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精益和自动化制造和物流

贝尔纳多·尼科莱蒂

采购硕士，罗马交通大学，意大利罗马

info@bernardonicoletti.com

摘 要

本文介绍了在一些先进技术的支持下，利用精益六西格玛实现生产和物流过程的精简和自动化，以提高质量，减少浪费，提高敏捷性的精益和自动化方法。这种方法是基于一项研究，该研究表明，为了将精益六西格玛最好地应用于生产和物流，应该改进新工艺，同时考虑到可能使用先进的自动化。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中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引言

经济危机促使这些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。生产和物流流程的重新设计必须考虑到这一必要性。精益六西格玛结合了两种不同方法的优点[1] : 六西格玛有助于减少缺陷的数量和产出的变化，精益思维有助于减少周期时间。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卓越的成果。在优化过程中还有一个极其重要的方面没有包括在这种方法中，那就是灵活地整合过程和它们的活动。精益方法包括流的原则。实现流动的秘诀是平衡过程中的工作。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。

精益和自动化旨在同时简化和自动化生产和物流流程，使他们敏捷和精益的同时。根据在不同类型组织中的长期经验以及在生产和物流过程设计和管理以及工具和数字化技术方面的一些研究工作[2] ，这种方法清楚地显示了在任何生产和物流组织中整合业务过程改进和自动化方法的活动顺序。

2文献综述

精益六西格玛包括一套原则和工具，有助于识别和稳定消除废物(Muda) ，减少过程产出的缺陷和可变性生产和物流中的质量和成本是战略要素[1] ，灵活性在现代是至关重要的。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获得这些技术，并将其应用于重新设计的过程。

精益六西格玛的实施提供了几个好处，其中包括: 降低成本、提高生产力、改进质量、缩短交货期、减少供应以及改善客户满意度。精益思维已经通过精益生产研究应用到生产环境中，然而，这些研究并没有考虑到越来越多可用的新技术。事实上，Sugimori等人认为，使用自动化进行生产会带来不必要的成本，生产过剩和不确定性[3]。这一理论与80年代以来的趋势形成鲜明对比，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非常大。高度自动化的组织不太容易受到手工作业的典型问题的影响。然而，在自动化方面的过度投资已经恶化了灵活性和应对需求变化的能力(80年代的通用汽车; CIM)。

单靠自动化来能否提高性能仍然不确定[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]将特定的传感器技术(RFID)应用于制造过程。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[6]。归纳推理用于提出一个概念框架，以便在精益六西格玛方法的开发和进一步支持中使用先进技术。采用的主要研究方法是多案例研究。研究的科学基础是来自生产和物流管理的文献，重点是先进的自动化技术[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21阶段是可选的。

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：解决有效性，效率，经济性，质量和灵活性;
• 战略：确定要改进的流程和计划;

宏阶段 1：定义和度量

• 启动：启动项目并通知利益相关者;
• 治理：定义谁以及如何管理项目;成立团队;
• 客户之声：倾听客户心声（Voc）;
• 指标：将 VoC 转化为质量关键（CtQ）因子;
• As-Is: 绘制现有流程图；

宏观阶段 2：分析和流程设计

• 精益：定义如何在研讨会期间改进流程;
• 改善计划：定义改进干预计划。

宏阶段 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：实施和测试所选解决方案;
• 变更管理：管理转型;
• 部署：实施所选解决方案;
• 文档：发布/更新新的自动化流程的文档;

宏阶段 5：验证

• 验证：控制改进，
• 福利：评估外部和内部利益;
• 吸取的教训：从倡议中吸取教训;
• 庆祝：感谢团队的工作;

可选的宏阶段 6：在类似情况下复制

bull; 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.这通常会导致需要技术变革。

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。流程 改进不应该由问题引发，而应该是组织文化的一部分。

4不断变化的环境

对生产趋势的研究表明，最相关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。加工中心是精密的计算机数控机床，可以使用各种工具在同一位置执行铣削，钻孔，攻丝和镗削操作。他们仍然被孤立。一个重要的发展是自动化整个过程，而不仅仅是其组件之一。为了实现这一目标，必须整合不同的机器或生产周期的整个部门。本文重点介绍了一种基于四种技术架构的架构，这些架构可以在这方面有所帮助：物联网（IoT），传感器技术，无论是条形码还是RFID;大数据;和业务流程智能。

以下各节定义了这些技术中的每一项，并分析了每一项技术及其对流程改进的可能贡献。它们的实现应该根据几代来完成，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]。

4.1物联网

物联网（IoT），也称为机器对机器（M2M），是指允许无线和有线系统与其他设备通信的技术。这种通信可以通过让远程机器网络中继信息回中心集线器进行分析来实现。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，是为与供应商的合作增加灵活性和节省投资的绝佳方式[8]。物联网的一个变体是使用ZigBee网络。

4.2 无线射频识别

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。它可能嵌入到跟踪的对象中。在产品制造过程中附着在产品上的RFID标签可用于跟踪其通过生产线的进度。在过去几年中，三个关键因素推动了RFID使用的显着增加：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提高[9]。

4.3大数据

大数据是一组数据，其特点是大量、多样（结构化和非结构化）和速度（就访问速度而言）如此复杂，以至于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变得困难。

数据集的规模不断扩大，部分原因是它们越来越多地被信息传感移动设备、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（BPI）是一种创新方法，不仅专注于衡量和报告，还专注于管理流程。通过他们的数据和工作流程，与传统的商业智能不同。

BPI还支持分析，包括生成统计信息，报告和仪表板。它们可以更好地查看流程。 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 柔性整合技术

随着传感器技术和网络技术的发展，计算机系统（或机器）变得能够通过与其他机器通信来收集有关现实世界的信息 ，而无需人类的任何帮助。在约定俗成的物联网系统中，用于从机器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实现了物联网云或ZigBee网络，其中所有功能，如与various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。这些云具有以下功能：

（1）数据收集和存储：物联网云可以与任何设备通信，收集，存储数据和管理 设备。由于有大量可用的信息，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，并且没有操作员干预[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，无线网络和大数据来更新数字账单。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，以便可以纠正问题。一些现代警报系统包含音频警报、文本或其他说明。

图 2. 最终架构

最终的体系结构如图2所示。构建需要时间。重要的是要有一个关于想要到达的地方的愿景，然后建立一个多代计划。每一代人本身都会带来巨大的好处。最后一代将所有组件聚集在一起，并产生协同效应。

5新技术对精益和自动化方法的支持

这种架构允许它获得获得灵活集成的优势。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 can在过程中带来了自动传感的优势。
• 物联网可以提高价值流中活动的灵活集成;
• 大数据可以通过允许添加客户需求的智能来帮助使流程被客户拉动 ;
• BPI可以带来商业智能和流程工作流管理相结合的好处。

所有这些技术和流程的改进都可以增加价值，这要归功于它们的特性：可追溯性，可见性，内存和定位/本地化。精益和自动化可以改进精益六西格玛方法的以下宏观阶段：

• 定义和测量，并验证：
• 管理组件（即工具）的生命周期;例行和非例行维护计划;
• 合规
• 识别与特定批次相关的问题，并立即采取维护措施;
• 由于立即采取措施而改善了生产;
• 用于定义工艺改进和材料分析的统计数据来源;
• 组件上的标识和状态更改;
• 节省纸张。

bull;分析和流程设计：

• 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;
• 配置管理
• 改进关键数据的通信。

新架构可以通过改进搜索时间，等待和移动来帮助减少精益六西格玛中列出的七种浪费中的一些，例如等待时间;减少维修/错误/故障，这要归功于识别非标准组件，任何故障或盗窃，并帮助分析根本原因;减少库存，通过识别组件不好被逐步淘汰。

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，这些案例研究比较了使用先进技术与未使用先进技术的情况[12]。在这两种情况下，工程制造公司都被认为与另一项工作不同，每项工作都有一个或几个项目。这些产品是用于铝挤压的模具。在这两种情况下，我们分析了10个工作站的2500个工具库存的管理，用于塑料材料热通道的加工和生产。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。

机器侧面的工具管理可能存在效率低下的问题，包括它们可能损坏、数据输入和工具设置的时间。

工具方面可能存在的低效率的问题，包括工具使用寿命的缩短，工具库存的过大，工具选择不当以及历史信息的丢失。

先进的技术可能会影响以上列出的所有低效率。定量效益是整体设备效率的节约和提高-OEE，一种评估制造操作使用效率的指标体系[13]，OEE基于三个独立但可测量的组件:可用性、性能、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，减少了数据输入中的计划外事件和错误;在机器之间实施工具共享政策的可能性;选择正确的工具：减少机器停机时间并行操作和搜索正确的工具，零件程序的读取和预设。从定量的角度来看，先进的技术使每个加工中心的OEE平均值增加了27%[12]。

7结论

精益和自动化

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