工業(yè)4.0是精益的自然延伸，而“工業(yè)4.0”這個術(shù)語比較新，但“信息-物理系統(tǒng)(CPS)”的探索由來已久。
鑒于大量文章關(guān)于工業(yè)4.0,IIOT(工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)),云計算,人工智能,機器學(xué)習(xí),數(shù)字孿生, 機器人過程自動化等的話題,大量的公司如雨后春筍般向你出售專門的軟件或服務(wù)及設(shè)備，個別工具可能很容易應(yīng)用。請注意，這些東西不會成為優(yōu)化的點，加速生產(chǎn)流程的一個功能并不會提高系統(tǒng)輸出，除非它是瓶頸流程。
要認(rèn)識到信息-物理系統(tǒng)(CPS)在制造業(yè)中的潛力，一個簡單的方法是觀察出租車行業(yè)的轉(zhuǎn)型。當(dāng)你需要一輛出租車時，我們認(rèn)為有很多障礙是理所當(dāng)然的。一個城市的某些地區(qū)有足夠的出租車漫游，你可以從路邊叫一輛。另一個選擇是找到一個電話(附在墻上或電話亭),找到一個電話簿，或者使用過谷歌找到一個電話號碼,在電話簿里尋找出租車服務(wù)的號碼,撥號,等待一個答案,告訴調(diào)度員你在哪里和你想去的地方。調(diào)度將找到一個開出租車要送到你的地址(準(zhǔn)備好等待30分鐘),你會確認(rèn)位置,他們將開始計費(費用是基于英里和時間,曾經(jīng)是更多因素),當(dāng)你到達時候，你將根據(jù)計價器付費。我們只是把每一步動作當(dāng)作體系的一部分。
比較舊的出租車方法(所有步驟)和今天的選擇。你拿出你的智能手機，打開叫車應(yīng)用，輸入你想去的地點，然后接受提供的價格。在許多應(yīng)用程序中，你可以看到出租車的當(dāng)前位置和預(yù)計到達時間。
現(xiàn)在，想象一下如何在生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)換所有必要的通溝通。如果你知道所有的材料在任何時候的確切位置，你能做什么?如果任務(wù)可以在后臺自動完成，您可以消除哪些障礙?要開始將轉(zhuǎn)換集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中，有幾個先決條件。
豐田創(chuàng)建了一個“溝通和信息流”圖表，繪制在工廠和供應(yīng)商之間以及物料流動之間信息。這后來被改編成“價值流圖”(VSM)，它集中于工廠內(nèi)的步驟，并顯示與供應(yīng)商和客戶的鏈接。您可能已經(jīng)確定了一些材料和信息流，但是VSM缺少位置數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)格式。
數(shù)字化先決條件(工業(yè)4.0)
定義的位置
早期工業(yè)4.0應(yīng)用中影響最大的是物流。雖然優(yōu)化和調(diào)度算法已經(jīng)存在多年，但如果將它們與地理位置相結(jié)合，則可以實現(xiàn)顯著的節(jié)省。追溯系統(tǒng)作為通行證轉(zhuǎn)換點已經(jīng)存在多年。您可能在等待重要的交付時使用過它。你輸入一個獨特的跟蹤號碼，系統(tǒng)就會告訴你它最后被看到的地方……不是實時的，但比不知道要好。
許多物流解決方案使用GPS(全球定位衛(wèi)星)來定義3米(約10英尺)內(nèi)的位置。雖然這適用于移動貨物，但GPS不夠精確，無法用于生產(chǎn)區(qū)域的內(nèi)部位置跟蹤。如果你已經(jīng)做了一些精益，你可能已經(jīng)做了一些5S和噴涂為位置編號來指示出材料和機器的位置。高級使用將有“定義停車”指定。這可能是位置的唯一編碼。
在生產(chǎn)操作中，定義所有材料的位置、半成品的位置和成品的存儲位置是基本的起點。大多數(shù)工廠對生產(chǎn)層(以及需要的樓層)和倉庫中額外的貨架位置使用網(wǎng)格格式。知道東西在哪里是數(shù)字化的基本需要。先畫一張設(shè)施圖，然后覆蓋工作地點。
裝卸地點(碼頭)被編號并分配給特定的訂單或裝運。為了減少?？繒r間，一種選擇是定義排隊位置來加載或卸載。當(dāng)您有一個正常運行的準(zhǔn)時系統(tǒng)時，生產(chǎn)系統(tǒng)將根據(jù)接收或交付時間來決定排隊位置。
路由-工作順序
既然您已經(jīng)定義了具體的工作活動是在哪里完成的，材料是存儲在哪里的，等等?，F(xiàn)在是時候映射每個SKU的工作序列了(Stock Keeping Unit—您應(yīng)該為您生產(chǎn)多種多樣的每個產(chǎn)品設(shè)定一個惟一的編號)。定義了路由之后，您就知道了材料從開始到結(jié)束的路徑。
路由是一種擴展，它知道在哪里，工作在哪里完成，材料從哪里來，成品去哪里(或分裝)。每個產(chǎn)品都有一個惟一的工作完成順序(路由)。許多人會有共同的基因序列，我們可以把這些基因組合起來，并給它們貼上“家族”的標(biāo)簽。這些可以鏈接到材料流動位置的數(shù)據(jù)庫。
精益認(rèn)識到，類似的路由可以組合起來簡化布局。
定義在何處使用、度量或創(chuàng)建信息
可以是零件編號、零件數(shù)量、參數(shù)值、機器性能等。第一步是定義在何處創(chuàng)建或使用有用的信息，然后在何處需要這些信息。不要將此限制在經(jīng)理和支持人員需要的范圍內(nèi)，確保您了解生產(chǎn)人員需要什么才能做出正確的決策。使用您的路由映射來定義哪里需要、使用和創(chuàng)建信息。確定哪些地方的數(shù)據(jù)不可用，一但需要這些數(shù)據(jù)，確定使用或創(chuàng)建的數(shù)據(jù)格式。
一旦你可以定義信息源和需求，將它們覆蓋到你的路由圖上。你現(xiàn)在知道你需要在你的數(shù)字系統(tǒng)的“輸入/輸出”。
最低的信息級別是部件消耗、成品創(chuàng)建和關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)(帶有位置)。規(guī)劃和銷售可以告訴你哪些信息對他們做決策是有用的。質(zhì)量可以告訴您要監(jiān)視的關(guān)鍵流程和通過/失敗值。生產(chǎn)可以告訴你需要定期裝運完成貨物(或分裝)的速度。
定義在每一步做出實際決策所需的最小信息。這包括對生產(chǎn)的支持功能。第一步是了解需要哪些信息以及可以在何處創(chuàng)建這些信息。然后，您可以確定缺少的環(huán)節(jié)，并采取步驟來彌補差距。
最初的目標(biāo)是實時跟蹤生產(chǎn)過程。您將了解現(xiàn)有的材料、在制品和成品庫存。有了這些事實，你就可以開始訂購了，分配運輸標(biāo)簽的一般產(chǎn)品，因為他們是包裝在最后一步。每個生產(chǎn)區(qū)域在流程序列的開始和結(jié)束階段都需要一些數(shù)據(jù)功能。
典型的工廠將有許多不同的數(shù)字系統(tǒng)，從ERP/MRP/MES等到PLC的運行自動化，再到一般的傳感器。高層次的障礙是不同數(shù)字格式之間的通信。標(biāo)準(zhǔn)的解決方案是找到或創(chuàng)建一個API(應(yīng)用程序編程接口)來在不同格式之間共享數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)生成端可以減少與主系統(tǒng)交互所需的API數(shù)量。在將遺留系統(tǒng)連接在一起時，您的選擇可能會受到限制。
基本級別的障礙是選擇如何捕獲數(shù)據(jù)。有些機器已經(jīng)有了傳感器，可以將數(shù)據(jù)輸入主系統(tǒng)。其他方面可能要求您在如何捕獲和傳輸數(shù)據(jù)方面具有創(chuàng)造性。例如，什么時候計算完成的產(chǎn)品?你是在分裝箱的包裝機上清點數(shù)量，還是在分裝箱的輸送帶上清點數(shù)量?
定義誰需要什么信息，以及你將如何向他們提供實時信息。在技術(shù)方面，一些有魄力的公司正在使用智能手機、手表和平板電腦進行數(shù)據(jù)采集，并通過WI-FI將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個中央程序。
工業(yè)4.0的價值在于擁有實時可用的事實信息來做出決策。
不要急于自動化
計算機行業(yè)有句老話:“輸入的是垃圾，輸出的也一定是垃圾”……匆忙地自動化過程而不改進它們，只會通過隱藏它們而使糟糕的過程更加糟糕。
大野耐一的豐田生產(chǎn)系統(tǒng)的主要目標(biāo)是創(chuàng)造流動。他認(rèn)識到您必須擁有強壯的流程和設(shè)計，以確保每一步都能100%地工作。
看板規(guī)則#1:不要將有缺陷的產(chǎn)品發(fā)送到下一個工序。標(biāo)準(zhǔn)的工作是建立在質(zhì)量上的結(jié)構(gòu)。用工作指導(dǎo)來定義你對每個任務(wù)的期望，為標(biāo)準(zhǔn)工作打下基礎(chǔ)。
看板系統(tǒng)的目標(biāo)是創(chuàng)建一個將斷開連接的流程連接在一起的虛擬傳輸器。數(shù)字化可以方便地消除實物卡，通知上游工序生產(chǎn)。有關(guān)看板系統(tǒng)的更多信息，請閱讀TPS手冊。
觀察每個任務(wù)并定義實現(xiàn)零缺陷的期望結(jié)果所需的關(guān)鍵點的結(jié)果之一是看到許多改進過程的機會。只有真正理解了工作內(nèi)容，才能有效地改進流程。
豐田有一套關(guān)于使用自動化的指導(dǎo)方針。是在你完成了基本操作并手動地掌握了任務(wù)之后。
第一步:手動驅(qū)動，以人力換取機械動力。
第二步:手動進給到動力進給-這是更適用于車床和銑床，但也可以在沖壓看到。
第三步:自動停止，然后返回開始——這是你讓機器做一個循環(huán)，然后回到它的起點，為下一個部分做準(zhǔn)備。
第四步:自動卸載 —— 一旦循環(huán)完成，將一個部件彈出或移除是最容易添加到庫存的自動化操作。
第五步:自動加載——這是第一個更高層次的復(fù)雜性……要求將零件定位送至機器，并將其正確放置到夾具、夾具、卡盤或其他零件夾具中，使其具有足夠的精度，以滿足生產(chǎn)要求(速度)和質(zhì)量。
第六步:自動問題檢測——實際上有兩個層次;在產(chǎn)生缺陷后進行檢測，并檢測產(chǎn)生缺陷的可能性很高的條件。有一個不成文的期望，如果有缺陷的部分或條件存在，機器將停止。這一步的設(shè)計是為了消除機器的初始設(shè)定。(這個步驟是Jidoka的一部分，也就是豐田汽車的自主控制支柱。)
第七步:自動運輸——這應(yīng)該是最后一步;將一系列的自動化機器連接在一起，在不需要人工干預(yù)的情況下，通過多臺機器完成生產(chǎn)順序。有一種趨勢是，在一系列的機器有能力檢測它們自己的問題或產(chǎn)生高水平的加工能力之前，它們會先連接起來。
自動化是工廠數(shù)字化的一個步驟
自主就是“給自動化增加一個大腦和一個心臟”。
如果你已經(jīng)有一臺機器來做這項工作，但必須有一個操作員來照看(保姆)，以確保它工作正常，不會損壞(自身或工作)。
自主的第一步是添加安全功能，它可以檢測操作員可能發(fā)現(xiàn)的相同故障并停止機器。
第二步是了解每次破損的原因和方式，然后識別導(dǎo)致破損的非標(biāo)準(zhǔn)因素，并開發(fā)傳感器，在破損發(fā)生前停止機器，或移除產(chǎn)生破損的材料，使機器繼續(xù)運轉(zhuǎn)。這是把大腦植入機器。
第三步是給它一個心臟，或傳感能力，這就變成了一個動態(tài)的100%的工作檢查過程(最短的反饋回路將在工作過程中進行測量)。
具有感知能力可以創(chuàng)建數(shù)據(jù)。您的選擇是這些信息對于后續(xù)步驟或后續(xù)決策是否有用，以及數(shù)據(jù)以何種形式有用。
精益轉(zhuǎn)型的一部分就是讓所有的東西都在它的位置上，所有的東西都放在一個地方，避免浪費時間到處尋找東西或信息。與叫車應(yīng)用一樣，數(shù)字化可以減少在生產(chǎn)環(huán)境中了解事物位置和數(shù)量的障礙。把它作為一個額外的工具，幫助你根據(jù)事實做出正確的決定，而不是去猜測或?qū)ふ也牧匣蛐畔ⅰ?/p>
做這些基礎(chǔ)工作將發(fā)現(xiàn)許多需要解決的問題(機會)，以從您的數(shù)字化工作中獲得全部價值。這并不是實現(xiàn)工業(yè)4.0的路線圖，它的目的是指出如何構(gòu)建基本結(jié)構(gòu)來開始利用數(shù)字工具。
數(shù)字化要一盤棋更要各自為戰(zhàn)
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