4008-0537-07
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數(shù)字化車間的建設(shè)主線
數(shù)字化車間是基于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施等硬件設(shè)施，以降本提質(zhì)增效、快速響應(yīng)市場為目的，在對工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織、過程控制等環(huán)節(jié)優(yōu)化管理的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)資源與生產(chǎn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理、仿真、優(yōu)化與可視化等工作，以信息數(shù)字化及數(shù)據(jù)流動為主要特征，對生產(chǎn)資源、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施以及生產(chǎn)過程進(jìn)行精細(xì)、精準(zhǔn)、敏捷、高效地管理與控制。數(shù)字化車間是智能車間的第一步，也是智能制造的重要基礎(chǔ)。
◎ 圖1 數(shù)字化車間架構(gòu)圖
數(shù)字化車間建設(shè)有三條主線，一條是以機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、測量測試設(shè)備等組成的自動化設(shè)備與相關(guān)設(shè)施，實(shí)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(chǔ)。
第二條線是以MES為中心的智巧化管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)物流、工藝執(zhí)行、過程質(zhì)量、設(shè)備管理等生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)及要素的精細(xì)化管控，這是典型的賽博系統(tǒng)。
第三條主線是在互聯(lián)互通的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，并以之作為橋梁，聯(lián)接起賽博空間的MES等信息化系統(tǒng)與機(jī)床等物理空間的自動化設(shè)備，構(gòu)建車間級的CPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了賽博與物理兩個世界的相互作用、深度融合。
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精益思想要貫穿始終
如果說設(shè)備、MES、CPS等三條主線是“實(shí)線”的話，精益生產(chǎn)則是數(shù)字化車間建設(shè)的一條“虛線”，要貫穿數(shù)字化建設(shè)的始終。
1）精益生產(chǎn)，智能制造的重要指導(dǎo)思想
① 關(guān)注客戶價(jià)值
精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)，流程中所有環(huán)節(jié)的輸入與輸出都應(yīng)當(dāng)用客戶價(jià)值這個標(biāo)尺去衡量。在前端要打通客戶真實(shí)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(wù)。
② 識別并消除浪費(fèi)
企業(yè)在實(shí)施智能制造系統(tǒng)之前，應(yīng)當(dāng)對流程中各種浪費(fèi)進(jìn)行梳理與改善。精益生產(chǎn)中將制造過多過早、庫存、搬運(yùn)、等待、不必要的作業(yè)、不必要的動作以及不良品流竄這七種形式，歸納為七大浪費(fèi)，這七大浪費(fèi)是企業(yè)生產(chǎn)效率不高、盈利能力不足的根源，需要不斷進(jìn)行完善與消除。
③價(jià)值的快速流動
精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)價(jià)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(shè)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(diǎn)存在，就會給智能制造的排產(chǎn)與調(diào)度帶來了更大復(fù)雜度。
在系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，盡可能多地消除停滯和等待，需要將人、產(chǎn)線設(shè)備、倉儲物流之間的相互協(xié)作機(jī)制、信息傳遞機(jī)制、防錯與糾錯機(jī)制，在統(tǒng)一的系統(tǒng)框架內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)與建設(shè)。
④高度柔性與適應(yīng)性
精益生產(chǎn)的柔性是指通過快速切換（SMED）的實(shí)施與改善，實(shí)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(jìn)行快速切換。
⑤盡善盡美原則
精益生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)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(jī)制、變化點(diǎn)管理、全員生產(chǎn)性維持（TPM）等術(shù)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(dǎo)智能制造的建設(shè)。
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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(dāng)變異的條件發(fā)生變化時，會給分析帶來很多困難。
實(shí)現(xiàn)流的生產(chǎn)、均衡化生產(chǎn)是個不斷改善的過程，但在離散制造車間，生產(chǎn)設(shè)備動輒上百臺、工序上千上萬項(xiàng)，如何保證這些工序在不同設(shè)備上生產(chǎn)的均衡化、流動化？如果只靠人的經(jīng)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)這種生產(chǎn)方式，很容易造成設(shè)備忙閑不均，造成工序的等待或停滯。通過APS高級排產(chǎn)以及生產(chǎn)過程協(xié)同管理等信息化手段，就可以有效解決這些問題，有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“流”的生產(chǎn)及生產(chǎn)的均衡化。
品質(zhì)改善的目的是確保輸出產(chǎn)品品質(zhì)一致。但由于生產(chǎn)條件各種變化，比如設(shè)備故障、熱處理溫度、刀具磨損等，都可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。通過設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)、刀具磨損等的實(shí)時監(jiān)控，就可以快速發(fā)現(xiàn)問題，保證生產(chǎn)過程的受控，有效地提升產(chǎn)品品質(zhì)
看板(Kanban)是精益生產(chǎn)中傳遞信號與控制生產(chǎn)的工具，分傳送看板和生產(chǎn)看板兩種。傳統(tǒng)的看板大多以卡片、紙張等形式存在，通常以手動方式進(jìn)行填寫。但在智能制造進(jìn)程中，這些數(shù)據(jù)可以通過MES等信息化系統(tǒng)在電子屏等數(shù)字化終端上實(shí)時顯示，具有更強(qiáng)的實(shí)時性與自動性。
知識內(nèi)建與管理也是精益生產(chǎn)中的重要理念。在精益運(yùn)行良好的企業(yè)，都非常重視對知識的管理與傳承。以前主要是靠師傅言傳身教、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)文件與流程制度等傳統(tǒng)方式，存在學(xué)習(xí)時間長、可復(fù)制性差等缺點(diǎn)。通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等智能制造新技術(shù)、新手段，可以將知識體現(xiàn)在流程與系統(tǒng)中，隱性知識顯性化，對知識的沉淀、傳承、挖掘、使用都具有重要的促進(jìn)作用。
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(lǐng)域的概念，側(cè)重點(diǎn)也不盡相同，精益生產(chǎn)主要是強(qiáng)調(diào)了生產(chǎn)過程中的管理理念與實(shí)現(xiàn)方法，智能制造更側(cè)重技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但兩者是相輔相成的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)作業(yè)等，是實(shí)施智能制造的基礎(chǔ)?？焖偾袚Q、減少浪費(fèi)、可視化生產(chǎn)、均衡化生產(chǎn)、準(zhǔn)時化生產(chǎn)、工序流動化等理念，也是智能制造要實(shí)現(xiàn)的過程目標(biāo)。同樣，智能制造中的設(shè)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(yù)測性維護(hù)等方法與手段，都有助于促進(jìn)精益生產(chǎn)的落地與提升。
從實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)來看，智能制造與精益生產(chǎn)也是殊途同歸，實(shí)現(xiàn)敏捷、高效、高質(zhì)、低成本的生產(chǎn)與服務(wù)模式是兩者的共同目標(biāo)。
◎ 圖2 智能制造背景下的精益屋
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數(shù)字化車間實(shí)施策略
數(shù)字化車間建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，數(shù)字化車間建設(shè)可遵循以下實(shí)施策略。
1）統(tǒng)籌規(guī)劃，服務(wù)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(shí)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(shè)也要為這個目的服務(wù)，從整體上服務(wù)于企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略。
企業(yè)要結(jié)合自身實(shí)際情況，基于企業(yè)戰(zhàn)略進(jìn)行智能制造的設(shè)計(jì)。比如，要對企業(yè)所處行業(yè)、企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品特點(diǎn)、盈利能力、行業(yè)地位、發(fā)展趨勢以及企業(yè)自身基礎(chǔ)、存在問題、實(shí)施目標(biāo)等，進(jìn)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(shí)施智能制造方法和路徑。
企業(yè)在進(jìn)行數(shù)字化車間建設(shè)之前，一定要領(lǐng)導(dǎo)出面并持續(xù)關(guān)注，在企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)指導(dǎo)下進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，逐步厘清企業(yè)存在的問題、建設(shè)目標(biāo)、解決思路和實(shí)施步驟，調(diào)動企業(yè)各方資源，通力合作，避免信息化部門或車間等單一部門孤軍作戰(zhàn)，通過工藝優(yōu)化、組織優(yōu)化、流程優(yōu)化、管理優(yōu)化等工作，為數(shù)字化車間建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2）聚焦痛點(diǎn)，扎實(shí)推進(jìn)
基于降本提質(zhì)增效、快速響應(yīng)市場的目的，從車間存在的實(shí)際痛點(diǎn)出發(fā)，打造一個能解決實(shí)際問題的數(shù)字化車間管控系統(tǒng)，在工藝、設(shè)備、管理以及信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等各個方面有重點(diǎn)地進(jìn)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。
3）以人為本，管理取勝
如前所述，本次智能制造不是“機(jī)器換人”的過程，而是以自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等新理念、新技術(shù)手段，幫助人類實(shí)現(xiàn)更高效、更高質(zhì)、更綠色、更低成本的生產(chǎn)與服務(wù)。在智能制造時代，人變得更加重要，而不是相反。無論是機(jī)器人等設(shè)備，還是MES等信息化系統(tǒng)，都要基于幫助人、服務(wù)于人這個出發(fā)點(diǎn)，而不是簡單地替代人、減少人。另外，無論多么先進(jìn)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(jià)值，智能制造就不可能取得成功。
4）效益驅(qū)動，落地為王
在數(shù)字化車間建設(shè)中，既要符合智能制造的理念，有一定的先進(jìn)性、前瞻性，又要本著務(wù)實(shí)落地原則。要汲取當(dāng)年CIMS的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，不要過于理想化，不要過多強(qiáng)調(diào)自感知、自決策、自執(zhí)行、自組織、自學(xué)習(xí)等所謂高大上技術(shù)，企業(yè)不是研究機(jī)構(gòu)，應(yīng)該以創(chuàng)造效益為根本目的。
根據(jù)“二八原則”，解決80％的問題，通常只會耗費(fèi)20％的成本，而剩下的20％卻需要高昂的成本。以前，產(chǎn)品更新?lián)Q代慢，往往很多年都在重復(fù)生產(chǎn)同一款產(chǎn)品，而現(xiàn)在市場變化快速，為了適應(yīng)日新月異的市場變化和個性化需求，即將建設(shè)的系統(tǒng)很可能過幾年就需要更新和調(diào)整。系統(tǒng)滿足當(dāng)前需求并有一定的前瞻性即可，不要過分復(fù)雜、不要過于強(qiáng)調(diào)先進(jìn)性，否則，沉重的投資會給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
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數(shù)字化車間實(shí)施效果
通過成功實(shí)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(chǔ)。
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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(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行考慮：
1）完整性。
2）先進(jìn)性。
3）成熟性。
4）專業(yè)性。
5）技術(shù)團(tuán)隊(duì)。
6）選型人員組成要合理。
7）易用性。
8）性價(jià)比高。
總之，數(shù)字化車間建設(shè)要以實(shí)際需求為牽引，以經(jīng)濟(jì)效益為驅(qū)動，以成功落地為導(dǎo)向。在先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)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(luò)化和適度智能的生產(chǎn)模式，切實(shí)做到明顯的“降本提質(zhì)增效”。并以量化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)，有效地提升企業(yè)的競爭力。比如通過三年時間，能將設(shè)備利用率提高一倍，將產(chǎn)品合格率提升一個檔次，就極有可能“確保企業(yè)的未來”，這才是比較務(wù)實(shí)的數(shù)字化車間建設(shè)原則。
