智能制造实现之路：“三化融合”

发布时间：2017-10-04 作者：李佑莉陈林溪来源：MES百科

关键字：智能制造智能

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目前，国内智能制造更多的是聚焦在制造过程智能化。我们发现，很多时候企业在试图对制造能力进行提升的过程中，会陷入盲目“智能”的误区。

目前，国内智能制造更多的是聚焦在制造过程智能化。我们发现，很多时候企业在试图对制造能力进行提升的过程中，会陷入盲目“智能”的误区：仅仅针对某些业务点上智能提升的需要，而孤立地引入自动化设备或信息化系统，结果反而解决不了问题，甚至还可能带来更多的麻烦。

先举两个实际遇到的例子：

第一个案例，某企业的物料配送，物料分为大件、小件和标准件。在配送过程中，发现小件和标准件的按时配送基本能满足，就是大件配送的效率低。于是该企业在智能制造改造过程中，引入立体仓库和堆垛机，并配套建设了WMS系统，大幅提高了大件的出库效率，也提升了仓库的管理水平。但是，新的问题却逐渐显现出来：发现订单中大件与小件、标准件成套备料不匹配，大件快速的通过立体仓库出来，但是小件和标准件整个循环立柜效率不够，存在大件在等待，小件配送不及时的情况，车间生产需要的按时配送还是没法完成，立库也无法发挥出最大效能。

我们重新审视和分析这个问题的产生和解决办法，首先就要从精益的角度来考虑，建立一个立库不是为了智能化而智能化，而要考虑匹配不同类型零部件的配送效率，从而实现均衡化生产；其次，需要通过MES系统根据生产计划提前发出齐套性需求，再设立小件、标准件分拣区，预先合并订单再将物料分播到每个订单中。通过这样的改变，基于精益化思想，通过信息化与自动化融合推进，真正实现全面的由生产拉动配料的需求，全面提高生产效率。

第二个案例，是一家军工企业，它面临的问题是人工漏检的问题，比如产品表面划痕的检测、螺钉螺母等标准件的安装是否到位的检测等等。企业针对这个问题启动了智能化改造项目，在工位安装了产品外观检测机器人，可以通过不同角度的拍照与系统预定义的检测标准进行比对，从而实现实时的检测，在线分析并给出检测结果。但是，在实际操作中还是出现了问题，发现在混线生产时，由于产品检测标准不同，需要人工对检测标准和程序进行更换，而系统的切换和预定义的工作所需时间很长，这样反而降低了检测效率。另外一点，项目没有充分考虑到机器人识别率的问题，机器人工作时需要不断动态变换拍摄角度，经常会因为光线不足或系统比对有误等问题而造成拍摄失败，这时就需要重新拍照，从而又影响了整个生产的节拍。

同样的，我们再基于精益生产的角度来分析这个案例，重新进行规划：首先此处是否必须使用机器人是值得商榷的，毕竟机器人的投资成本相对较大。考虑到在线检测的稳定性，实际也可以采用固定的拍照设备。比如，通过使用多个高分摄像头架设在不同的角度同时进行拍摄，在系统中同时快速比对照片，发现问题单独进行补拍；在信息化方面，则由MES系统统一管理，根据订单产品快速选择相应的检测程序和检测标准，从而达到在质量和效率方面同时满足精益生产目标。

还有其他很多类似的例子，我们反思，现在中国的智能制造很热门，但是智能制造的目的是什么？智能制造不能只是“头痛医头脚痛医脚”，智能制造的最终目的是，企业提高质量、降低成本、提升交付能力，也就是常说的QCD。而企业管理经营的终极目标则是精益化，做智能制造不能抛开根本而逐本求末。当前企业面临的一大问题是，做自动化的不懂信息化，做信息化的不懂精益化，而想办法把三者放一起，又会有多系统集成的重重困难。所以，现在智能制造市场，已不仅仅是单个系统或单方面的孤立地思考问题，市场需要的是整体解决方案。

因此，结合多年的制造自动化、信息化的实践经验，我们认为，当前智能制造的实现，必须要结合“精益化”，“信息化”和“自动化”三方面的同步建设，即“三化融合”。三化融合的特征在于以精益思想为指导，交互推进制造信息化和自动化。也就是说，一方面，通过自动化和信息化的融合积累大量的数据基础，在后面数据分析挖掘中必须要融入精益化的原则和思想，加入人工的经验总结，梳理并建立适应于企业发展的合理化精益业务模型和计算机模型，逐步地能自我决策和自我修整，最终形成智能制造。另一方面，在制造过程中，还需要通过MES等IT系统掌握具体的、实时的生产信息，支撑对生产过程瓶颈问题的准确分析，驱动自动化工具和设备做出准确的判断和响应，实现精细化的生产管理与过程控制，从而减少浪费、实现精益生产。三化融合是当前智能制造落地的切实有效的实现途径，是国内制造业尤其是大型企业迈向智能制造的必由之路。

针对制造业转型升级的需求和困境，“三化融合”有如下三个特点：

首先，“三化融合”认为精益化是企业经营管理的最终目标。智能制造实现必须是以提高质量（Quality）、降低成本（Cost）、提高交付能力（Delivery）为目标。因此，在智能制造的转型与升级过程中，需要保证自动化、信息化在精益思想的原则、理念和方法论为指导下实施，避免舍本逐末。尤其是针对一些制造过程比较复杂、管理繁琐的企业，在实施MES等信息化系统之前，都建议应该先做精益化的分析。精益思想贯穿智能制造的推进过程，包括实施的过程、信息化工具、自动化工具、智能工具，最终实现智能制造。

图1 智能制造之路：“三化融合”

其次，“三化融合”强调解决方案的整体性。根据ISA-95中企业管理模型的研究成果，制造活动的管理是多层次多领域的工作。一个完整的制造企业，纵向包括业务策划与组织层、制造执行管理（MOM）层、监视与控制层、传感与操作层等四大层级，横向则包括生产、物流、质量、维护等四大业务领域。任何一个设备、模块或系统的运作都离不开相邻的管理层和领域的交互和影响，缺少整体的设计和规划意味着无法保证自动化或信息化的实施效果。因此，在企业制造过程智能化项目中，ERP、MES等软件系统和产线、设备、立库等硬件设施及其所含系统将作为一个整体，在精益化目标的指导下，以信息化、自动化为主线，全面覆盖各大业务领域整体规划，协同运行。

图2 基于“三化融合”的整体规划（示例）

第三，“三化融合”确定了一套基于精益化要求的完整方法论，以产品和工艺分析为起点，从基础的产线和工位设计开始，随后扩展至针对产线、计划、物流、标准化、过程控制、异常管理等领域的业务提升，最终以用户实现自持式持续改善为终点形成闭环，实现智能制造体系的建设。

图3 “三化融合”智能制造实施方法论

该实施方法论将智能制造所涉及的典型环节作为规划和落地的步骤，在各步骤中，首先以精益导入为主线，基于各环节的价值流图分析当前的瓶颈和改进点，分别从信息化层面和自动化层面针对问题进行分析，权衡两方利弊，以寻求最符合当前精益需求的解决方案。

面临制造业企业转型升级的大环境，很多企业在制造过程智能化的过程中，往往缺乏智能制造体系的顶层设计和整体规划，自动化和信息化各自独立的规划容易造成两者效益不匹配、不精益的情况，形成新的制约企业智能化发展的瓶颈。“三化融合”策略正是解决该问题的有效途径和指导原则——精益化为思想、信息化为神经网络、自动化为四肢，构建出智能工厂有机体，为企业在智能制造转型中实现价值的落地，不仅仅通过个别IT系统或者是实施自动化的硬件体系，而是通过这三者的融合，实现QCD的提升，使企业智能制造之路走得更加顺利。

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