精益生产和物流自动化外文翻译资料

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精益生产和物流自动化

伯纳多·尼科莱蒂

意大利罗马大学采购硕士

info@bernardonicoletti.com

摘要：本文介绍了如何在先进技术的支持下，利用精益六西格玛来同时优化和自动化生产和物流过程，以提高质量、减少浪费和提高敏捷性的精益和自动化方法。该方法基于一项研究，该研究表明，为了将精益六西格玛最佳地应用于生产和物流，还应考虑到先进自动化的可能使用，对新流程进行改进。这些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践例子，具有理论依据。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

经济危机促使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到这一点。精益六西格玛结合了两种截然不同的方法[1]：六西格玛，有助于减少缺陷数量和输出变化，精益思维，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优异的效果。在优化该方法中未包含的过程中，还有另一个非常重要的方面，即过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。这种方法通常假定生产量不变。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，使其同时实现敏捷和精益。在不同类型的组织中积累了丰富的经验，并在生产和物流流程设计和管理、工具和数字化技术[2]方面进行了多项研究工作，这种方法清楚地展示了在任何生产和物流组织中整合业务流程改进和自动化方法的活动顺序。

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（Lean Six Sigma）包括一套原则和工具，有助于识别和稳定消除浪费（Muda），减少流程输出中的缺陷和可变性，生产和物流中的质量和成本是战略要素[1]，在现代，灵活性至关重要。在生产和物流领域，需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，并将其应用于重新设计的流程。

精益六西格玛实施提供了几个好处，其中包括：成本降低、生产率提高、质量改进、交付周期缩短、供应减少和客户满意度提高。精益思想已经通过精益生产研究应用到生产环境中，然而，这些研究没有考虑到越来越多的新技术。实际上，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了对比，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，也有一些在自动化方面过度投资的例子，它们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），

仅靠自动化来提高性能仍不确定[4]。这就是为什么自动化必须是灵活的，并与流程的改进相联系。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促成因素。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、质量和灵活性问题；
• 策略：定义需要改进的流程和计划；

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：定义谁以及如何管理项目；组建团队；
• 客户的声音：倾听客户的声音（Voc）；
• 指标：将VoC转化为关键质量（CtQ）因素；
• 原样：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：定义改善干预计划。

宏观阶段3：建筑设计

• 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：实施和测试选择的解决方案；
• 变革管理：管理变革；
• 部署：实施所选的解决方案；
• 文件：发布/更新新自动化流程的文件；

宏阶段5：验证

• 验证：控制改进，
• 利益：评估外部和内部利益；
• 经验教训：从倡议中学习；
• 庆祝：承认团队的工作；
• 可选宏阶段6：在类似情况下复制
• 卷展：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。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，改进最相关的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，以节约成本和优化业务流程。

我们声明，从机器自动化转向过程自动化非常重要。加工中心是复杂的计算机数控机床，可以在同一位置使用各种工具进行铣削、钻孔、攻丝和镗孔操作。他们仍然处于孤立状态。一个重要的发展是自动化整个过程，而不仅仅是其中一个组件。为了实现这一目标，必须整合不同的机器或整个生产周期。本文集中讨论了一种基于四种技术的架构，这四种技术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；以及业务流程智能。

以下各节对每种技术进行了定义，并分析了每种技术及其对流程改进的可能贡献。它们的实现应该分几代进行，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接口^[3]。

4.1 IoT

物联网（IoT），也称为机器对机器（M2M），指的是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极好的方式，可以为与供应商的合作增加灵活性和投资节约[8]。物联网的一种变体是使用ZigBee网络。

4.2 RFID

射频识别（RFID）是利用无线非接触系统，允许射频电磁场从附着在物体上的标签传输数据。其目的是自动识别、可能的数据存储，以及追踪。与条形码不同，标签不需要在阅读器的视线范围内。它可能嵌入到被跟踪的对象中。在产品制造过程中，贴在产品上的RFID标签可以用来跟踪产品在生产线上的进度。在过去几年中，有三个关键因素推动了RFID使用的显著增加：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，其特点是高容量、多样性（结构化和非结构化），以及速度（就访问速度而言）非常复杂，以至于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。

数据集的规模不断扩大，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、摄像头、麦克风、射频识别阅读器和无线传感器网络越来越多地收集到数据集。

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，还关注于管理流程。通过他们的数据和工作流程，这与传统的商业智能不同。

BPI还支持分析，生成统计数据、报告和仪表盘。它们允许更好地了解流程。例如，在生产中，分析工具允许分析KPI并帮助采取措施。

4.5 灵活的集成技术

随着传感器技术和网络技术的发展，计算机系统（或机器）正在变得能够通过与其他机器进行通信来收集关于现实世界的信息，而无需人类的任何帮助。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。如今，虚拟化和云技术已经实现了物联网云或ZigBee网络，在该网络中，与各种设备的通信以及大数据和BPI的收集、存储和使用等所有功能都可以集中管理。这些云具有以下特征：

（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，使用电子看板将看板卡替换为RFID标签。这允许完全自动化过程状态的“识别”，具有更高的可靠性，且无需操作员干预[10]和[11]。电子看板可以降低在制品（WIP）的库存水平，保持严格控制，并与供应商整合。

另一个应用是使用自动化传感器、无线网络和大数据

更新数字广告牌。这允许组织实施所谓的

Andon并允许对消息进行快速更改[1]。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含音频警报、文本或其他显示。

图2.最终的架构

最终的架构如图2所示。建造需要时间。重要的是要有一个愿景，一个人想要到达哪里，然后建立一个多代计划。每一代人本身都将带来巨大的利益。最后一代人将所有组件整合在一起，并收获协同效应。

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。

• RFID可以带来过程中自动感知的好处。
• 物联网可以促进价值流中活动的灵活整合；
• 大数据可以通过增加客户需求的智能，帮助客户拉动流量；
• BPI可以带来商业智能与流程工作流管理相结合的好处。
• 所有这些技术和流程的改进都可以增加价值，这得益于它们的特点：可追溯性、可视性、记忆性和定位/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、测量并验证：
  • 管理组件（即工具）的生命周期；
  • 遵守；;
  • 日常维护和非日常维护计划；
  • 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；
  • 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；
  • 纸质储蓄。
• 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；
  • 改善关键数据的沟通。

通过改进搜索时间、等待时间和移动，新的架构尤其有助于减少精益六西格玛中列出的七大浪费中的一些，例如等待时间；通过识别非标准部件、任何故障或盗窃，减少维修/错误/故障，并帮助分析根本原因；减少库存，通过鉴定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意义，我们报告了两个案例研究的摘要，比较了使用先进技术和不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，我们都分析了塑料材料热通道加工和生产的十个工作站的2500个工具库存管理。其中一家公司将RFID标签应用于加工中心的刀架锥体。BPI软件用于分析和管理流程。

机器一侧的工具管理中可能存在的低效问题是其可能的损坏、数据输入和工具设置的时间。

工具方面可能存在的低效问题包括：找到合适工具的时间、工具使用寿命的缩短、工具库存规模过大、工具选择不当以及历史信息的丢失。<!--

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