智能制造已經(jīng)跨入精益管理新時代

智能制造已經(jīng)跨入精益管理新時代中國制造業(yè)總量和規(guī)模已躍居世界第一，但制造業(yè)競爭力僅排世界第七，中國亟需借助從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)變的契機(jī)，實現(xiàn)從“制造大國”到“制造強(qiáng)國”轉(zhuǎn)型。以制造業(yè)為核心的實體經(jīng)濟(jì)是保持國家競爭力和經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的基礎(chǔ)，中國制造業(yè)總量和規(guī)模已躍居世界第一，但制造業(yè)競爭力僅排世界第七，中國亟需借助從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)變的契機(jī)，實現(xiàn)從“傳統(tǒng)模式下的業(yè)務(wù)提升”到“創(chuàng)新模式下的業(yè)務(wù)變革”的跨越，完成從“制造大國”到“制造強(qiáng)國”轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。隨著信息化水平的不斷發(fā)展，以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命正掀起變革浪潮，中國政府也提出“中國制造2025”理念，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合正在引發(fā)生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)變革，同時也對中國制造業(yè)向以“提質(zhì)、降本、增效”為根本要求的精益管理轉(zhuǎn)型升級指明了新的路徑和方向。何為智能制造？智能制造是指將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)，與設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)融合起來的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱，智能制造關(guān)注信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合。智能制造以智能工廠為載體，智能工廠就是“物理工廠+虛擬工廠”（見圖二），依靠自動化生產(chǎn)設(shè)備構(gòu)建而成的物理工廠是智能制造的基礎(chǔ)，也是絕大多數(shù)中國制造工廠現(xiàn)階段轉(zhuǎn)型提升的重點(diǎn)，即實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。在生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)，以互聯(lián)互通為支撐，構(gòu)建高度靈活的個性化和數(shù)字化智能制造模式，實現(xiàn)信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行，這是虛擬工廠建設(shè)的重點(diǎn)，也是制造行業(yè)在生產(chǎn)自動化程度已經(jīng)達(dá)到較高水平后，將裝備優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和市場優(yōu)勢、實現(xiàn)升級轉(zhuǎn)型和趕超世界先進(jìn)水平的重點(diǎn)路徑?！?/p>

◆

◆智能制造的兩個主角——“物聯(lián)網(wǎng)”和“大數(shù)據(jù)”物聯(lián)網(wǎng)的核心價值，是運(yùn)用新一代信息和通信技術(shù)，把傳感器、感應(yīng)器等智能裝置（信息系統(tǒng)）嵌入到電網(wǎng)、交通、建筑、工廠、貨物等各種物體和環(huán)境（物理系統(tǒng)）中，通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)加以連接形成物聯(lián)網(wǎng)，再通過網(wǎng)絡(luò)和云計算將物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)整合起來，將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，通過人、生產(chǎn)與產(chǎn)品的實時聯(lián)通與有效溝通，實現(xiàn)對實體世界的洞察和控制。大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用是指，通過將企業(yè)內(nèi)部全流程運(yùn)營數(shù)據(jù)和外部移動互聯(lián)端、社交媒體端、社會化物聯(lián)網(wǎng)端，以及延伸到消費(fèi)者的智慧化物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，納入到完整的“洞察-響應(yīng)-提升”閉環(huán)式精益管理中來，幫助企業(yè)充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)分析的輔助決策作用。制造型工廠以提升質(zhì)量、降低成本、提高效率為根本目標(biāo)，聚焦產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和保障能力。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在生產(chǎn)設(shè)備自動化的基礎(chǔ)上，讓制造過程中的各種數(shù)據(jù)源互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息流的自動化，使整個制造鏈條全程可視化，通過大數(shù)據(jù)分析將海量的隱形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為顯性數(shù)據(jù)，并將信息及決策建議實時提供給生產(chǎn)一線操作工人、主管和高級管理人員，幫助企業(yè)增強(qiáng)制造洞察力，提高IT靈活性，幫助工廠達(dá)成最具挑戰(zhàn)的運(yùn)營目標(biāo)：①生產(chǎn)柔性②質(zhì)量優(yōu)質(zhì)③設(shè)備穩(wěn)定④成本控制⑤能耗尋優(yōu)，從而確保制造過程與商業(yè)目標(biāo)一致。生產(chǎn)柔性：當(dāng)今市場瞬息萬變，為了能夠應(yīng)對與日俱增的市場競爭壓力，更好地滿足市場需求，企業(yè)生產(chǎn)模式也由以往的大規(guī)模生產(chǎn)向大規(guī)模定制和更高級的個性化定制轉(zhuǎn)變，這就要求工廠的生產(chǎn)線具備模塊組合能力；在模塊組合生產(chǎn)中，借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對生產(chǎn)模塊中混線生產(chǎn)的個性化定制半成品、成品進(jìn)行實時追蹤與組合配置與調(diào)度，實現(xiàn)工廠的柔性化生產(chǎn)，并解決大規(guī)模生產(chǎn)向定制化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型帶來的不確定性、多樣性和復(fù)雜性問題。海爾集團(tuán)沈陽冰箱廠通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過布設(shè)在門體、U殼等各模塊和總裝線之間的數(shù)百個RFID和數(shù)千個傳感器，實現(xiàn)各模塊生產(chǎn)與總裝線互聯(lián)。在接收消費(fèi)者個性化需求訂單預(yù)定后，各模塊按照消費(fèi)者個性化需求生產(chǎn)出相應(yīng)部件，在總裝線混線裝配中根據(jù)訂單及產(chǎn)出的各部件關(guān)聯(lián)的消費(fèi)者信息進(jìn)行零誤差裝配，結(jié)果在生產(chǎn)周期縮短50%的同時，也讓消費(fèi)者體驗到從“購買者”到“參與者”的角色轉(zhuǎn)變。質(zhì)量優(yōu)質(zhì)：為更好地響應(yīng)市場需求，追求成本最優(yōu)，絕大多數(shù)公司會設(shè)立多家自有工廠或者使用代工廠。因此雖然是同樣的制造工藝及生產(chǎn)流程，但不同供應(yīng)商存在原材料差異，且生產(chǎn)工藝易受氣候、溫濕度等眾多因素困擾，在這種情況下，如何確保在任何工廠或同一工廠的任何時間，按照同樣生產(chǎn)工藝流程制造出來的產(chǎn)品保持同一、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品特性，成為擺在質(zhì)量工程師和工藝工程師面前的一道難題。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對全生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)打上批次烙印，從原材料供應(yīng)、生產(chǎn)的各個工藝環(huán)節(jié)直至成品最終送達(dá)消費(fèi)者手中，整個鏈條每個環(huán)節(jié)彼此建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，并記錄每個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)，如關(guān)鍵工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、操作情況等。在任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量異常時，可精確追溯前段任意工藝環(huán)節(jié)，對各環(huán)節(jié)當(dāng)時的參數(shù)進(jìn)行獲取和分析，確定異常產(chǎn)生的原因，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析工具建立質(zhì)量預(yù)測分析模型，通過主動分析原材輔料質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)、設(shè)備工藝參數(shù)變化等，發(fā)現(xiàn)潛在質(zhì)量問題，及早做出預(yù)警，及時解決，從而實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的同一化與優(yōu)質(zhì)化（圖四）。在確保產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)質(zhì)方面，廈門煙草的企業(yè)實踐頗值得借鑒。該公司借助物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對卷煙生產(chǎn)物料、半成品、成品進(jìn)行全程追蹤，并建立數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析模型對全過程質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，以提高整體質(zhì)量管控精細(xì)度及質(zhì)量穩(wěn)定性。設(shè)備穩(wěn)定：為適應(yīng)客戶的不同需求，現(xiàn)在越來越多的制造業(yè)工廠同時擁有面向大批量生產(chǎn)的連續(xù)型流水線工藝設(shè)備、面向定制化需求的離散型多機(jī)臺工藝設(shè)備，以及管線型值守動力設(shè)備、區(qū)域型值守物流設(shè)備等。對于不同的設(shè)備類型，如何建立差異化的運(yùn)維與保障策略，實現(xiàn)對生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的有效保障，已經(jīng)成為大型生產(chǎn)制造企業(yè)普遍面臨的難題。傳統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)維策略通常依據(jù)設(shè)備在生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要程度、檢修時的復(fù)雜和精密程度、有無備用設(shè)備或采購的難易程度等，按照關(guān)鍵設(shè)備、重要設(shè)備和一般設(shè)備三大類進(jìn)行劃分和制定，并按照事后維修、計劃性維修、預(yù)防性維護(hù)進(jìn)行維修策略制定。埃森哲認(rèn)為該種分類分級方式只是從設(shè)備本身出發(fā)，并未考慮設(shè)備特性及設(shè)備對業(yè)務(wù)的影響程度及維修成本，很難制定高效的設(shè)備運(yùn)維策略，設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的微小變動都可能是設(shè)備故障的前兆或帶來不易察覺的質(zhì)量隱患，而只在設(shè)備出現(xiàn)故障后，簡單的依據(jù)設(shè)備重要性采取分類分級維修保養(yǎng)策略，并不能有效提高設(shè)備管理效率，也不能保證生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定，可能在故障發(fā)生時已有大批存在潛在質(zhì)量風(fēng)險的產(chǎn)品已經(jīng)產(chǎn)出，精細(xì)化運(yùn)維管理程度仍然不足。力拓集團(tuán)（RIOTINTO）是全球最大的資源開采和礦產(chǎn)品供應(yīng)商之一，是世界第二大鐵礦石生產(chǎn)商。如何降低價值昂貴的礦山開采設(shè)備故障率，增加設(shè)備在線時間，是提高礦石開采產(chǎn)量和開采效率的關(guān)鍵。力拓集團(tuán)攜手埃森哲，通過對設(shè)備歷史故障幾率、維修成本、業(yè)務(wù)影響程度進(jìn)行分析，并結(jié)合設(shè)備屬性，對設(shè)備進(jìn)行分類排序；根據(jù)設(shè)備歷史故障大數(shù)據(jù)分析，建立設(shè)備預(yù)知性模型，包括性能退化模型、可靠性模型、早期預(yù)警模型等，通過接收設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化，利用預(yù)知性模型分析數(shù)據(jù)，對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分類，進(jìn)行設(shè)備健康性實時分析，對設(shè)備故障出現(xiàn)概率進(jìn)行分析，提前預(yù)知設(shè)備故障出現(xiàn)的時間和影響，安排檢維修計劃，減少設(shè)備故障率，增加設(shè)備的在線時間，避免計劃外的設(shè)備故障停機(jī)檢修造成的損失。設(shè)備預(yù)知性平臺上線后，設(shè)備非計劃停工時間最大減少至75%，設(shè)備生產(chǎn)效率提升5%到25%，設(shè)備總體成本降低至15%至30%，項目投資回報率超過10倍（見圖五）。成本控制：成本管理是企業(yè)管理的核心和重點(diǎn)，成本控制也是智能制造的重要維度之一，決定著企業(yè)的生存與發(fā)展。通過把精益管理思想與成本管理思想相結(jié)合，按照財務(wù)維度逐層從車間、工段、一直明細(xì)到機(jī)臺和生產(chǎn)線，明確各層級崗位對應(yīng)的可控成本費(fèi)用范圍及成本目標(biāo)。按照業(yè)務(wù)維度結(jié)合生產(chǎn)計劃和物料清單將成本目標(biāo)分解到各產(chǎn)品規(guī)格，結(jié)合各產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，制定工序成本定額標(biāo)準(zhǔn)體系，輸出產(chǎn)品各工序定額成本，建立產(chǎn)品的目標(biāo)成本；最終形成崗位成本自我改善目標(biāo)，使企業(yè)獲得較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。埃森哲與廈門煙草聯(lián)手，將制造工廠成本管理責(zé)任單元分為部門（車間）、區(qū)域、生產(chǎn)線（工段）、機(jī)臺4個層級，逐級控制、層層負(fù)責(zé)，高一層級不僅對歸屬于本級的可控直接成本負(fù)責(zé)，在一定程度上對下一級的可控成本負(fù)有一定的間接管理責(zé)任；每一層級制定相關(guān)的指標(biāo)和參數(shù)，準(zhǔn)確及時地反映整個成本管理過程中可能存在的問題，將成本管理的事后控制轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程控制，使管理層能及時采取相關(guān)措施對暴露問題進(jìn)行解決，從而有效地降低成本，提高利潤率，實現(xiàn)成本管理上的精細(xì)化；通過構(gòu)建統(tǒng)一的成本數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，實現(xiàn)成本數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的集成，使用大數(shù)據(jù)分析手段全面支持業(yè)務(wù)運(yùn)作、成本管控和決策分析，實現(xiàn)崗位成本自我改善，幫助決策層更準(zhǔn)確地評估企業(yè)成本狀況，以大大提高企業(yè)決策的成功率。能耗尋優(yōu)：提高能源效率是節(jié)能減排、降本增效的主要手段。而企業(yè)的現(xiàn)實情況是，能效管理往往停留在統(tǒng)計報告、性能試驗、設(shè)備改造等環(huán)節(jié)，缺乏有效的能源計量；無法在線檢測整個企業(yè)的生產(chǎn)能耗動態(tài)過程，數(shù)據(jù)嚴(yán)重滯后，無法及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)用能過程存在的問題；大量能耗數(shù)據(jù)分散于各個車間、部門，無法實現(xiàn)整體管控，缺乏完整性、可靠性和連續(xù)性；在用能過程中，較大的能源浪費(fèi)及其他損失無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，導(dǎo)致能源浪費(fèi)較為嚴(yán)重，缺乏持續(xù)的管理。埃森哲認(rèn)為，在設(shè)備的設(shè)計和建造階段雖然已經(jīng)確定基本能耗范圍，但借助物聯(lián)網(wǎng)對能耗進(jìn)行監(jiān)控，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立多維數(shù)據(jù)分析模型，通過關(guān)聯(lián)更多的維度和數(shù)據(jù)項，例如班組、人員等信息，揭示人因與能效控制目標(biāo)的偏差程度，對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和能耗歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時發(fā)現(xiàn)能耗偏離計劃目標(biāo)的情況，整合相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘能耗異常的根本原因，指導(dǎo)設(shè)備進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、節(jié)能管理措施實施等，不斷改進(jìn)能耗表現(xiàn)。華誼集團(tuán)在化工生產(chǎn)過程中結(jié)合設(shè)備工藝數(shù)據(jù)，對蒸汽、燃料油、電及水等大量分散的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和大數(shù)據(jù)分析，幫助能源管理人員找到影響設(shè)備能耗的因素，通過物聯(lián)網(wǎng)對能源管網(wǎng)實行動態(tài)監(jiān)測，在線檢測整個企業(yè)的生產(chǎn)能耗動態(tài)過程，使整個能源消耗過程信息化、可視化，實現(xiàn)用能從粗放式到精細(xì)化管理的轉(zhuǎn)變；同時根據(jù)監(jiān)測狀況，對出現(xiàn)的能耗異常進(jìn)行報警以及預(yù)處理及實時調(diào)整，實現(xiàn)對能源進(jìn)行平衡、調(diào)度與優(yōu)化，避免造成大的能源浪費(fèi)及其他損失，從整體上提高能效水平和能源管理效率，實現(xiàn)持續(xù)節(jié)能。贏在智能時代物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)能夠幫助制造工廠應(yīng)對轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)，但要想充分發(fā)揮其效能，需統(tǒng)一考慮物理層級與虛擬層級的能力建設(shè)要求，我們建議按照以下兩個方面進(jìn)行能力建設(shè)：首先推進(jìn)生產(chǎn)過程數(shù)字化及管理流程智能化。在工廠規(guī)劃設(shè)計和技改過程中，通過安裝布設(shè)和升級傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備及工控設(shè)備，將連續(xù)的、沒有中斷的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理，實現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通，提高設(shè)備智能化水平。該階段關(guān)注的重點(diǎn)是提升管理及生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，在設(shè)備數(shù)字化的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)水平，通過與MES和ERP系統(tǒng)等信息系統(tǒng)的融合，提高生產(chǎn)過程可控性，減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，合理計劃排程，初步實現(xiàn)管理流程智能化。其次進(jìn)行決策智能化建設(shè)。在自動化和設(shè)備智能化的基礎(chǔ)上構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析能力，使“數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)化為“洞察”，再由洞察產(chǎn)生行動，不僅要從技術(shù)上提升洞察分析能力，也要從組織、管控、能力角度同步提升，真正實現(xiàn)“感知-洞察-評估-響應(yīng)”閉環(huán)的順利運(yùn)作與循環(huán)提升。埃森哲建議該部分分為三個階段、八個方面進(jìn)行實施（見圖六）。第一階段是數(shù)據(jù)管理：本階段聚焦于信息和數(shù)據(jù)管理，建立數(shù)據(jù)管理規(guī)則，指導(dǎo)海量數(shù)據(jù)辨識處理與信息提煉。第二個階段是將信息轉(zhuǎn)化為洞察：這一階段建設(shè)重點(diǎn)是通過相應(yīng)的運(yùn)行機(jī)制、數(shù)據(jù)分析平臺和數(shù)據(jù)分析手段，利用數(shù)據(jù)分析挖掘根因，為管理決策提供支持。本階段需要從6個方面著手進(jìn)行建設(shè)，包括①支持和管控體系建