很高興有機會跟大家交流,今天給大家交流的題目是“數(shù)字化轉型背景下精益生產(chǎn)思考”,都是自己多年總結觀察到的東西,跟大家分享,歡迎大家批評指正。
提綱主要有四個方面,第一個是數(shù)字化轉型內涵的思考。
數(shù)字化轉型其實大家都已經(jīng)聽說很多了,我認為數(shù)字化轉型背后有思維軌跡,單純的利用數(shù)字化手段提高效率雖然必要,也是數(shù)字化轉型里面的內容,但還是落了下乘,更加值得追求的是提高經(jīng)營效益指標。我們要回歸初心,重新思考,借助數(shù)字化轉型,究竟是是錦上添花還是雪中送炭。
我們經(jīng)常會提信息化,我認為信息化更多的是照搬固化乃至精細化現(xiàn)有的生產(chǎn)管理業(yè)務,轉型的味道我認為并不濃厚,而對于數(shù)字化來說,應該是重新審視企業(yè)的運行組織形態(tài),重新思考業(yè)務及指標驅動的本意,建設數(shù)字業(yè)務管控系統(tǒng)。
如何合理利用數(shù)字化的優(yōu)勢?其實不同的行業(yè),不同的企業(yè)有不同的做法。比如直面用戶需求的服務型制造,像研發(fā)生產(chǎn)和運維。另外是面向產(chǎn)業(yè)鏈和生態(tài)鏈業(yè)務的深度拓展,像工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也是如此。第三我認為數(shù)字化業(yè)務管控系統(tǒng)在當前技術下,應該有新的形態(tài),比如模型啟動、中臺等等,都可以體現(xiàn)。
數(shù)字化轉型其實是受需求和技術雙重驅動的,首先對于企業(yè)來說是訂單碎片化,是典型的需求方面的變化,趨勢是大規(guī)模個性化定制。另外隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展,呈現(xiàn)資源和控制的泛在化,它的狀態(tài)感知、指令執(zhí)行使得資源離散化、控制扁平化,其實都為生產(chǎn)的組織或數(shù)字化形態(tài)的構建提供了潛在的支持。
轉型主要在轉什么?我認為有兩個方面,第一是管理自動化+柔性。自動化我們總是說是硬件的、面向裝置呈現(xiàn)的等等,管理方面的自動化就是數(shù)據(jù)驅動的業(yè)務流轉,傳遞內容規(guī)范,傳遞鏈條順暢,業(yè)務是核心。另外一個轉型的重點是決策智能化,比如現(xiàn)在提的自適應加工、機器視覺、大數(shù)據(jù)等等,都是在推動決策向智能化演變。當然決策智能化有兩種,一種是推理執(zhí)行,完全自動化的決策。另外一個我認為更加值得提倡的是人機物的有機融合。
精益與MES融合分析
談一下精益和MES怎么融合,這也是自己的思考,有可能不成熟。精益大家都很清楚,就是JustIn Time,在需要的時間按需要的量,生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品。比如準時制生產(chǎn)方式、適時生產(chǎn)方式等,消除浪費、看板、快換工裝等都是精益提高的工具方針。
但是我理解的精益最核心的是兩大支柱,一是自動化,這是日本人自己造的字,是單人旁,把人融合到裝置運行里。另外一個就是JIT,準時制或實時。精益生產(chǎn)或精益管理一般在企業(yè)里都是落實到一些手段、現(xiàn)場的改善等等,但我認為精益生產(chǎn)管理理念手段的視野可以進一步放大,尤其結合數(shù)字化轉型,數(shù)字化業(yè)務管控系統(tǒng)怎么體現(xiàn)精益,這是我今天要跟大家交流的重點。
我們來看一個有趣的對比,比如一臺機器或者一條產(chǎn)線和MES,MES是數(shù)字化轉型或數(shù)字化業(yè)務管控系統(tǒng)的典型系統(tǒng)。我從四個方面分析,也是智能制造經(jīng)常提的,在數(shù)字化方面,如果設備是數(shù)字化的,一般說這個設備是自動運行控制,精準精細,生產(chǎn)效率提升。數(shù)字化MES或者管理,我認為體現(xiàn)為數(shù)據(jù)流程的數(shù)字化周轉,數(shù)據(jù)格式的規(guī)范表達,這些基礎之上的管理盲點的識別,管理目標的達成,管理原則的落實,并且提供定量化的手段和評估;在自動化方面,自動化對于設備來說是看得見的,但是自動化對于MES的管理,我認為應該體現(xiàn)為流程的自動銜接,數(shù)據(jù)的自動流動,這是看不見的自動化,但也是非常需要的;在網(wǎng)絡化方面,設備具備數(shù)據(jù)狀態(tài)上傳和控制指令接收的功能以及硬件實現(xiàn)鏈條的柔性配置,但網(wǎng)絡化對于MES來說,是傳統(tǒng)具有次第關系的業(yè)務管理,因為物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展,我們可以借助于底層的CPS,以離散化的方式進行重構,大的方面實現(xiàn)軟件定義制造。比如,機床設備中因為廣泛應用電主軸而提出無齒輪傳動的概念,物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也將MES推向扁平化、軟硬一體化融合的優(yōu)化組合運行局面;在智能化方面,智能化對于設備也有一些智能溫度補償、智能振動抑制、智能化誤差補償?shù)鹊?。智能化對于MES來說,就是要結合管理和工藝兩方面加強決策。
有了機械和MES的對比,可以知道精益生產(chǎn)和數(shù)字化工廠、智能工廠是什么關系。數(shù)字化工廠更多是JIT,比如看板,搬的是物料,對數(shù)字化工廠的運行來說,是信息的流轉或流程的有效的運行,它的要素定義、環(huán)節(jié)操作、過程銜接都是數(shù)字化的。通過連續(xù)、規(guī)范、無中斷的方式集成在一起,本質是實現(xiàn)流程信息的集成,我們可以稱之為管理自動化。而對于精益生產(chǎn)里面的另外一個支柱就是自動化,當前階段人工智能還是要發(fā)展,最重要的是怎么能實現(xiàn)人機一體化或人機融合協(xié)同,要想辦法把人放在決策回路里面。
想要把人放在決策回路里面,首先要開展業(yè)務回路的建設,數(shù)字化是基礎,包括數(shù)字化環(huán)節(jié)要素、數(shù)字化業(yè)務過程、數(shù)字化執(zhí)行操作等等。而對于智能決策,把人怎么融合到?jīng)Q策、業(yè)務過程當中,人在什么環(huán)節(jié)進行智能化的提升,要構建一個人機物的融合環(huán)境,實現(xiàn)業(yè)務驅動下的人、機器、系統(tǒng)。界面一定要劃分清楚,信息的流轉一定是精益的,這樣才能把人融合到這個過程里面。
對于精益生產(chǎn)的另外一個支柱就是JIT,JIT對于MES來說,是針對于管理系統(tǒng)或者數(shù)字化業(yè)務管控系統(tǒng)的,我認為是兩個方面,第一個是MES語境下,要理解JIT需求拉動的新內涵,要按照逆向思維,比如按照需求拉動來規(guī)劃生產(chǎn)的運行。對于MES而言,應該分析業(yè)務鏈條或者網(wǎng)絡當中的關聯(lián)關系,理解彼此的需求供給關系,相當于各個業(yè)務部門之間的協(xié)同,業(yè)務環(huán)節(jié)之間的協(xié)同,也就是需求供給的關系,從按時按需的角度保證業(yè)務的順暢銜接。
第二個方面是在多品種變批量混流生產(chǎn)方式下,精益看板生產(chǎn)運行保障措施,精益總是提看板生產(chǎn),這屬于一種形似,看板只是一種執(zhí)行手段而已,當然在這里面,貫徹了一些思想。對于數(shù)字化業(yè)務管控系統(tǒng)來說,我們應該抓住精益的本質,保證精益生產(chǎn)的效果,我們要做神似。如果精益生產(chǎn)當中提到快換工裝,那在APS當中,就是MES大范疇里面的APS,可以通過組批控制實現(xiàn)。
精益生產(chǎn)當中提到的單件流,可以在APS當中實現(xiàn)單元化的資源配置、單元內的流程生產(chǎn),這需要和實際運行相結合,但是也需要業(yè)務管控系統(tǒng)做適應性的改變,把精益的思想融合在里面。
數(shù)字化轉型下MES發(fā)展趨勢
前面說了數(shù)字化轉型、精益和MES的融合。接下來說數(shù)字化轉型下,需要什么樣的MES。通過我的觀察,數(shù)字化轉型背景下,MES發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在四個方面,第一是業(yè)務范圍的擴大,帶來MES更大廣度的集成與協(xié)同。比如橫向方面來說,從單獨的產(chǎn)線、車間向多車間、多工廠的協(xié)同管控發(fā)展,從企業(yè)內部向多企業(yè)系統(tǒng)集成與協(xié)同發(fā)展。縱向來說,原先MES的運行是靠人來托底,但隨著數(shù)字化技術的發(fā)展,向自動化、智能化設備的一體化融合集成轉變。
第二從業(yè)務深度的擴展來說,帶來MES工藝業(yè)務的深度融合,MES非常強調管理業(yè)務,但是隨著MES的深入運行,管理基礎之上一定要考慮和工藝相結合,不能只是MES在統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)問題,而應該向制造執(zhí)行過程當中發(fā)現(xiàn)問題之后,實時進行解決。這需要工藝環(huán)節(jié)的工藝決策和工藝鏈條的工藝決策。
第三個業(yè)務協(xié)同的深入,帶來MES精益和精細的管控和決策。比如大規(guī)模定制,帶來批量為1的未來極端生產(chǎn)組織,要求實現(xiàn)非常精細的管控。而對于精益的管理決策來說,比如外協(xié),哪些東西拿出去外協(xié),加班,誰來加班,加多長時間的班。還有多車間、多工廠之間的協(xié)同計劃,分配決策,都是管理方面的決策,業(yè)務越來越深入,協(xié)同的內涵就要求MES來體現(xiàn)。
第四個業(yè)務管理的動態(tài)性,決定了MES必須向柔性可擴充架構方向發(fā)展。數(shù)字化業(yè)務管控系統(tǒng)要適應企業(yè)發(fā)展變化,現(xiàn)在提的服務化架構、中臺化運行,總結下來就是模型驅動,這都是重點。
數(shù)字化轉型背景下,我認為MES有幾個新特征。
第一個是業(yè)務流程管理的自動化,前面也提了JIT,把JIT的思想融合到MES里面,應該是什么樣子。
第二個是軟硬一體化融合,比如MES直接從機床或者設備自動過去執(zhí)行的反饋狀態(tài),自動向它指令等等。德國西門子在安貝格工廠里面,管控系統(tǒng)里面有一個模塊叫NCprogram Generate,相當于所有的程序都是可以及時的生成,同時下發(fā)給具體事務,就是軟硬一體化的執(zhí)行融合,是MES新特征。
第三個新特征我認為是最重要的,是決策功能日益突出,大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等等都是為此做服務的。
對于決策來說,管理決策是比較關注的,但工藝決策是不是應該納入到MES里面,現(xiàn)在也基本上形成共識,MES必須和工藝進行融合,有幾個方面融合。
比如質量數(shù)據(jù)和工藝的融合,可以依靠SPC來發(fā)現(xiàn)問題,但是怎么解決,還是靠線下,靠人去做這個事情嗎?可以完全在MES里面對于生產(chǎn)執(zhí)行的數(shù)據(jù)做分析,甚至可以現(xiàn)場直接解決問題。比如刀具磨損和斷裂的監(jiān)測,可以借助模型進行換刀決策和智能加工補償,進行工藝精度狀態(tài)的鏈條分析。
第一步工序加工什么樣子,后面還有沒有可能把它補償回來,這都體現(xiàn)在工藝方面,質量數(shù)據(jù)和工藝的融合。
第二個執(zhí)行過程數(shù)據(jù)和工藝融合,比如利用SOP進行規(guī)范,這樣整個過程會越來越規(guī)范,MES可以做一些深度的數(shù)據(jù)挖掘,而不只是事后的管理。
第三個設備單元級狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)與工藝的融合?,F(xiàn)在雖然提了數(shù)字孿生、數(shù)字雙胞胎等等,強調的是虛實同步影射,現(xiàn)在實現(xiàn)了虛的影射,做的也比較多,是對現(xiàn)場的狀態(tài)統(tǒng)計展示,但是虛向實,需要在軟件里面做推理決策分析,對實體進行干預,這才是真正的CPS的運營機制。
將來可能需要大力發(fā)展基于狀態(tài)參數(shù)建立加工工藝的物理仿真推理模型,并融合到MES里,我認為這是決策要體現(xiàn)的。
所以一些基本的結論,第一個就是夯實基礎,MES采集的大量數(shù)據(jù),不能僅僅是存檔入庫,必須要結合工藝才能有效的挖掘出其內在的價值,數(shù)據(jù)如何為工藝提供決策支撐,是企業(yè)智能化提升可以參考的結合點、切入點和發(fā)力點。
第二個是提升水平,現(xiàn)在的MES廠商團隊的人員大多偏重于計算機管理的方面人才,剛開始的時候我認為是可以的,但隨著智能制造的深入進行,工藝人才與知識的缺乏將成為這些團隊能否走得更快、走得更遠的決定性的制約因素,對于企業(yè)來說,我認為進行MES實施的時候,一定要在工藝上發(fā)力,這才是長效發(fā)展的根本。因為企業(yè)是要生產(chǎn)出產(chǎn)品的,而這個產(chǎn)品生產(chǎn)想要保證高性能,一定要在工藝上面結合來發(fā)力,工藝才是企業(yè)最根本的東西。
精益MES的規(guī)劃與推進要點
有一句話叫以終為始,這是郭超輝老師經(jīng)常提的。具體來說,就是問題牽引、指標保證、運行改善。一定要對指標進行分析,逐級落實功能模塊來支撐指標數(shù)據(jù),沒有任何功能模塊是多余的,如果實施MES就有功能模塊,這個功能模塊做完了,不能為生產(chǎn)改進或者為指標的改善提供支撐,這個模塊一般是可有可無的,這也是為什么之前有很多企業(yè)做了機床的數(shù)據(jù)采集,狀態(tài)監(jiān)控等等,其實只是采集出來,并沒有和管理業(yè)務、工藝業(yè)務融合,所以說沒有和指標掛鉤,從這個角度來說,是沒有用的。
這是我認為最核心的思路,基本原則是三個方面:
第一,自我完善,MES具有自我修復運行的特點。
第二,兼容性強,MES具有對業(yè)務魯棒支持的柔性與彈性的特點,管控力度的粗細,MES相當于無極的適應。
第三,適應變化,MES能夠適應企業(yè)管理的持續(xù)改進與完善,比如原先抽象的統(tǒng)一信息模型,要把它變成物化實體性質的數(shù)據(jù)分發(fā)中心,固化的業(yè)務流程邏輯,可不可以做成柔性化可配置的業(yè)務流程引擎。比如緊密耦合的功能模塊,能不能做成基于服務封裝的細粒度功能模塊,也就是說一些架構是需要思考的。具體怎么做,是需要技術,我認為現(xiàn)在的技術還都不是很完善,但可以往這個方向努力。
精益MES核心問題的解決思路,可以琢磨一下,這是一些案例。
第一個,工時不準的問題,我認為可以對工時和數(shù)據(jù)逐步統(tǒng)計,同樣的活可以統(tǒng)計三次,五次,最近的幾次用了多長時間,作為基準或者標準,這樣就形成一個MES系統(tǒng)自成長自愈合的局面,工時數(shù)據(jù)就越來越準確。
第二個,復雜分批周轉下的精細管控,在將來大規(guī)模定制生產(chǎn)情況下,批量可能是1,怎么進行生產(chǎn)組織,怎么進行生產(chǎn)跟蹤,MES系統(tǒng)能做到對精細的管理,對訂單當中每一件進行控制,訂單就是你對哪些件做了組合而已,這個相當于降維打擊,通過極端變化的高維,從容應對各種中間狀態(tài)的低維,這就是系統(tǒng)的柔性和彈性,這也是做系統(tǒng)的時候要考慮的,未雨綢繆。
第三個,手工粗放管理痕跡或習慣會擾亂系統(tǒng)的正常運行,比如工人挑活,可以在系統(tǒng)里面做一些控制,工人登錄進去之后看到列表,只能看到當前能看的,不允許挑活,如果工人干活物料并沒有可選擇的物料,只有當前應該正確干的活,這個物料才在,這也是一種精益的思想,這就需要線上和線下一起努力來做,不能把它完全推給系統(tǒng)來做,也不能完全推給線下來做。這樣就可以形成自組織規(guī)范化的運行,有時候我們也說一句話,MES系統(tǒng)的建設,要更加配套的管理制度,為什么?其實就是在說這方面的事情。
對于精益MES來說,剛才說以終為始,要挖掘它的指標,對指標進行分解,而這些指標都是要落實到工作模塊里面的,就是說要對精益MES的數(shù)據(jù)進行挖掘。給大家舉一些例子,大家可以揣摩一下。比如工程數(shù)據(jù),可以做一個動態(tài)的統(tǒng)計,工人隨著時間的延展,生產(chǎn)效率是否有提升。比如基于SOP的操作改進,可以掌握不同的工人在生產(chǎn)同樣工件任務的時候,時間差異有多大,為什么,要做分析。另外一個就是歷史數(shù)據(jù)漸進統(tǒng)計,漸進統(tǒng)計工序的工時時間,工時就會越來越準,也有利于系統(tǒng)運行,否則數(shù)據(jù)不準,系統(tǒng)運行也有很大問題。
員工分配,可以統(tǒng)計庫存工人出入庫所進行的操作數(shù)量,分析彼此之間的差異,可以找出原因進行改進。比如訂單的流轉周期,可以從時間維度統(tǒng)計流轉周期,不同時期的流轉周期變化是什么樣的,比如訂單第一道序從開始干到最后一道序離開,在這個時間里面待了多長時間,所有待的時間都是待制品,都是變相的庫存,這個就需要做改進。對供應模塊提出要求,比如APS要進行排產(chǎn)的時候,能不能排成單元化生產(chǎn),相當于第一道工序干完,第二道工序馬上安排到另外一個資源上面來進行,在做計劃的時候能不能做成這個樣子。
另外作業(yè)按期執(zhí)行率,不僅是訂單按期交工,包括工序,假如說規(guī)定很嚴格,下午兩點半要開始干活,是不是開始干,如果兩點四十才開始干,要做精細的分析,才能對業(yè)務功能模塊從精益或者說數(shù)字化的角度提出一些工藝要求。
比如資源工序的關聯(lián)關系,我認為對企業(yè)來說都是潛在的有價值的東西,工序任務匹配,每道工序在歷史上都有哪些資源上進行過生產(chǎn),各自生產(chǎn)所用的時間是多少,工件的加工質量怎么樣。都要做延伸性的統(tǒng)計,而不是僅僅是事后,工件加工質量怎么樣,為什么加工質量這個樣子,它和前面的資源是有關系的。
歷史作業(yè)資源安排模式,每道工序歷史上在哪些資源的加工應用次數(shù),是不是總是讓工人重復性的干活,我認為重復性的干活,干的熟練,工藝圖紙消化理解也快,這些產(chǎn)品生產(chǎn)效率、質量方面都有保證。有的企業(yè)說我也是這么干的,但是做APS排產(chǎn)的時候是不是就應該考慮這個因素,而不是說僅僅是你去派活吧,派給誰算誰,看起來計劃也不錯。為什么APS有時候執(zhí)行起來企業(yè)說不太好用,這也是很大的原因。
生產(chǎn)準備按時到位率,比如物料是否按期到位,可以統(tǒng)計不同的物料按期到位率或者缺件率,發(fā)現(xiàn)供應鏈很多的問題。另外可以發(fā)現(xiàn)提升部門之間的協(xié)同,為什么這個業(yè)務在這個環(huán)節(jié)處理不過來,是信息沒傳遞過來,要進行統(tǒng)計,為什么沒有及時處理。即使用APS進行資源配置,也是一種多維資源的并行約束,要求生產(chǎn)準備制造要素要齊備,就是說各個部門要協(xié)同,發(fā)現(xiàn)到底誰在拖后腿。
庫存周轉率更多是物料從購買入庫到現(xiàn)場使用的周期是多長時間,單個時間長,都是隱性的成本。用精益的思想對MES數(shù)據(jù)進行價值挖掘,這個基礎上通過過程指標來對MES里面各個功能模塊提出一些更好的要求,不是說這些要求很高,而是說這些要求會直接面向問題,這樣系統(tǒng)的建設也就不會跑偏。
推進數(shù)字化業(yè)務管控系統(tǒng),實施方法論,是很大的話題,我簡單說。我們做事情都希望水到渠成,希望一切都是順理成章的發(fā)生。怎么才能順理成章?我們要考慮幾個方面。
第一個,瓶頸痛點驅動化。不能無病呻吟,任何一個功能模塊,都是要解決問題的,這是勢能驅動的源頭,所謂的木桶短板效應,說的也是這回事。
第二個,復雜問題簡單化,復雜問題簡單化意思是這個問題要規(guī)范,不能特別隨意,比如說這個業(yè)務流程靠人來執(zhí)行,是這么來執(zhí)行,明天換一個人,就另外一種方式執(zhí)行,這樣這個系統(tǒng)也是沒法做的,這是為了將總體勢能細分為一個條理化。
第三個,簡單問題規(guī)范化,這是為了消除勢能驅動當中的各種干擾因素。
第四個,業(yè)務功能場景化,就是供應商和企業(yè)溝通的時候,一定要站在場景的角度來說,形象化、清晰化。
其實數(shù)字化轉型是一個很大的話題,精益生產(chǎn)也是一個很大的話題,MES也是很大的話題,今天給大家做分享就是三個方面,之間的關聯(lián)關系是我自己的思考。可能還不成熟,只是跟大家做個參考,請大家斟酌。我也有公眾號,叫智能制造隨筆,有興趣的話大家可以關注,我會經(jīng)常寫這方面的文章。謝謝大家。
作者信息:王愛民,北京理工大學數(shù)字化制造研究所所長,長期從事MES、APS等技術研究、系統(tǒng)開發(fā)與實施應用。
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