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精益自动化生产和物流
贝纳多尼科莱蒂
罗马TorVergata大学采购硕士，罗马，意大利
info@bernardonicoletti.com
摘要：本文介绍了如何精简自动化生产和物流流程，以提高质量，减少浪费，并使用精益六西格玛和一些先进技术的支持提高敏捷性的精益和自动化方法。该方法基于研究表明，为了最佳地将精益六西格玛应用于生产和物流，应该改进新流程，将其纳入也说明了可能使用高级自动化。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例，并提供了理论基础的见解。研究结果表明，精益和自动化可能是制造组织中精益六西格玛的关键推动力。
关键词：精益六西格玛，生产，物流，自动化，ICT。
1介绍
经济危机已使组织变得更加灵活和更精简，以快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个必要性。精益六西格玛结合了两种不同方法中较好的方法[1]：六西格玛，它有助于减少缺陷的数量和产出的变化，精益思维有助于缩短周期时间。一些组织通过在不同领域使用这些方法取得了优异的成果。在这个方法中没有包括的过程的优化还有另一个极其重要的方面，即过程及其活动的灵活集成。精益方法包括流程原则。实现流程的秘诀在于平衡流程中的工作。这种方法通常假设产量不变。它变成了一个硬编码的集成。
精益和自动化同时旨在简化生产和物流流程并使其自动化，同时使其变得灵活和精益。在不同类型组织的长期经验以及生产和物流过程设计与管理以及工具和数字化技术方面的若干研究工作中[2]，这种方法清楚地表明了将业务流程改进方法和自动化方法相结合的活动顺序任何生产和物流组织。
V.帕布,M.Taisch和D.Kiritsis（编辑）,APMS2013,第II部分,IFIPAICT415,第278-285,2013.
copy;IFIP国际信息处理联合会2013
2文献回顾
精益六西格玛包含一系列原则和工具，有助于识别和稳定消除废物（Muda），减少过程输出的缺陷和变异性生产和物流的质量和成本是战略要素[1]，灵活性在现代是最重要的。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，并将其应用于重新设计的过程。
精益六西格玛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，减少用品和提高客户满意度。精益思想已经被应用在了通过精益生产背景下生产的研究，但这些研究并没有尽可能的考虑采用更多的新技术。实际上，Sugimori等人争辩说使用自动化生产引入不必要的成本，生产过剩，和不确定性[3]。这一理论对照与80年代的趋势，当时对于MRP和ERP系统，数控机床，以及全自动化生产线是有巨大兴趣的。高度自动化的组织不太容易为手动典型问题的工作。但是，有一些自动化投资过度恶化且具有对需求变化作出反应能力的例子（80年代的通用汽车公司;CIM）。
在单独自动化中提高性能仍然不明朗[4]。这是为什么在自动化中必须是灵活的原因，并与连接改进的过程。鲍威尔和Skjelstad[5]施加一个特定的传感器技术（RFID）在该制造过程。他们提出了一个方法和两个商业案例，证明了这种类型的先进技术的实用性在制造企业中。
本文是一个描述性研究[6]。归纳推理被用来提出一个概念框架，使用先进技术作为精益六西格玛方法的开发和进一步支持的推动者。所采用的主要研究方法是多重案例研究。该研究的科学基础是来自生产和物流管理的文献，着重于先进的自动化技术[7]和[1]。
3精益和自动化方法
精益和自动化方法可分为六个宏观阶段和20 1个微观阶段（见图1）1。第二十一期是可选的。
宏阶段0：初步
·背景：识别利益相关者和EHS的需求;
·文化：检测组织和社区的文化;
·愿景：解决效益，效率，经济，质量和灵活性;
·战略：定义需要改进的流程和计划;
1这是[1]中介绍的精益和数字化方法的修改版本，以考虑制造环境的特性。
宏观阶段1：定义和衡量
·开球：启动项目并通知利益相关者;
·管理：确定谁应该管理项目和如何管理项目;组建团队;
·客户之声：聆听客户之声（Voc）;
·指标：将VoC转换为关键质量（CtQ）因素;
·原样：映射现有流程;
宏观阶段2：分析和过程设计
·精益：定义如何改进研讨会过程;
·改善计划：定义改进干预计划。
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
·构建和测试：实施和测试选定的解决方案;
·变更管理：管理变革;
·部署：实施所选解决方案;
·文档：发布/更新新自动化流程的文档;
宏观阶段5：验证
·验证：控制改进，
·好处：评估外部和内部的好处;
·经验教训：从倡议中学习;
·庆祝活动：确认团队的工作;
选宏阶段6：在类似情况下复制
·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。这通常导致需要技术改变。
图1 精益和自动化方法
这些组织必须将最初的精益和自动化项目视为迭代周期的开始，并持续改进。过程改进不应该由问题引发，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，需要改进的最重要的方面之一是过程2的技术优化。现代技术提高了流程的效率。制造商将购买越来越多的设备以节省成本并优化业务流程。
我们指出，这是重要的，从自动化的机器转变到了自动化的过程。加工中心是先进的计算机数字控制的机器，可以进行铣削，钻孔，攻丝，在和镗同一位置用一个不同的工具。他们仍然是孤立的。一个重要的发展是自动化是完整的过程，而不仅仅是它的组成部分。为了实现这一目标，以整合不同的机器或整个行业的生产周期是必不可少的。本论文集中在一个架构上是以4种技术为基础的，可以帮助这些方面：物联网（IOT），传感器技术，亦是用棒码或RFID;大数据;和业务流程智能化。
以下各节定义了这些技术中的每一种，并分析其中的每一种以及它们对过程改进的可能贡献。他们的实施应该按照几代人来完成，一次实施一项技术，并使用一些通用的中间件以更加标准的方式管理接口3。
4.1 IoT
物联网（IoT）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讯的技术。这种通信可以通过让远程机器网络将信息传递回中心集线器进行分析来完成。通常，多层架构用于在较低层次交换信息
与互联网和云计算相结合的物联网是增加灵活性和节省投资以及与供应商进行协作的好方法[8]。IoT的一个变体是使用ZigBee网络。
4.2 RFID
射频识别（RFID）是使用无线非接触系统，允许射频电磁场从附着在物体上的标签传输数据。目的是自动识别，尽可能的存储数据和跟踪。与条形码不同，标签不需要在阅读器的
2http://en.wikipedia.org/wiki/
生产力_提高_科技_（历史）
3接口标准的一个例子是XLM和OAGIS
OAGi（http://www.oagi.org/dnn2/，2013年3月10访问）。
视线内。它可能嵌入在被跟踪的对象中。在制造过程中附加到产品上的RFID标签可用于追踪其在生产线上的进展情况。在过去几年中，有三个关键因素推动了RFID使用的显着增长：设备和标签的成本降低，性能提高到99.9％的可靠性，以及国际标准的改进[9]。
4.3大数据
大数据是大量，多样化（结构化和多样化）为特征的数据集合。周转率（就访问速度而言）非常复杂，以至于使用传统数据库管理工具或数据处理应用程序难以处理。
数据量的增长部分是因为它们越来越多地被能感知信息的移动设备，空中感知技术（遥感，例如RFID），软件日志，视频，照相机，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）是一种创新的方法，不仅关注测量和报告，还关注流程管理。他们的数据和工作流程，不同于传统的商业智能。
BPI还支持分析，并生成统计信息，报告和仪表板。他们可以更好地了解流程。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灵活的集成技术
随着传感器技术和网络技术的发展，计算机系统（或机器）通过与其他机器通信而不需要任何人的帮助就能够收集关于真实世界的信息。在传统的物联网系统中，用于收集和分析机器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，其中包括与各种设备的通信以及大数据和BPI的收集，存储和使用等所有功能都可以集中管理。这些云有以下特点：
（1）数据收集和存储：物联网云可以与任何设备进行通信，收集，存储数据和管理设备。由于有大量可用信息，可以轻松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可以灵活地操作决策。
集成解决方案的一个例子可以是使用电子看板来替换具有RFID标签的看板卡。这可以使过程状态的“识别”完全自动化，具有更高的可靠性，无需操作员干预[10]和[11]。电子看板可以降低在制品（WIP）的库存水平，保持严密的控制，并与供应商整合。
另一个应用是使用自动传感器，无线网络和大数据来更新数字广告牌。这允许组织实施所谓的Andon并允许快速更改消息[1]。该系统可能包括停止生产，以便纠正问题。一些现代警报系统包含音频警报，文本或其他显示。
图2 最终体系结构
最终的架构如图2所示。这需要时间来建立。有一个想要达成的目标，然后构建一个多代计划是非常重要的。每一代人都将带来可观的效益本身。最后一代将所有组件结合在一起并获得协同效应。
5新技术对精益和自动化方法的支持
这种架构可以获得灵活集成的好处。物联网，RFID，大数据和业务流程智能本身带来了额外的好处。
·RFID可以在过程中带来自动感应的好处。
·物联网可以改善价值流活动的灵活整合;
·大数据可以帮助客户拉动流量，允许增加客户需求的智能;
·BPI可以带来商业智能和流程工作流程管理相结合的好处。
所有这些技术和流程的改进可以增加价值，这要归功于它们的特点：可追溯性，可见性，内存和定位/本地化。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：
·定义和衡量，并验证：
o管理组件的生命周期（即工具）;
o合规性;
o日常和非日常维护计划;
o确定与特定批次有关的问题并立即采取维护行动;
o立即采取措施改进生产;
o过程改进和材料分析定义的统计数据来源;
o组件上的标识和状态更改;
o节省纸张。
·分析和过程设计：
o通过存储相对权重，需求资格，质量保证要求等来提高安全性;
o配置管理;
o改进关键数据的通信。
该新架构能够帮助特别是降低7种废料，列在精益六西格玛，这样的等待时间，由该改进的搜索时间，等待，和运动;降低维修/错误/故障，由于能识别非标准组件，任何故障或盗窃，能帮助分析原始数据;减少存储，该标识的成分将不好的淘汰。
6案例研究
为了探索精益和自动化的实际意义，我们汇总了两个案例研究，比较了先进技术的使用情况和未使用的情况[12]。在这两种情况下，都认定工程制造公司的每项工作与另一项工作不同，每项工作都有一项或几项。这些产品是用于铝挤压的模具。在这两种情况下，我们都分析了一个工具库存的管理，其中包含10个工位的2500个工具，用于处理和生产塑料材料的热通道。其中一家公司将RFID标签应用于加工中心上的刀柄锥体。BPI软件用于分析和管理流程。
机器侧面的刀具管理可能存在的低效率是其可能的损坏，数据输入和设置工具的时间。
刀具侧面可能出现的低效率是找到合适刀具的时间，刀具使用寿命的缩短，刀具库存过大，刀具选择不当，以及历史信息丢失。
先进的技术可以影响上面列出的所有低效率。定量收益是整体设备效率的节约和改进-OEE，这是衡量制造业如何有效利用的度量等级制度[13]。OEE基于三个独立但可度量的组件：可用性，性能和质量。
撇开这两种情况的细节，采用先进技术减少了库存工具数量，计划外事件和数据输入错误;在机器之间实施工具共享政策的可能性;正
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