精益与自动化制造与物流外文翻译资料

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精益与自动化制造与物流

伯纳多.尼克莱迪

意大利罗马大学采购硕士

info@bernardonicoletti.com

摘要：本文介绍了精益和自动化的方法，如何同时简化和自动化生产和物流过程，以提高质量，减少浪费，并增加敏捷性使用精益六西格玛的一些先进技术的支持。该方法是基于一项研究，该研究表明，为了在生产和物流中最好地应用精益六西格玛，新流程应该得到改进，并考虑到先进自动化的可能使用。案例研究为先进技术在生产中的应用和影响提供了很好的实际例子，具有理论基础的见解。研究结果表明，精益和自动化可能是制造企业精益六西格玛的关键推动者。

关键词:精益六西格玛，生产，物流，自动化，信息通信技术。

1. 介绍

经济危机促使这些组织变得更加灵活和精简，以便迅速适应不断变化的社会经济条件。生产和物流流程的重新设计必须考虑到这一点。精益六西格玛结合了[1]两种不同方法的优点:六西格玛，它有助于减少缺陷的数量和输出的变化，精益思维，它有助于减少周期时间。一定数量的组织通过在不同领域使用这些方法取得了优异的效果。在此方法中没有包括的流程优化中还有另一个极其重要的方面，即流程及其活动的灵活集成。精益方法包括流程原则。实现流的诀窍是平衡过程中的工作。这种方法通常假设生产是持续的。它变成了一个硬编码的集成。

精益和自动化的目标是同时简化和自动化生产和物流过程，同时使它们敏捷和精益。由于在不同类型的组织工作的长期经验以及在生产和物流过程设计和管理以及工具和数字化技术[2]方面的几项研究工作，这种方法清楚地显示了在任何生产和物流组织中集成业务流程改进和自动化方法的活动顺序。

1. 研究综述

精益六西格玛包括一组原则和工具,协助识别和消除浪费(穆达)稳定和减少缺陷和变化过程的输出质量和成本在生产和物流战略元素[1],在现代灵活性是至关重要的。有必要在生产和物流领域使用灵活的自动化技术，现在越来越多地以更低的成本获得，将它们应用于重新设计的流程。

精益六西格玛的实施提供了几个好处，其中包括:降低成本、提高生产力、改进质量、缩短交货期、减少供应和提高客户满意度。精益思想已经通过精益生产的研究应用到生产环境中，但是这些研究没有考虑到越来越多的可用的新技术。实际上，Sugimori等人认为在生产中使用自动化会带来不必要的成本、生产过剩和不确定性[3]。这一理论与80年代以来的趋势形成了对比，当时人们对MRP和ERP系统、数控机床和全自动生产线的兴趣一直很大。高度自动化的组织不太容易受到手工工作的典型问题的影响。然而，也有一些例子表明，在自动化方面的过度投资恶化了灵活性和应对需求变化的能力(上世纪80年代的通用汽车;CIM),

仅靠自动化来提高性能仍然是不确定的。这就是为什么自动化必须是灵活的，并与过程中的改进相联系。Powell和Skjelstad[5]将一种特定的传感器技术(RFID)应用于制造过程。他们提出了一种方法和两个商业案例，证明了这种先进技术在制造企业中的有效性。

本文是描述性研究。归纳推理被用来提出一个概念框架，用于在开发中使用先进技术，并进一步支持精益六西格玛方法。主要的研究方法是多案例研究。研究的科学基础是生产和物流管理方面的文献，重点关注先进的自动化技术[7]和[1]。

1. 精益和自动化方法

精益和自动化方法可以分为6个宏观阶段和20 1个微观阶段(见图1)¹．第21阶段是可选的。

宏观阶段0:初步

bull;背景:识别利益相关者和EHS的要求;

bull;文化:检测组织和社区的文化;

bull;愿景:解决有效性、效率、经济、质量和灵活性问题;

bull;策略:定义需要改进的过程和计划;

宏观阶段1:定义和度量

bull;启动:启动项目并通知利益相关者;

bull;治理:定义由谁以及如何管理项目;建立团队;

bull;客户声音:倾听客户声音(Voc);

bull;指标:在关键质量(CtQ)因素中转换VoC;

bull;As-Is:绘制现有流程;

宏观阶段2:分析和过程设计

精益:定义如何在车间中改进流程;

改善计划:定义改善干预计划。

宏观阶段3:架构设计

架构设计:定义流程和自动化架构;

宏阶段4:构建、测试和部署

bull;构建和测试:实施和测试所选的解决方案;

bull;变革管理:管理变革;

部署:实施所选择的解决方案;

文档:发布/更新新的自动化流程的文档;宏阶段5:验证

验证:控制改进，

bull;效益:评估外部和内部效益;

bull;经验教训:从主动行动中学习;

bull;庆祝:认可团队的工作;

可选宏第6阶段:在类似情况下复制

bull;推出:将解决方案复制到不同的部门。

为了持续改进，一旦项目完成，就必须使用DMAIC。这通常会导致技术变革的需要。

图1所示。精益和自动化方法

组织必须将初始的精益和自动化项目视为生成持续改进的迭代周期的开始。过程改进不应该由问题触发，而应该是组织文化的一部分。

1. 不断变化的环境

一项关于生产趋势的研究表明，最需要改进的方面之一是工序的技术优化²．现代技术提高了工艺的效率。制造商将购买越来越多的设备，以节省成本和优化业务流程。

我们声明，从机器自动化转向过程自动化是很重要的。加工中心是复杂的计算机数字控制机器，可以在同一位置用各种工具进行铣削、钻孔、攻丝和镗孔操作。他们仍然是孤立的。一个重要的开发是使整个过程自动化，而不仅仅是其中的一个组件。为了达到这一目标，必须整合不同的机器或生产周期的整个部门。本文重点介绍了一种基于四种技术的体系结构，它们分别是物联网(IoT)、传感器技术(包括条形码或RFID);大数据;以及业务流程智能。

下面的部分定义了每一种技术，并分析了每一种技术及其对过程改进的可能贡献。它们的实现应该根据几代人来完成，一次实现一种技术，并使用一些通用的中间件以更标准化的方式管理接口．

4.1物联网

物联网(IoT)，也被称为机器对机器(M2M)，是指允许无线和有线系统与其他设备通信的技术。这样的通信可以通过远程计算机网络将信息中继回中心集线器进行分析来完成。通常，多层体系结构用于在较低级别交换信息

当物联网与互联网和云计算相结合时，它是一种极好的方式，可以为与供应商的合作增加灵活性和节省投资。物联网的一个变体是使用ZigBee网络。

4.2射频识别

射频识别(RFID)是一种无线非接触系统，允许射频电磁场从附着在物体上的标签传输数据。其目的是自动识别、可能的数据存储和跟踪。

与条形码不同，标签不需要在阅读器的视线范围内。它可能被嵌入到被跟踪对象中。在产品制造过程中贴上RFID标签，可以用于跟踪产品在生产线上的进展。在过去几年中，三个关键因素推动了RFID使用的显著增加:设备和标签成本的降低，性能提高到99.9%的可靠性，以及提高了国际标准[9]。

4.3 大数据

大数据是数据量大、数据种类多(结构化和非结构化)、数据速度(访问速度)复杂、传统数据库管理工具或数据处理应用难以处理的数据集合。

数据集的规模越来越大，部分原因是信息传感移动设备、航空传感技术(例如RFID)、软件日志、视频、摄像机、麦克风、射频识别阅读器和无线传感器网络越来越多地收集这些数据。

4.4业务过程智能

业务过程智能(BPI)是一种创新的方法，它不仅关注于测量和报告，而且还关注于管理过程。通过他们的数据和工作流，这与传统的商业智能不同。

BPI还支持分析，可以生成统计数据、报告和仪表板。它们允许流程有更好的可见性。例如，在生产中，分析工具允许分析KPI并帮助采取行动。

4.5柔性集成技术

随着传感器技术和网络技术的发展，计算机系统(机器)可以在没有人类帮助的情况下，通过与其他机器的通信，收集有关现实世界的信息。在传统的物联网系统中，用于从机器收集和分析信息的服务器是单独开发的。现在，虚拟化和云技术已经实现了物联网云或ZigBee网络，所有功能，如与各种设备的通信，以及大数据和BPI的收集、存储和使用，都可以集中管理。这些云有以下特点:

(1)数据采集和存储:物联网云可以与任何设备通信，收集、存储数据，管理设备。由于有大量的可用信息，可以轻松地分析多个数据源的组合;

(2)数据分析:大数据允许进行统计计算;

(3) BPI能够灵活地将决策操作化。

集成解决方案的一个例子是使用电子看板，用RFID标签取代看板卡。这使得作业过程状态的“识别”完全自动化，可靠性更高，无需操作员干预[10]和[11]。e -看板可以降低在制品(WIP)的库存水平，保持严格的控制，并与供应商集成。

另一个应用是使用自动化传感器、无线网络和大数据来更新数字广告牌。这允许组织实现所谓的Andon，并允许对消息[1]进行快速更改。该系统可能包括停止生产，以便纠正问题。一些现代警报系统结合了音频报警、文本或其他显示。

图2所示。最后的架构

最终的架构如图2所示。它需要时间来建立。重要的是要对自己想要到达的地方有一个愿景，然后制定一个多代人的计划。每一代人本身都会带来巨大的利益。最后的一代将所有的组件聚集在一起并获得协同作用。

5.新技术对精益和自动化方法的支持

这种架构允许获得灵活集成的好处。物联网(IoT)、RFID (RFID)、大数据(Big Data)、商业流程智能(Business Process Intelligence)等也带来了额外的好处。

bull;RFID可以在流程中带来自动感知的好处。

bull;物联网可以提高价值流中活动的灵活集成;

bull;大数据可以通过增加对客户需求的智能，帮助形成由客户拉动的流;

bull;BPI可以带来商业智能和流程工作流管理相结合的好处。

所有这些技术和过程的改进都可以增加价值，这要归功于它们的特性:可追溯性、可见性、内存和定位/定位。精益和自动化可以改善精益六西格玛方法的这些宏观阶段:

定义、测量和验证:

o管理组件(即工具)的生命周期;

o合规;

o日常及非日常维护计划;

o识别与特定地段有关的问题，并立即采取维修措施;

o因即时措施而导致生产改善;

o用于定义过程改进和分析材料的统计数据来源;

o组件的标识和状态更改;

o纸储蓄。

bull;分析和工艺设计:

o通过存储相对权重、需求确认、质量保证要求等，提高安全性;

o配置管理;

o改善关键数据的沟通。

新的架构尤其有助于减少精益六西格玛中列出的七种浪费，比如等待时间，通过改进搜索时间、等待时间和移动;减少维修/错误/故障，由于识别非标准部件，任何故障或盗窃，并帮助分析根本原因;库存的减少，由鉴定不好的组成部分逐步淘汰。

1. 案列研究

为了探索精益和自动化的实际相关性，我们报告了两个案例研究的总结，它们比较了使用高级技术和不使用[12]的情况。在这两种情况下，工程制造公司的每个工作都不同，每个工作都有一个或几个项目。产品为铝型材挤压模具。在这两种情况下，我们分析了用于塑料材料加工和热通道生产的10个工作岗位的2500个刀具库存的管理。其中一家公司在加工中心的刀架锥上应用了RFID标签。采用BPI软件对流程进行分析和管理。

在机器的一侧，工具管理可能的低效率是它们可能的损坏，数据输入和设置工具的时间。

在工具方面可能出现的效率低下是寻找合适工具的次数多、工具使用寿命缩短、工具库存过大、工具选择不当以及历史信息丢失。

先进的技术可以影响上面列出的所有效率低下。数量效益是指整体设备效率(OEE)的节省和提高，OEE是一种评估制造作业利用效率的等级指标。OEE基于三个独立但可测量的组件:可用性、性能和质量。

撇开这两个案例的细节不谈，先进技术的使用减少了库存中的工具数量，减少了计划外事件和数据输入中的错误;在机器之间实施工具共享政策的可能性;选择正确的工具:减少机器停机时间

并行操作，查找合适的刀具，读取零件程序并进行预置。从定量的角度来看，先进的技术为每个加工中心带来了平均27%[12]的OEE增长。

7.结论

精益和自动化回应了文献中缺乏一致的方法来管理和集成经典活动的简化生产和物流过程与灵活的自动化活动。我们的研究表明:

命题1:不像传统的生产和物流环境，精益六西格玛方法需要减少数字化，自动化对于过程的改进是必不可少的，特别是使它们灵活;

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