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從CIMS到精益生產到工業4.0進化

時間:2017-10-07 14:02 來源:ob体育竞彩作者:dgzj

從CIMS到精益生產到工業4.0進化
一、計算機集成製造係統CIMS(ComputerIntegrated Manufacturing System)
用計算機聯網技術連接生產過程的構想並不是什麼新鮮事，我們早在上個世紀80-90年代國家就推廣CIMS計算集成製造，比如CAD計算機輔助設計、CAPP計算機輔助工藝、CAM計算機輔助製造、CNC計算機數字控製機床等。它們由主計算機、車間計算機和電路控製，最終由PLC控製。
CIMS計算集成製造理論是完全自動化的概念，從某種意義上，員工這一生產要術被忽略了。計算集成製造CIMS在全球範圍的失敗，原可能是過於追求無人化，也可能所要求的數據采集係統、傳感器和數據傳遞技術在當時的技術條件下根本無法達到，也可能成本過高，CIMS競爭力不夠，企業無法贏利或不能可持續發展。人類創造出一個過度超前的昂貴的生產模型，且此係統還很難在企業運用，造成這些企業成了“先烈”。而我們應該汲取之前的經驗，在響應國家兩化深度融合的戰略之中取得良好的效益。
二、精益生產TPS(Toyota Production System)
上個世紀90左右，日本的豐田生產係統TPS席卷而來，歐美稱LP(LeanProduction)，我們稱為精益生產。傳奇是有一年豐田廠的利潤是美國三大汽車廠的利潤的總和，美國人寫了一本書叫做《改變世界的機器》，立刻掀起了全球學習精益生產的浪潮。
我們也不例外，98%的企業要轉向、或正轉向、已經轉向精益生產。這是一個以傳遞客戶價值為導向、消除一切非增值(浪費)活動的、持續改善的製造管理係統。
精益思想是重新定義價值、識別價值流、重新製定企業增值活動、使價值流動起來、依靠用戶需求拉動價值流、持續改善，追求盡善盡美。
精益企業是精益思想武裝起來的企業。在設計過程、訂貨履約過程、生產過程、供應鏈係統等產品全生命周期端到端的引進精益思想與工具，不是簡單的提高效率，而是提高到企業戰略創新的視角。
精益生產模式是基於TPS係統，通過消除企業所有環節上的不增值活動,來達到縮短生產周期降低庫存與成本、和改善質量的目的。
簡單的說，精益生產係統是以VSM價值流為導向、從研發價值流、製造過程價值流、服務價值流，通過5S或TQM和六西格瑪發現問題並解決問題。設計為U或S等生產線布局，減少換模或調整時間、TPM全麵預防性設備維護、按燈預警與自動防錯、多技能員工、少人化、現場的可視化管理、JIT看板補貨式拉動生產、消除一切浪費以實現單件流或小批量流，進行混流均衡生產，達到最短化生產周期、庫存最小化。以最低化的成本，達到最大化客戶服務。
三、工業4.0的CPS(Cyber Physical Systems)
德國稱第四次工業革命，核心是智能製造，最終目的是給人類帶來智能服務。
工業4.0是基於信息物理係統CPS，物聯網IoT和互聯服務IoTs,產生的大數據流，即工業大數據，從而對其采集與分析，雲計算形成個性化或私人訂製的智能生產。體現在：智慧工廠、智能製造、智能物流。
簡單的說，工業4.0的製造模式是在雲端上下單訂購一個定製化的產品，製造模塊化自組合，按照需要，智能找原料，智能找工廠組裝組合，在最短時間交給客戶。通過社交化平台與用戶交互進行模塊化設計、智能可重構的設備模塊化生產與組裝、模塊化物流配送，內嵌設備工藝的優化算法智能計劃排產，在物聯網中，利用工業大數據分析，通過雲計算場景化決策，自組合應對多品種小批量的個性化生產，通過智能數據，智能化服務用戶。
四、從精益生產向工業4.0進化
精益生產的重點是消除價值鏈中的非增值活動，工業4.0的重點是提升價值鏈中增值活動的價值，互為補充，其共同目標：多品種、小批量、按單定製、快速響應、智能化生產。
1、精益滾動銷售預測與需求管理方麵，通過大數據分析曆史發貨數據、社交化數據和實時的終端數據、發現趨勢建模，並以節拍(秒、分鍾)、日或周滾動的實時需求感知驅動及時更新銷售預測。通過用戶偏好等的非結構化數據，預計用戶產品的個性化特點，可以提前安排用戶的需求。
2、生產計劃與排程方麵，通過工業大數據分析曆史預測與實際的偏差概率，考慮產能約束、人員技能約束、物料可用約束、工裝模具約束，通過智能的優化算法或內嵌式製定預計劃排產，並監控計劃與現場實際的偏差，場景化動態的調整計劃排產。
3、沒有100%拉式生產，必須優化推拉結合點。精益補充拉動和廣播拉動可以用智能電子看板和高級智能的APS係統代替。
4、單件流或小批量可用自動化可重塑性流水生產線實現。
5、精益研發發展為雲端3D設計，虛擬現實VR和增強現實AR設計仿真
6、TQM、六西格碼質量管理從靜態的六西格碼模型改為動態的預測模型、在線監控預測分析工具。並預計防錯、SPC統計質量控製。
7、精益績效可以持續監控並自動糾偏.
8、均衡生產可實現自主均衡並柔性生產
9、從追求工藝穩定可以智能工藝迭代研發調整生產。
10、精益物流發展為自動化倉庫並模塊化節拍順序AGV補貨
11、TPM全麵設備預防性維護，可以通過DNC與MDC、傳感器、控製器動態監控設備狀態，並預測設備的維修，提高設備OEE。
12、精益能耗管理，對電能、氣能、熱能等消耗數據的分析，能耗自動檢測及管理。
13、精益環保檢測，重點排汙數據分析，可以預測排汙和預警、監控。自關閉排汙口的閥值。
14、物理U單元線可以用虛擬單元線，並發展為可重塑生產線
15、勞動力管理更人性化，標準工時可以數字化數據監控、學習曲線分析，改善標準工時。
16、從事先平衡瓶頸和多品種帶來的瓶頸漂移可以提前預計識別瓶頸、自組合優化瓶頸。
17、現場的按燈係統被電子按燈或智能設備自動預警並自動處理所替代。避免停線，故障可自主愈合。自働化可以智能傳感、控製、人機協同。
18、可以實現快速換模，軟件控製自動換模、換刀、換線。
19、現場改善、5S紅牌作戰，可用傳感器或各種識別技術、物料定位係統。仿真現場的實際運作的大數據可視化分析。
20、可視化可用三維仿真可視化、虛擬現地、現實、現物並可用移動設備終端展現。
21、物料超市管理可以通過條碼、二維碼、RFID、立體化自動倉貨架傳感器分析物料使用曆史記錄，可以加速物料的周轉、定位物料、精確配送。
22、發現問題與解決問題的方法可以用工業大數據發現背後深層次的問題。現場的溝通可以用聯網控製信息技術、虛擬現實、增強現實溝通。可以做到虛擬的現
23、防錯技術可以用工業機器人。
24、VSM(Value Stream Mapping)價值流分析圖可用虛擬仿真價值流數據分析，對增值流程活動改善與監控分析，通過曆史數據，虛擬仿真模擬生產現場過程，優化作業流程並持續改善。
25、多技能員工成長為知識員工與決策者。
26、係統連接供應商，使合作夥伴為一體化價值鏈整合。
27、精益供應鏈成長為產業鏈橫向集成，並可在雲端上共享資源，提高產業社會效率。
28、使精益組織更扁平化、更柔性化，成為平台化組織。使精益業務流程更動態靈活。
五、總結
現在，互聯網+的時代，人性化、個性化需求越來越來強烈。工廠或供應鏈越來越受到僵化結構的限製。可以快速的重構生產係統，智能的反應客戶的個性需求，這正是我們麵對的挑戰。
工業4.0也是閉環鏈，迭代進化，PDCA循環持續改善，從智能工廠、智能產品進化到智能數據與智能服務。

這意味著我們要建立以價值創造為導向的、消除一切減少浪費、靈活的、自主的生產流程，在大數據、雲計算、傳感器、物聯網、軟件與人工智能支撐下，重點構建智能裝備、機器人、3D打印等智能化方案支持這一係統的構建。

我們應該融合德國的工業4.0、日本的精益生產TPS、美國的工業互聯網和中國的兩化融合數字化工廠的實踐，在國家製造2025戰略框架下，企業應根據自身的實際情況，製定自己的製造2025戰略規劃。