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精益自动化的制造和物流
贝尔纳多尼科莱蒂
意大利罗马托尔维加大学的物流管理硕士
摘要： 本文介绍了如何用精益自动化的方法，使生产和物流过程现代化和自动化，以提高质量，减少浪费，并使用在一些先进技术的支持下的精益六西格玛来增加灵活性。该方法基于研究表明，为了使精益六西格玛在生产和物流中的最佳应用，新工艺应该改进，同时考虑到先进自动化的可能应用。案例研究为先进技术在生产中的应用和启示提供了很好的实例，具有理论上的深刻见解。研究结果表明精益自动化可能是精益六西格玛在制造业组织中的关键推动者。
关键词：精益六西格玛，生产，物流，自动化，ICT。
1简介
经济危机促使各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。生产和物流过程的重新设计必须考虑到这一必要性。精益六西格玛结合了两种不同方法的优点[1]：六西格玛，它有助于减少缺陷的数量和产出的变化；精益思考，有助于缩短循环时间。通过这些方法在不同领域的应用，一些组织取得了良好的效果。在优化过程中还包括另一个非常重要的方面，即程序及其状况的灵活集成。精益方法包括流程原则。实现流程的方法是平衡程序中的工作。这种方法经常假设一个恒定的生产。它变成一个硬编码集成。
精益自动化的目标是同时简化和自动化生产和物流过程，使他们同时变得敏捷和精益。从在不同类型的组织和研究工作在生产和物流过程的设计和管理的工具和数字化技术的长期经验来看[2]，这种方法具有明显的活动性来整合业务流程的改进和自动化生产和物流的组织方法序列。
2文献综述
精益六西格玛包括一套原则和工具，协助消除废物稳定识别（MUDA）和还原过程的质量和生产成本和物流成本输出的缺陷和变异的战略要素[1]。灵活性在现代是至高无上的。有必要使用在生产和物流的世界中，灵活的自动化技术，现在越来越多地以较低的成本，把它们应用到重新设计的过程。
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，提高质量，缩短交货时间，减少供应，和提高客户满意度。精益思想已经在生产方面应用在精益生产研究中,然而这些研究没有考虑新技术越来越多的应用。其实，杉森等人认为生产的自动化的使用带来了不必要的成本和不确定性的生产过剩[3]。当人们对MRP和ERP系统，数控机床，全自动生产线已经很感兴趣的时候这一理论与80年代以来的趋势形成对比。高度自动化的组织不容易受到典型的手工工作问题的影响。然而，也有过度投资自动化的例子，恶化了灵活性和应对需求变化的能力（80年代通用汽车公司：CIM）。
仅提高性能的自动化仍然是不确定的[4]。这就是为什么自动化必须是灵活的，并与过程改进相联系的原因。鲍威尔和skjelstad[5]应用具体的传感器技术（RFID）的制造工艺。他们提出了一种方法和两个商业案例，证明了这类先进技术在制造企业中的实用性。
本文是描述性研究[6]。归纳推理用于提出一个概念框架，利用先进技术作为发展和进一步支持精益六西格玛方法的推动者。主要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的文献，重点是先进的自动化技术[7]和[1]。
3精益自动化方法
精益自动化的方法可分为六个宏观阶段和20 1个微观阶段（见图1）。第21阶段是可选的。
宏观阶段0：初步
背景：确定利益相关者和EHS的要求；
文化：检测组织和社区的文化；
愿景：解决效率、效率、经济、质量和灵活性；
策略：定义要改进的过程和计划；
这是一个在[1]中提出的改进版本的精益数字化的方法，以考虑制造环境的特殊性。
宏观阶段1：定义和度量
启动：启动项目并通知利益相关者；
治理：确定谁以及如何管理项目；建立团队；
顾客的声音：倾听顾客的声音（VOC）；
度量：解释VOC的关键质量特性（CTQ）因素；
方法：映射现有流程；
宏观阶段2：分析与流程设计
精益化：定义如何改进车间过程；
改善计划：定义改进干预计划；
宏观阶段3：建筑设计
建筑设计：定义流程和自动化软件；
宏观阶段4：构建、测试和部署
构建和测试：实现并测试选定的解决方案
变更管理：管理变革
部署：实现所选择的解决方案
文件：发布/更新新的自动化流程文件
宏观阶段5：验证
验证：控制改进
利益：评估外部和内部利益
经验教训：从主动中学习
庆祝活动：感谢团队的工作
可选宏阶段6：类似情况下的复制
部署：将解决方案复制到不同部门
为持续改善的目的，工程完成后，必须使用DMAIC，这通常会导致一个技术变革的需要。
图片一：精益和自动化的方法
组织必须将最初的精益和自动化项目作为迭代周期的开始，从而产生持续的改进。过程改进不应由问题引发，而应成为组织文化的一部分。
4变化的环境
对生产趋势的研究表明，改进的最相关的一个方面是工艺的最优化；。现代技术提高了工艺效率。为了节省成本和优化业务流程，制造商将购买越来越多的设备。
我们认为从机器的自动化转向过程的自动化是很重要的。加工中心是先进的计算机数控机床，可以在各种工具的同一位置进行铣削、钻孔、攻丝和镗削加工。他们仍然是孤立的。一个重要的发展是自动化整个过程，而不仅仅是它的一个组件。为了达到这一目标，必须将不同的机器或整个生产周期集成在一起。本文主要研究基于这四方面技术的体系结构：物联网、传感器技术。无论是条形码或RFID：大数据和业务流程智能。
下面的部分将定义这些技术中的每一种，并分析其中的每一种技术，以及它们对过程改进的可能贡献。它们的实现应该按照几代人的方式，一次实现一种技术，并使用一些通用中间件以更标准化的方式管理接口。
4.1物联网
物联网，也称为机器对机器（M2M），指的是允许无线和有线系统与其他设备通信的技术。这种通信可以通过将远程机器中继到中央集线器进行分析来完成。通常，多连接架构用于在较低级别交换信息。
物联网与互联网和云计算相结合，是一个极好的方式，以增加灵活性和投资节省的合作也与供应商[8]。物联网的一个变种是使用ZigBee网络。
4.2 射频识别
射频识别（RFID）是一种无线非接触系统的使用，它允许射频电磁场将数据从附着在物体上的标签传送。其目的是自动识别、可能存储数据和跟踪。
与条形码不同，标签不必在读者视线内。它可以嵌入在跟踪对象中。连接到一个亲环制造可以通过生产线进度跟踪射频识别标签。
2http://en.wikipedia.org/wiki/
Productivity_improving_technologies_(historical)
3一个例子为接口标准例如XML和OAGI建立的，作为OAGi(http://www.oagi.org/dnn2/,accessed 10 March 2013)
在过去的几年里。三个关键因素推动RFID的使用显著增加设备和标签的成本降低，性能提高了99.99％，提高了可靠性，国际标准[9]
4.3 大数据
大数据是以高容量、多样性（结构化和非结构化）为特征的数据集合，而速度（访问速度）如此复杂，以至于难以使用传统的数据库管理工具或数据处理应用程序进行处理。
数据集的规模在一定程度上是因为它们越来越多地被信息感知的移动设备、空中感觉技术（遥感、FE实例RFID）所收集。软件日志、视频、摄像机、麦克风、射频识别读取器和无线传感器网络。
4.4业务流程智能
业务流程智能（BPI）是一个创新的方法的重点不仅在测量和报告也对管理过程。通过他们的数据和工作流程，不同于传统的商业智能
BPI也支持分析、生产统计、报告和仪表板，允许更好的能见度的过程。例如，在生产的情况下，分析工具允许分析KPI并帮助采取行动。
4.5灵活集成技术
随着传感器技术和网络技术的发展，计算机系统（或机器）能够通过与其他机器进行通信而不借助于人类来收集真实世界的信息。在传统的批处理系统中，用于收集和分析来自机器的信息的服务器是单独开发的。现在，虚拟化和云计算技术已经使很多云或ZigBee网络中的所有功能，如各种设备通信和采集、存储，并利用大数据和BPI可以集中管理。这些云具有以下特征
（1）数据收集和存储：物联网云可以与任何设备通信、收集、存储数据和管理设备。由于大量的信息，可以很容易地分析多个数据源的组合；
（2）数据分析：大数据允许执行统计计算：
（3）BPI能以灵活的方式实施的决定。
该集成解决方案的一个例子是一个电子看板管理与RFID标签代替看板卡的使用。这允许对进程的状态进行完全自动化，具有更高的可靠性和无操作员干预[10]和[11]。电子看板管理可以降低库存水平进步的工作（WIP），保持严格的控制，并与供应商结合.
另一个应用是使用自动传感器、无线网络和大数据更新数字广告牌。这使组织能够实现所谓的暗灯和允许快速变化信息[1]。该系统可以包括停止生产，因此问题可以得到纠正。一些现代警报系统包括音频报警、文本或其他显示器。
图片二：最终的体系结构
最终的结构如图2所示。建造需要时间。重要的是要有一个愿景，一个想要到达，然后建立在一个多代计划。每一代将带来实质性利益本身。最后一代带来的所有组件在一起，获得协同效应。
5 新技术对精益自动化方法的支持
这种架构可以获得灵活集成的好处。批量、RFID、大数据和业务流程智能本身带来额外好处。
RFID能带来自动感应的好处
物联网可以改善价值流中活动的灵活集成。
大数据可以帮助制作流程的客户拉起来，以增加对客户需求的智能
BPI能带给他利益的商业智能的组合和工艺流程管理
所有这些技术和流程的改善能够增加价值，由于它们的特性：可追溯性、可见性、记忆、定位/定位。精益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:
管理组件的生命周期（即工具）
顺从
常规和非常规维修计划
确定与特定批次相关的问题并立即采取维护行动
由于立即采取措施而改善生产：
工艺改进和分析材料定义的统计数据来源
节省纸张
分析与工艺设计:
通过存储的相对权重，提高安全性，质量保证能力要求的需要，等等：
配置管理
改进关键数据的通信
新的架构可以帮助特别是减少了七的废物，在精益六西格玛的上市，如等待时间，以改善搜索时间，等待，和运动：在修理/错误/故障复位，由于非标准部件的识别，任何破坏或盗窃，和帮助的根源分析：减少库存，由于成分不好识别被淘汰。
6 案例研究
为了探索精益自动化的实际相关性，我们报告了两个案例研究的摘要，比较了先进技术与未使用的技术的情况[12]。在这两种情况下，工程制造公司都被认为每个工作都不同于另一个。每一个都有一个或几个项目。产品为铝挤压模具。在这两种情况下，我们分析了一个工具库存的管理，有2500个工具，用于加工和生产塑料材料的热通道的十个工作站。在其中一家公司，RFID标签被应用到加工中心的刀柄锥上。BPI软件进行分析和管理的过程
机器端的工具管理可能的效率低下是它们可能的损坏，数据录入的时间和工具的设置。
该工具的一面可能效率低下的时代找到合适的工具，在工具的使用寿命降低，大尺寸的刀具库存，工具的选择不当，损失的历史信息
先进的技术可以在所有的低效率上面列出的影响。定量的好处是节约和整体设备效率的提高OEE，层次结构的评价指标如何有效地制造使用[13]。OEE是基于三个独立但可测成分：可用性、性能和质量。
除了这两种情况的细节，利用先进的技术带来了库存中的工具数量的减少，在数据录入的意外事件和错误；实施政策在他机器工具共享的可能性：对工具的选择：在停机时间的并行操作做的减少和正确的搜索工具，对程序的阅读和预置。从定量的角度，先进的技术将在每个加工中心27%设备综合效率平均值增加。[
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