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敏捷制造-智能制造的持续迭代方法
来源: 作者:
  2022-03-15   

作者:林铭  渊联技术首席技术专家 

数字化赋能制造行业适应自身发展新阶段

从技术白盒角度,工业分为1.0/机械化,2.0/电气化,3.0/自动化,4.0/智能化。同时从产业黑盒角度,还可以区分为批量经济时代,品类经济时代 和速度经济时代。

随着国内经济发展和移动互联网技术发展,客户需求的多样性越来越多,中国制造业已经进入品类经济时代;制造业面临的当前时代性的挑战中,比较突出的根本性挑战包括以下三点:


1.品类经济时代的多品类小批量生产模式对生产环节的挑战,包括进度,产能和质量等挑战;


2.速度经济时代的高周转运营模式对整体运营的挑战,包括短交期和库存周转的挑战;


3.工厂向低成本区域分散对分布式管理的挑战,包括分布式运营管理和最佳实践经验快速复制的挑战。

以上三点挑战是可以用数字化技术攻克的,也是制造业数字化转型的关键目标。

智能化赋能制造业应对外部环境变化时代性挑战

图片 2.png

制造业是一个需要“深掏滩,低作堰”从而形成规模化效应的行业,需要持续精益生产降低成本(深淘滩),通过规模增长来降低单位生产成本,同时保持人均利润(低作堰)让利客户,带来更多的订单进一步扩大规模。

之前制造业还处于批量经济时代,社会人力成本也低于设备成本,所以数字化和智能化没有普及。当前外部人力成本指数增长,原来量变的精益生产已经不够了,需要利用智能制造实现质上的“深掏滩”。
制造单元从“以人为主,设备为辅助”,转变为”设备为主,人为主“,最后实现“黑灯生产,无人工厂”。
利用智能制造(自动化+数字化+智能化)深掏滩,在规模扩大产值的情况下,保持人均利润(低作堰)。

业界智能制造三大流派

图片 3.png

1. 美国的管理流程流派:经过几十年的业界全方面的推行,已经深入人心。业界共识是:没有把头部ERP/MES用好,都是企业不配用,是企业的问题,企业的管理流程还没有规范化。流程流派的核心是:用流程解决人的不确定性。


2. 德国的自动化装备流派:传统的DCS/PLC也是德国西门子占有率第一。美的收购的KUKA机械臂也是德国的;自动化流派的核心是:用机器解决人的不确定性。


3. 日本的现场管理流派:目前的精益生产理念都来源于日本,包括看板(KANBAN)这个汉语都成为英文单词了,5S等方法规范工人的现场操作。现场管理流派的核心是:依靠长期稳定和有经验的人。

这几个流派在中国推行了几十年,为什么还只是少数大企业采用?广大中小制造业并没有全面采用。
因为三大流派都有缺点,管理流程不能适应快速变化;现场管理依靠工人的稳定;自动化和人工成本需要平衡。随着中国人工成本的上升,自动化是必然的确定的选择,所以智能制造是以智能装备为基础。但是在运营管理上,还需要探索一个适合中国国情和数字化新时代的方法论。

自动化-数字化-智能化是大家已经有共识的智能制造发展路径,数字化的时代是充满变化的,而且制造业进入品类经济时代也面临多品类小批量短交期的挑战,需要探索一套可以适应变化的智能制造方法论。

传统的ERP/MES是管理流程流派的产品化,是20~30年前的软件了,信息输入依靠人工。希望靠流程解决人的不确定性的同时,重新引入了人的不确定性。数字化时代的制造业如果是部署一套20~30年前软件就是智能制造,那么20~30年前就已经是智能制造时代了。

既然智能制造要从智能装备开始,数字化就需要围绕设备来构建,要先建设从设备采集原生数据的数字孪生。智能制造的愿景是黑灯工厂/无人工厂,制造单元要从以人为中心(“人”或者“人+设备”) 演进到以设备为中心 (“设备+人”最终“黑灯工厂/无人工厂”) 。服务于以人为中心的传统ERP/MES不适合为设备为中心的生产模式,智能制造时代需要新的工业软件架构。

敏捷制造:利用数字化技术应对变化/不确定性(包括人的不确定性)


美国机械工程师学会(ASME)主办的《机械工程》杂志1994 年期刊中,对敏捷制造做了如下定义:敏捷制造就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时,对变幻莫测的市场需求的快速反应。敏捷制造的企业,其敏捷能力表现在以下四个方面:

1、反应能力,判断和预见市场变化并对其快速地做出反应的能力;

2、竞争力,企业获得一定生产力、效率和有效参与竞争所需的技能;

3、柔性,以同样的设备与人员生产不同产品或实现不同目标的能力;

4、快速,以最短的时间执行任务(如产品开发、制造、供货等)的能力。

然而之前的敏捷制造还是比较概念性的观念,对于功能层面并没有非常实时性的定义,而且随着美国制造业话语权弱化,敏捷制造的理念在制造领域并没有形成气候,制造业更流行的是丰田生产方式和精益生产。

数字化时代,面向未来的敏捷制造可以利用数字化技术应对变化/不确定性(包括人的不确定性),重新站上舞台中央,也更适合中国中小制造业。

1.在数字化时代,需要有更适合中国大量中小企业的智能制造理念,基于数字化技术的敏捷制造是工厂最佳实践的放大器。长期工作在工厂一线的基层管理和专家,在实践中积累了很多应对变化的最佳实践,这些最佳实践通过数字化技术放大推广。形成 新变化-最佳实践-敏捷制造放大-新变化-最佳实践-敏捷制造放大 的良性循环,利用数字化技术应对变化/不确定性(包括人的不确定性)。


2.敏捷制造解耦传统工业软件(20年前),关注价值流的闭环、协同和智能,打造敏捷数字化内核(数字孪生+智能协同),按需分阶段引入自动化、流程和现场精益管理等职能和专业功能。智能化=数字化敏捷制造内核+[流程化+自动化+精益化]。


3.服务于垂直行业头部的软件架构(大哥大)较难平滑演进到 适合中小企业的水平解耦的软件架构(智能手机)。

如果把智能制造类比为对工厂的自动驾驶,那么汽车自动变速箱的发展历程值得参考。1886年最早的汽车只有主减速箱,没有档位,不能倒车,只能前进。1889年世界上首个变速箱只有两个档位,需要与发动机转速配合操作才能实现换挡,难度相当大。1940年Hydra—Matic变速箱采用液力耦合器(非液力变矩器)和三排行星齿轮拥有四个前进挡位和一个倒挡位;1950年福特旗下车型开始配备3挡自动变速箱,依旧采用了液力变矩器加行星齿轮变速器的组合方式。

自动化类似汽车的发动机,有不同的马力,按需选择。精益化类似汽车的油门和刹车,现场管理避免浪费和安灯系统。流程化类似汽车的安全带,不同速度和地区要求不一样,前排必须带,高速公路和深圳/香港后排也必须带。这些都是工厂运行的关键部件,同时敏捷制造这个数字化内核,类似汽车自动变速箱和仪表盘让工厂运行更加平滑,更敏捷的应对变化,持续迭代地实现数字化转型和智能制造。敏捷制造的数字化内核也类似变速箱和仪表盘一样是默认标配的,任何发展阶段的工厂都需要使用。

敏捷制造和管理流程边界:严格、精细和标准化的管理流程适合财务和合规等后台管理(ERP),不适用于需要敏捷的作战单元,生产订单是敏捷制造系统和ERP的边界。
敏捷制造和现场管理边界:敏捷制造系统刚性管理边界是制造单元和主干流程(价值流)。数据协同在制造单元内部要全部自动化/数字化,设备自动采集和工位机自动推送,避免带来动作浪费。制造单元内的现场管理依靠现场协同,不把需要灵活应变的现场流程固化为软件(适应变化),可以提供必要的防错防呆工具。

敏捷制造理念除了上述快速应对变化的敏捷生产核心理论外,支持敏捷生产的IT系统和达到智能制造的路径上也需要敏捷。IT系统的敏捷就是从原来笨重的垂直职能软件系统转变为“面向全流程的敏捷制造内核”+按需部署应用方式;路径上建议按阶段实现进度/产能/质量的透明化、接着实现计划和物料的敏捷匹配,最终实现工艺智能控制。

敏捷制造宣言:


1.响应变化 高于 遵循计划


2.数据 高于 流程


3.协同 高于 审核


4.交期 高于 OEE

通过敏捷制造方法论,可以把每一个制造企业带入数字化新世界!

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