取得一定的效果。對於廣大中小製造型來說,考慮到資源有限,應該優先考慮精益轉型,只有在非常必要的情況下,才投入少量的資金來做數字化建設。

因此,對於廣大中小製造型企業而言,精益生產轉型的現實意義要遠大於智慧製造轉型,或者說,即使要做數字化轉型,中小製造型企業的工作中心首要還是怎麼把ERP、MES等IT系統用好,而那些片面和高調地鼓吹中小型製造企業做智慧製造轉型的做法顯然是不切實際或不負責任的。

結語

透過對精益生產和智慧製造做再一次的認識和全面比較,我們已經發現,精益生產和智慧製造都有其特定的價值和應用背景,我們不能因為“長江後浪推前浪,前浪就得死在沙灘上”,不能因為智慧製造是當前的熱門話題而忽視或否定精益轉型的必要性。實際上,對廣大中小型製造企業而言,精益轉型的現實意義比智慧製造轉型要大得多。或者說,結合數字化來做企業的精益轉型,才是廣大中小型製造企業的發展主題。

文章來源於數字化演易 ,作者丁肇之

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