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精益和自动化生产和物流
摘 要
本文提出了一种如何精简和自动化生产和物流流程的精益和自动化的方法，在先进技术的支持下使用精益六西格玛提高质量，减少浪费，提高敏捷性。该方法基于精益六西格玛在生产和物流方面最佳应用的研究，考虑到可能使用先进的自动化新工艺应加以改进纳入。该案例研究在理论上为先进技术对生产的应用和影响提供了实际的案例。研究结果表明精益和自动化将成为精益六西格玛在制造业的关键。
关键词 精益六西格玛，生产，物流，自动化，ICT
1 介绍
经济危机促使组织为了迅速适应不断变化的社会经济条件变得更加敏捷和精简。生产和物流的过程必须考虑到这一必要性。精益六西格玛结合了两种不同的方法中优点[1]:六西格玛帮助减少不合格品的数量和变化，以及帮助减少循环时间。一定数量的组织在不同领域使用这些方法已经取得了很好的效果。优化过程中还有另一个非常重要的方面没有包括在流程和活动的灵活集成中。精益方法包括流动原则。实现的流动的秘诀在于平衡过程中的工作。这种方法通常假设一个持续的生产变成了一个复杂的综合代码。
精益和自动化的目标是同时精简和自动化生产和物流过程，并且使他们同时变得敏捷和精益。在不同类型的组织对从事生产和物流过程设计、管理和工具的开发数字化技术的长期研究中[2]，这种方法清晰地表明了在任何生产和物流组织集成业务流程改进和自动化方法的活动的顺序。
2 文献综述
精益六西格玛包括一套帮助识别并稳定消除浪费(Muda)和减少缺陷及变异性的原则和工具，在生产和物流过程中，过程质量和成本的产出是战略性的要素，灵活性在现代社会中是至关重要的。在生产和物流中有必要使用灵活的自动化技术，现在越来越多以更低的成本获得，并将其应用于重新设计的流程中。
精益六西格玛实施提供了几个好处，其中包括:减少成本、提高生产力、改进质量、减少交货时间、降低供应成本，提高客户满意度。精益思想已被应用于精益生产研究，然而，这些研究并没有考虑到新技术越来越可用。事实上，Sugimori等人认为使用自动化生产会带来不必要的成本，产能过剩和不确定性[3]。这一理论与80年代以来，对MRP和ERP系统、数控机床、规模庞大全自动生产线的研究形成了鲜明的对比。高度自动化的组织不太容易受到典型的体力劳动问题的影响。然而,有在自动化方面过度投资的例子，已经恶化了灵活性适应需求变化的能力(80年代通用汽车;CIM)。
仅提高自动化的性能还存在不确定性[4]。这就是为什么自动化必须是灵活的，并改进与之相关的流程。Powell和Skjelstad[5]在制造过程中应用了一种特殊的传感器技术(RFID)。他们提出了一个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实用性。
本文是一篇描述性的研究[6]。采用归纳推理的方法提出了一种新的数学模型概念框架作为先进技术的推动者和进一步支持精益六西格玛方法。主要所采用的研究方法是多案例研究。科学研究基金会专注于先进的自动化技术[7]和[1]，对文献资料从生产与物流管理的角度进行的一项研究。
3 精益和自动化方法
精益和自动化方法可以分为六个宏观阶段和20 1个微观阶段阶段(见图1）。第21阶段是可选的。
宏观阶段0:前期
bull;背景:确定利益相关者和EHS的要求;
bull;文化:检测组织和社区的文化;
bull;愿景:处理有效性、效率、经济性、质量和灵活性;
bull;策略:定义需要改进的流程和计划;
宏阶段1:定义和测量
bull;启动:启动项目并通知利益相关者；
bull;治理:确定有谁来管理项目、应该怎样管理项目，成立团队；
bull;顾客的声音:倾听顾客的声音（Voc）；
bull;指标:将Voc转变成至关重要的质量（QtO）因素；
bull;按原样:映射现有的流程；
宏观阶段2:分析和流程设计
bull;精益:定义如何改善工作坊中的进程；
bull;改善计划:定义改善干预计划
宏阶段3:架构设计
bull;架构设计:定义进程和自动化架构；
宏阶段4:构建、测试和部署
bull;构建和测试：实现和测试选择的解决方法；
bull;变更管理:管理转变；
bull;部署:实现选择的解决方法；
bull;文档:问题/跟新自动化程序的文件；
宏阶段5:验证
bull;验证:控制改善
bull;优点:评估内部和外部的益处；
bull;经验教训:从倡议中学习；
bull;庆祝:认可团队的工作；
可选宏第6阶段:在类似的情况下使用；
bull;推出:复制不同部门的解决方案；
为了持续的改善，一旦这个项目完成就必须使用具有需要技术改变的代表性的这DMAIC。
图1 精益和自动化方法
组织必须将最初的精益和自动化项目视为开始产生持续改进的迭代周期。过程改进不应该被某个问题所触发，而应该成为组织文化的一部分。
4 不断变化的环境
一项关于生产趋势的研究表明，工艺的技术优化是与改进最相关的方面之一。现代技术提高流程的效率。制造商将购买越来越多设备以节省成本，优化业务流程。
我们认为从机器的自动化转向过程的自动化是很重要的。加工中心的精密的计算机数控机器可以在同一地点用多种工具进行铣削、钻孔、攻丝和镗孔等操作。他们仍然是孤立的。一个重要的发展是自动化的整个过程，而不仅仅是其中一部分。为了达到这一目标，将生产圈中不同的机器或整个扇区进行集成是有必要的。本文主要研究基于四种方法的体系结构
在这方面可以提供帮助的技术有:物联网(IoT)、传感器技术条形码或RFID技术;大数据;以及业务流程智能化。
下面的部分定义了这些技术中的每一种，并对每一种技术进行了分析，以及它们对流程改进的可能贡献。他们的实现应该按照几代人来做，在一定的时间实现一项技术和采用标准化的方法使用一些通用中间件来管理接口。
4.1物联网
物联网(IoT)又称机器对机器(M2M)，允许无线和有线系统相互通信的技术设备。这种通信可以通过一个远程网络设备来实现将信息转发回中心进行分析。通常,多层体系结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为供应商们的协作增加灵活性和节省投资的一种很好的方式。物联网的一个变化是使用ZigBee网络。
4.2射频识别
射频识别(RFID)是使用无线非接触式系统允许射频电磁场从附加的标签向一个对象传输数据。其目的是自动识别、可能的数据存储和跟踪。与条形码不同，该标签不需要在读者视线内。它可能被嵌入到被跟踪的对象中。在其制造过程中贴在产品上的RFID标签可以被用来跟踪其在生产线上的进度。在过去的几年里，三个关键因素推动了RFID的使用显著增加:
设备和标签成本的降低，99.9%可靠性的性能提高，国际标准的提高[9]。
4.3大数据
大数据是一组具有高容量、多样性(结构化、多样化)和速度(就访问速度而言)特征的数据集合，如此复杂以至于它变得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。
数据集的规模不断增长，部分原因是信息传感移动设备，航空传感技术(遥感，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的不断聚集。
4.4业务流程智能化
业务流程智能(Business Process Intelligence, BPI)是一种创新的方法，不仅关注于度量和报告，还关注于管理流程。通过他们的数据和工作流，不同于传统的商业智能。
通过统计数据、报告和指示板的生成，还支持分析。它们使流程具有更好的可视性。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(或机器)可以通过与其他机器通信来收集关于真实世界的信息，而不需要任何人类的帮助。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使物联网云或ZigBee网络成为可能，在这个网络中，所有与各种设备的通信、大数据和BPI的收集、存储和使用等功能都可以集中管理。这些云有以下特点:
(1)数据采集与存储:物联网云可以与任何设备通信，采集、存储、管理数据设备。多个数据源的组合可以很容易地进行分析，这得益于大量的可用信息;
(2)数据分析:大数据可以进行统计计算;
(3) BPI可以灵活地实施决策。
集成解决方案的一个例子是使用电子看板用RFID标签替换看板卡。这允许完全自动化过程状态的“识别”，具有更高的可靠性，并且不需要操作员干预[10]和[11]。电子看板可以降低正在进行的工作的库存水平(WIP)，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、无线网络和大数据广告牌。这允许组织实现所谓的Andon，并允许对消息进行快速更改[l]。该系统可能包括停产，以便纠正问题。一些现代警报系统包括音频警报、文本或其他显示。
图2 最终架构
最终的架构如图2所示。建造需要时间。重要的是要有一个到达目的地的愿景，然后构建一个多代计划。每一代人本身都将带来巨大的利益。最后一代将所有的组件组合在一起，实现协同作用。
5 支持新技术的精益和自动化方法
这种体系结构允许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可以带来过程中自动感知的好处。
- 物联网可以提高价值链活动的柔性集成;
- 通过添加客户需求的智能，大数据可以帮助客户拉动流量;
- BPI可以带来业务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能够增加价值，这要归功于它们的特性:可跟踪性、可视性、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:
- 定义和测量，并验证:
- 管理组件(即工具)的生命周期;
- 合规;
- 日常及非日常维护计划;
- 识别与特定批次相关的问题，并立即采取维护措施;
- 立即采取措施改善生产;
- 统计数据来源为工艺改进定义和材料分析;
- 组件的标识和状态更改;o节省纸张。
- 分析和工艺设计:
- 通过存储质量保证要求等提高安全性;
- 配置管理;
- 改进了关键数据的通信。
通过改进搜索时间、等待时间和移动，新架构尤其有助于减少精益六西格玛所列的7种浪费中的一些，如等待时间;减少维修/错误/故障，由于识别非标准部件，任何故障或盗窃，并有助于分析根本原因;减少库存，由识别不好的部件逐步淘汰。
6 案例研究
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摘要，它们比较了使用先进技术和不使用[12]时的情况。在这两种情况下，工程制造公司被认为每一份工作都与其他工作不同，每一份工作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10个塑料材料热通道加工和生产工作站的2500个刀具库存的管理。在其中一家公司，RFID标签被应用到加工中心的刀具支架上。采用BPI软件对流程进行分析和管理。
机器方面的工具管理可能的低效是它们可能的损坏、数据输入和设置工具的时间。
工具方面可能出现的低效情况包括:查找合适的工具的时间、工具使用寿命的缩短、工具目录的过大、工具选择不当以及历史信息的丢失。
先进的技术可以影响上面列出的所有低效。量化的好处是节省和改善整个设备的效率OEE，一个层次的指标，以评估如何有效地利用制造业务的[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不谈，先进技术的使用减少了库存中工具的数量，减少了数据输入中的意外事件和错误;实现机器间工具共享策略的可能性;选择合适的工具:减少机器停机时间，并行地进行操作。搜索正确的工具，读取部分程序和预设。从定量的角度来看，先进的技术使每台机械中心的平均OEE值提高了27%[12]。
7 结 论
精益和自动化是对文献中缺乏一种统一的方法的回应，这种方法管理和集成了经典的生产和物流流程的流线型活动和灵活的自动化活动。我们的研究表明:
命题1:与精益六西格玛方法要求减少数字化的传统生产和物流环境不同，自动化对流程的改进至关重要，尤其是使流程变得灵活;
命题2:自动化一个非流线型的过程会适得其反。
本文中的实际例子为应用高级自动化提供了一个起点，
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资料编号：[446396]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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