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精益和自动化生产和物流
贝尔纳多·尼可莱蒂
采购硕士，罗马托尔维加塔大学，罗马，意大利
info@bernardonicoletti.com
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，如何同时精简和自动化生产和物流过程，以提高质量，减少浪费，提高敏捷性。该方法基于研究，研究表明，为了将精益六西格玛最好地应用于生产和物流，新流程应加以改进，同时考虑到先进自动化的可能使用。这些案例研究提供了先进技术在生产中的应用和影响的良好的实际例子，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实施精益六西格玛的关键因素。
关键词:精益六西格玛，生产，物流，自动化，ICT。
1介绍
经济危机迫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迫切性。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，精益思考，它有助于减少周期时间。一些组织通过在不同领域使用这些方法取得了良好的成果。在优化未包含在此方法中的流程时，还有一个非常重要的方面，即流程及其活动的灵活集成。精益方法包括流程原则。实现流程的诀窍是平衡流程中的工作。这种方法通常假设一个持续的生产。它变成了一个硬编码的集成。
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，使它们同时敏捷和精益。在不同类型的组织的长期经验和一些研究工作在生产和物流流程设计和管理和工具和数字化技术[2],这种方法显示了明显的活动序列来集成业务流程改进的方法和自动化生产和物流组织。
V. Prabhu，M。Taisch和D. Kiritsis（编辑）：APMS 2013，第二部分，IFIP AICT 415，第278-285页，2013年。
copy;IFIP国际信息处理联合会2013
2文献综述
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，将它们应用于重新设计的过程。目前，这种技术越来越多，成本也越来越低。
精益六西格玛的实施提供了几个好处，其中包括:降低成本、提高生产率、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研究被应用到生产环境中，但是这些研究并没有考虑到越来越多的可用新技术。实际上，杉森等人认为，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]。这一理论与上世纪80年代以来的趋势形成了鲜明对比，当时人们对MRP和ERP系统、数控机床和全自动生产线的兴趣非常浓厚。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，在自动化方面的过度投资已经恶化了灵活性和对需求变化做出反应的能力(通用汽车在80年代;CIM),
仅提高性能的自动化还不确定[4]。这就是为什么自动化必须是灵活的，并且与流程的改进相关联的原因。Powell和Skjelstad[5]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。
本文是对[6]的描述性研究。归纳推理用于提出一个概念框架，使用先进技术作为精益六西格玛方法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，重点研究了先进的自动化技术[7]和[1]。
3精益和自动化方法
精益和自动化方法可以分为6个宏观阶段和20 1个微观阶段。第21阶段是可选的。
宏观阶段0:前期
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：提高效率，效率，经济，质量和灵活性;
战略：确定需要改进的流程和计划;
这是在[1]中提出的改进版的精益和数字化方法，考虑到制造环境的特殊性。
宏观阶段1：定义和测量
启动：启动项目并通知利益相关者;
治理：定义管理项目的人员和方式;成立团队;
客户之声：倾听客户的声音（Voc）;
度量标准：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：分析和处理设计
精益：定义如何在研讨会期间改进流程;
改善计划：确定改善干预计划。
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
构建和测试：实施和测试所选的解决方案;
变革管理：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;
宏阶段5：验证
验证：控制改进，
好处：评估外部和内部利益;
经验教训：学习主动性;
庆祝活动：承认团队的工作;
可选宏阶段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，项目完成后，必须使用DMAIC。这通常导致需要技术变革。
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。流程改进不应该由问题引发，而应该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，最重要的改进方面之一是工艺的技术优化2。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，从机器自动化转向流程自动化非常重要。加工中心是复杂的计算机数控机床，可以使用各种工具在同一位置执行铣削，钻孔，攻丝和钻孔操作。他们仍然是孤立的。一个重要的发展是使整个过程自动化，而不仅仅是其中一个组件。为了实现这一目标，必须集成不同的机器或生产周期的整个部门。本文主要关注基于四种技术的架构，这些技术可以在这方面提供帮助：物联网（IoT），传感器技术，条形码或RFID;大数据;和业务流程智能。
以下部分定义了这些技术中的每一项，并分析了它们中的每一项以及它们对过程改进的可能贡献。它们的实现应该分几代完成，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3。
4.1IoT
物联网（IoT），也称为机器到机器（M2M），是指允许无线和有线系统与其他设备通信的技术。这种通信可以通过使远程机器网络将信息中继回中央集线器进行分析来实现。通常，多层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，是与供应商合作增加灵活性和投资节省的绝佳方式[8]。物联网的一个变体是使用ZigBee网络。
4.2RFID
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，可能存储数据，以及
2 http://en.wikipedia.org/wiki/ Productivity_improving_technologies_（historical）
3接口标准的一个例子是例如XLM和OAGIS，由支持
OAGi（http://www.oagi.org/dnn2/，2013年3月10日访问）。
跟踪。与条形码不同，标签不需要在读者的视线之内。它可能被嵌入到被跟踪的对象中。在产品生产过程中附加的RFID标签可以用来跟踪其在生产线上的进展。在过去的几年里，三个关键因素推动了RFID使用的显著增加:降低了设备和标签的成本，将性能提高到99.9%的可靠性，以及改进了国际标准[9]。
4.3大数据
大数据是一组数据，其特征是高容量、多样性(结构化和非结构化)和速度(访问速度)非常复杂，很难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。
数据集的规模不断扩大，部分原因是越来越多的信息传感移动设备、航空传感技术(例如RFID)、软件日志、视频、摄像机、麦克风、射频识别读卡器和无线传感器网络正在收集这些数据集。
4.4业务流程的情报
业务流程智能( 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。
BPI还支持分析，可以生成统计数据、报告和仪表板。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“标识”，具有更高的可靠性，而且不需要操作员的干预[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传感器，无线网络和大数据更新数字广告牌。这允许组织实现所谓的
Andon并允许快速更改消息[1]。该系统可能包括停止生产，因此可以纠正问题。一些现代警报系统包含音频警报，文本或其他显示。
最终的架构构建需要时间。重要的是要有一个想要到达的地方的愿景，然后建立一个多代计划。每一代人都会带来实质性的好处。最后一代将所有组件组合在一起并获得协同效应。
5精益和自动化方法的新技术支持
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可以在流程中带来自动传感的优势。
IoT可以改善价值流中活动的灵活整合;
通过允许添加客户需求的智能，大数据可以帮助客户提取流量;
BPI可以带来商业智能与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都可以通过其特性增加价值：可追溯性，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：
o管理组件的生命周期（即工具）;
o遵从;
o日常和非日常维护计划;
o识别与特定批次相关的问题并立即采取维护措施;
o立即采取措施改善生产;
o用于定义过程改进和材料分析的统计数据来源;
o组件的识别和状态变化;
o纸张节省。
分析和流程设计：
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改进关键数据的沟通。
新架构可以帮助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，等待和移动的改进;通过识别非标准组件，任何故障或被盗，以及帮助分析根本原因，减少维修/错误/故障;通过识别不能逐步淘汰的成分来减少库存。
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时的情况[12]。在这两种情况下，工程制造公司都被认为每项工作都与另一项工作不同，每项工作都有一项或几项。产品为铝挤压模具。在这两种情况下，我们分析了用于10个工作站的2500个工具的工具库存管理，用于加工和生产塑料材料的热通道。在其中一家公司中，RFID标签被应用于加工中心的刀架锥体。 BPI软件用于分析和管理流程。
机器侧面工具管理可能存在的低效率可能是它们可能造成的损坏，数据输入和设置工具的时间。
工具方面可能的低效率是找到合适工具的时间，工具使用寿命的缩短，工具库存的过大，工具的不正确选择以及历史信息的丢失。
先进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省和改进 - OEE，用于评估制造业务利用效率的指标层次[13]。 OEE基于三个独立但可衡量的组件：可用性，性能和质量。
撇开这两种情况的细节，使用先进技术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;选择合适的工具：减少机器停机时间
并行进行操作，搜索合适的工具，读取零件程序和预置。从数量上看，先进的技术使每个加工中心的OEE平均值提高了27%[12]。
7结论
精益和自动化对文献中缺乏一种统一的方法来管理和集成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作出了回应。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，自动化对流程的改进是必不可少的，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。
本文中的实际示例为应用高级自动化提供了一个起点，以便在整个制造和物流过程中部署精益和自动化。还需要更多的例子。进一步的研究应该探讨利用实时信息优化生产调度等领域的先进技术的适用性。
参考文献
1.Nicoletti B。:精简和数字化。高尔出版社，阿宾登(2012)
2.乔治,L。，等:什么是精益六西格玛。麦格劳-希尔，纽约(2003)
3.杉森,Y。，等:丰田生产系统和看板系
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