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精益自动化生产和物流
伯纳多 尼可莱茨
硕士学位，罗马托尔维加塔大学，罗马，意大利
摘要
本文介绍了精益和自动化的方法，即在一些先进技术的支持下，如何同时精简自动化生产和物流过程，以提高质量，减少浪费，提高敏捷性。基于研究表明，为了将LSS（Lean Six Sigma）最好地应用于生产和物流，新工艺的改进也应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意义提供了很好的实例，具有理论依据。研究结果表明，精益自动化可能是制造企业实现LSS（Lean Six Sigma）的关键因素。
关键词: LSS（Lean Six Sigma），生产，物流，自动化，ICT。
- 介绍
经济危机促使这些组织变得更加灵活和精简，以便快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这一必要性。LSS（Lean Six Sigma）结合了两种截然不同的方法中较好的一种：Six Sigma，它有助于减少缺陷的数量和输出的变化，精益思维有助于缩短周期时间。
通过在不同领域使用这些方法，一定数量的组织已经取得了很好的效果。这种方法中没有包括的流程优化还有一个非常重要的方面，那就是流程及其活动的灵活集成。精益方法包涵流动原理。实现流程的方法是平衡流程中的工作。这种方法通常假定生产是恒定的。它就变成了一个硬编码的集成。
精益自动化的目标是同时简化自动化生产和物流的过程，使其敏捷和精益，通过对不同类型组织的长期经验，以及在生产和物流过程的设计和管理、工具和数字化技术等方面的几项研究工作，这种方法清楚地显示了活动的顺序，以整合任何生产和物流组织的业务流程改进和自动化。
2、文献综述
LSS（Lean Six Sigma）包括一套原则和工具，这些原则和工具有助于识别和稳定地消除浪费（MUDA），减少过程质量输出中的缺陷和可变性，生产和物流中的成本是战略要素，灵活性在现代至关重要。在生产和物流领域，有必要使用灵活的自动化技术，现在越来越多地以较低的成本提供这些技术，并将其应用到重新设计的流程中。
LSS（Lean Six Sigma）的实现提供了许多好处，比如：成本减少，生产力增加，质量改进，时间减少，供应减少，客户满意度提高。精益思想已经通过精益生产研究应用于生产环境，然而，这些研究并没有越来越多地考虑新技术。实际上，杉本等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。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、数控机床和全自动化生产线的兴趣很大。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，在自动化领域的过度投资使灵活性和响应需求变化的能力变得更差（80年代的通用汽车公司；CIM）。
只有自动化才能提高性能这种说法仍然还不确定。这就是为什么自动化必须是灵活的，并且与流程的改进联系在一起的原因。Powell和Skjelstad将一种特殊的传感器技术(RFID)应用到制造过程中。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实用性。
本文是一项描述性研究。归纳推理用于提出一个概念框架，使用先进技术作为LSS（ Lean Six Sigma）开发和进一步支持的推动者。采用的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方面的文献资料，侧重于先进的自动化技术。
- 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微观阶段（见图1）1。第21阶段是可选的。
宏观阶段0：初步阶段
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：有效性、效率、经济性、质量和灵活性；
bull;策略：定义要改进的过程和计划；
宏阶段1：定义和度量
bull;启动：启动项目并通知利益相关者；
bull;治理：决定是谁和如何管理项目；建立团队；
bull;顾客的声音：倾听顾客的声音（VOC）；
bull;指标：将VOC转化为关键质量（CTQ）因素；
bull;现状：绘制现有流程图；
宏观阶段2：分析和过程设计
bull;精益：定义如何改进流程设计
bull;改善计划：定义改进干预计划。
宏观阶段3：建筑设计
bull;架构设计：定义流程和自动化架构；
宏观阶段4:构建、测试和部署
bull;构建和测试：实施和测试所选解决方案；
bull;变更管理：管理变更；
bull;部署：实施所选解决方案；
bull;文件：发布/更新新自动化流程的文件；
宏观阶段5:验证
bull;验证：控制改进，
bull;利益：评估外部和内部利益；
bull;经验教训：从倡议中吸取教训；
bull;庆祝活动：承认团队的工作；
可选宏第6阶段：在类似情况下复制
bull;推广：将解决方案复制到不同的部门。
bull;为了持续改进，项目完成后，必须使用DMAIC。这通常会导致技术变革的需要。
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产生持续改进的迭代周期的开始。过程改进不应该由问题触发，而是组织文化的一部分。
- 不断变化的环境
对生产趋势的研究表明，工艺优化是工艺改进的最相关方面之一。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。
我们声明，从机器自动化到过程自动化。加工中心是精密的计算机数值计算可在以下位置执行铣削、钻孔、攻丝和钻孔操作的受控机器：在同一地点使用各种工具。它们仍然是孤立的。一个重要的开发是自动化整个过程，而不仅仅是它的一个组件。为了实现这一目标，有必要集成生产周期。本文主要研究一种基于在这方面有帮助的技术：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。
以下各节定义了这些技术中的每一项，并分析了它们中的每一项及其对过程改进的可能贡献。它们的实现应该按照几代进行，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的接口。
4.1物联网
物联网（IOT），也称机器对机器（M2M），是指允许无线和有线系统与其他设备通信的技术。这种通信可以通过一个远程的机器网络将信息集中回一个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。
物联网与互联网和云计算相结合，是一种为与供应商的协作增加灵活性和节省投资的极好方式。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）是使用无线非接触系统，允许射频电磁场从附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。它可能嵌入到跟踪对象中。在产品生产过程中，可以使用附在产品上的射频识别标签来跟踪其在生产线上的进度。在过去几年中，三个关键因素推动了射频识别使用的显著增加：设备和标签成本的降低，性能的可靠性提高到99.9%，国际标准的提高。
4.3 大数据
大数据是一种数据集合，其特点是高容量、多样性（结构化和非结构化）和速度（就访问速度而言）非常复杂，使用传统的数据库管理工具或数据处理应用程序很难处理。
数据集的规模在一定程度上增长，因为它们越来越多地被信息传感移动设备、空中传感技术（例如，RFID）、软件日志、视频、摄像头、麦克风、射频识别读卡器和无线传感器网络收集。
4.4业务流程智能
业务流程智能（Business Process Intelligence，BPI）是一种创新的方法，它不仅关注于度量和报告，而且还关注于流程管理。通过他们的数据和工作流程，不同于传统的商业智能。
业务流程智能还支持分析，生成统计数据、报表和仪表盘。它们允许更好地了解流程。例如，在生产情况下，分析工具允许分析关键绩效指标并帮助采取行动。
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）通过在没有人类帮助的情况下与其他机器通信。
在传统的物联网系统中，从机器中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启用了物联网云或ZigBee网络，其中所有功能，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。这些云具有以下特征：
（1）数据采集与存储：物联网云可以与任何设备通信，采集、存储数据，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：大数据允许进行统计计算；
（3）BPI能够灵活地实施决策。
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。这使过程状态的“识别”完全自动化，可靠性更高，无需操作员干预。电子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。
另一个应用程序是使用自动传感器、无线网络和大数据来更新数字广告牌。这使得组织能够实现所谓的Andon，并允许对消息进行快速更改。该系统可能包括停止生产，以便纠正问题。一些现代警报系统包括音频警报、文本或其他显示。
图2.最终的结构
最终的架构如图2所示。建造需要时间。重要的是要有一个愿景，即一个人想要到达哪里，然后建立一个多代计划。每一代人本身都会带来巨大的利益。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。
bull;RFID可以带来过程中自动感应的好处。
bull;物联网可以改善价值流中活动的灵活整合；
bull;大数据可以通过增加客户需求的智能化，帮助实现客户拉动的流程；
bull;BPI可以带来商业智能与流程工作流管理相结合的好处。
所有这些技术加上流程的改进，由于它们的特性（可跟踪性、可视性、内存和定位/本地化）可以增加价值。精益和自动化可以改善LSS（ Lean Six Sigma）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顺从；
o日常和非日常维护计划；
o确定与特定批次相关的问题，并立即进行维护行动；
o由于立即采取措施而改进生产；
o过程改进和分析定义的统计数据来源材料；
o组件的标识和状态变化；
o节省纸张。
分析和工艺设计：
o通过存储相对权重来提高安全性，需要进行限定，质量保证要求等；
o配置管理；
o改进关键数据的通信。
新体系结构尤其有助于减少“精益六西格玛”中列出的七种浪费，例如等待时间、搜索时间、等待时间和移动时间的改进；由于识别了非标准组件、任何故障或盗窃，减少了维修/错误/故障，并有助于分析根本原因；r减少库存，通过识别不好的零部件逐步淘汰。
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，比较了使用先进技术与不使用先进技术的情况。在这两种情况下，工程制造公司都被认为每项工作都不同于另一项工作，每项工作都有一个或几个项目。这些产品是铝挤压模具。在这两种情况下，我们分析了10个工作站2500个工具库存的管理，用于塑料材料热通道的加工和生产。其中一家公司在加工中心的刀架锥体上贴上了射频识别标签。BPI软件用于分析和管理流程。
机器侧的工具管理可能效率低下的原因是可能的损坏、数据输入和设置工具的时间。
工具方面可能存在的效率低下现象包括：找到合适工具的时间、工具使用寿命的缩短、工具库存过多、工具选择不当以及历史信息丢失。
先进的技术可能会影响上面列出的所有效率低下的问题。定量效益是节省和提高整体设备效率——OEE，一个评估生产操作有效性的指标体系[13]。OEE基于三个独立但可测量的组件：可用性、性能和质量。
撇开这两种情况的细节不谈，先进技术的使用减少了库存中的工具数量，减少了非计划事件和数据输入错误；实现了机器间工具共享政策的可能性；减少机器停机时间，同时进行操作和搜索正确的工具、读取部件程序和预设。从定量的角度来看，先进技术使每个加工中心的OEE平均值增加了27%。
7、结论
精益和自动化是对文献中缺乏一致的方法的回应，这种方法管理和整合了生产和物流流程简化的经典活动和灵活的自动化活动。我们的研究表明：
命题1：与传统的生产和物流环境不同，精益六西格玛方法要求减少数字化，自动化对于流程的改进至关重要，尤其是使流程更灵活；
建议2：自动化一个没有简化的过程是适得其反的。本文中的实际例子代表了先进自动化应用的起点，使精益和自动化在整个制造和物流过程中的部署成为可能。需要更多的例子。进一步的研究应该探讨先进技术在生产调度等领域的应用。
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