基于精益體系打造智能工廠

□文/李永剛

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基于精益體系打造智能工廠

□文/李永剛

目前我國正大力推進(jìn)“中國制造2025”和智能制造，這是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的路徑和目標(biāo)。而精益管理是全球最優(yōu)秀的生產(chǎn)制造運(yùn)營管理系統(tǒng)，通過精益管理體系的運(yùn)行，可以大幅提高企業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)，降低產(chǎn)品制造成本。大量案例證明，精益是智能制造的基礎(chǔ)，基于精益的生產(chǎn)信息化系統(tǒng)、基于精益的智慧工廠產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)、基于精益的自動(dòng)化設(shè)備配置均可使企業(yè)以最少的投資獲得最大的收益。

筆者一直從事制造生產(chǎn)運(yùn)營咨詢和信息化咨詢服務(wù)，十幾年來走訪了國內(nèi)千余家制造企業(yè)，最近幾年越來越深切地感受到目前中國制造業(yè)面臨的巨大壓力。舉個(gè)最直觀的例子，一些如New Balance、Nike、Adidas 的知名運(yùn)動(dòng)鞋已經(jīng)不在中國生產(chǎn)，而全部將工廠遷到了越南和馬來西亞。鄰國印度的勞動(dòng)力成本比中國更低，正在模仿中國在過去十幾年的發(fā)展之路，也正在向中國這個(gè)“世界制造中心”的地位發(fā)起挑戰(zhàn)。

中國制造業(yè)面臨的壓力

很多人認(rèn)為，我國的制造業(yè)成本與發(fā)達(dá)國家相比依然具有比較優(yōu)勢(shì)，實(shí)際情況并非如此。在美國西南部地區(qū)，工人工資比我國略高，但廠房租金、運(yùn)輸成本、汽油價(jià)格、稅收更低，銀行貸款更加便利，而企業(yè)的管理水平和成本控制能力更強(qiáng)，已使美國西南部地區(qū)的制造成本低于中國沿海地區(qū)。

在裝備制造業(yè)，雖然高鐵和環(huán)保領(lǐng)域的市場(chǎng)還能夠持續(xù)增長，并為裝備制造企業(yè)帶來不斷增加的訂單，但冶金、煤炭、礦山行業(yè)的裝備制造業(yè)訂單，正在大幅下滑。以河北省為例，因?yàn)橐獕嚎s6000萬噸鋼鐵產(chǎn)能，很多冶金裝備企業(yè)已經(jīng)減少了40％～70％的訂單，企業(yè)生存十分困難。

2015年初，汽車行業(yè)進(jìn)入產(chǎn)能過剩階段，不少汽車品牌出現(xiàn)銷售收入斷崖式下滑的情況。在汽車產(chǎn)業(yè)成本、品質(zhì)和供應(yīng)鏈管理方面，我國汽車企業(yè)落后于日本和美國。一位汽車行業(yè)協(xié)會(huì)的高管說，“世界上先進(jìn)的國家都只有兩三個(gè)汽車品牌，而中國有上百個(gè)品牌，最終很多品牌會(huì)被淘汰出局，也許最終只會(huì)留下三到五家企業(yè)?！?/p>

李永剛 理恩咨詢總裁

低成本低在哪里？

在企業(yè)競(jìng)爭中，如果企業(yè)能夠在產(chǎn)品或服務(wù)上創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)與競(jìng)爭對(duì)手的差異化，例如像蘋果、谷歌一樣拿出一款顛覆性的產(chǎn)品，讓競(jìng)爭對(duì)手無法企及從而可賺取高額利潤。而另一條路則是讓企業(yè)努力做到成本領(lǐng)先，如豐田公司不斷降低全產(chǎn)業(yè)鏈的成本，從而在競(jìng)爭中勝出。

豐田是全球范圍內(nèi)低成本戰(zhàn)略貫徹最佳的企業(yè)，豐田高管認(rèn)為，如果成本低到已經(jīng)迫使對(duì)手在成本線上出售產(chǎn)品，不出幾年，對(duì)手將被迫出局。中國大多數(shù)制造企業(yè)在短時(shí)間內(nèi)難以構(gòu)建出像美國企業(yè)一樣的創(chuàng)新產(chǎn)品能力，如何降低成本來提高競(jìng)爭力，成為眾多制造企業(yè)的選擇。

說到低成本，普遍認(rèn)為要節(jié)約材料和人工，但恰恰在這兩方面的成本很難節(jié)約。2009年，美國汽車企業(yè)陷入困境。在那一年，通用公司、克萊斯勒公司相繼宣告破產(chǎn)、福特被迫出賣了SUV事業(yè)部。在通用宣告破產(chǎn)時(shí)候公布的數(shù)據(jù)表明，同級(jí)別的一款汽車，通用會(huì)比豐田的成本高出1000～2000美元。

無論是豐田還是其他汽車制造企業(yè)，其汽車配件以及采購價(jià)格差異并不大。豐田又采用終身雇傭制，每年都會(huì)為員工加薪，一旦員工堅(jiān)持在企業(yè)工作滿三十年，即會(huì)有一筆非常高昂的獎(jiǎng)勵(lì)，可見豐田的人工成本并不低。那么成本究竟省在了哪里？

豐田的秘密就在于“零庫存”。通過輔導(dǎo)各級(jí)供應(yīng)商，豐田幫助他們實(shí)現(xiàn)了接近每年五十次的庫存周轉(zhuǎn)。這與國內(nèi)汽車企業(yè)有巨大差異。

由于國內(nèi)汽車制造企業(yè)對(duì)一級(jí)供應(yīng)商的壓力，零部件需要放在整車廠內(nèi)代管，裝配之后才記入賬期，記賬以后還要拖欠一級(jí)供應(yīng)商3個(gè)月賬期。零部件廠的生產(chǎn)周期又偏長，不能滿足整車廠每天計(jì)劃的調(diào)整，整車廠還需備一些成品或半成品以應(yīng)對(duì)變化。因此中國大多數(shù)一級(jí)汽車零部件供應(yīng)商的資金周轉(zhuǎn)大約為一年兩次。如果一個(gè)企業(yè)的資產(chǎn)是1億元，一年兩次的周轉(zhuǎn)所需占?jí)航咏?000萬元資金。而豐田通過每年五十次的庫存周轉(zhuǎn)，可以讓占?jí)嘿Y金減少至200萬元，這將釋放一筆巨大的流動(dòng)資金。

被占?jí)旱?800萬元資產(chǎn)，一方面需占用企業(yè)的庫房或作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，將繼續(xù)耗費(fèi)至少總資產(chǎn)2％以上的費(fèi)用，同時(shí)還需要包裝物、覆蓋物、叉車、燈光、照明、管理人員等費(fèi)用，如果涉及貸款，還會(huì)產(chǎn)生財(cái)務(wù)費(fèi)用和貸款利息。

筆者認(rèn)為，庫存賬面金額的25％～35％是因庫存而形成的企業(yè)利潤損失或直接成本。雖然各個(gè)行業(yè)的具體比例不同，但中國制造企業(yè)在資金周轉(zhuǎn)方面，普遍弱于國際競(jìng)爭對(duì)手。當(dāng)前中國制造企業(yè)絕大多數(shù)還不具備輔導(dǎo)供應(yīng)商的能力，而企業(yè)優(yōu)先應(yīng)做到縮短開料到產(chǎn)品完成的周期。

制造周期的縮短，其實(shí)對(duì)應(yīng)庫存資金降低、資金周轉(zhuǎn)率的提高，同時(shí)給企業(yè)帶來的一個(gè)價(jià)值就是面向市場(chǎng)的反應(yīng)速度加快。例如國際知名服裝品牌zara，其從完成款式設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)銷售僅需十二天，留給生產(chǎn)的時(shí)間僅有1～2天。

優(yōu)化計(jì)劃生產(chǎn)物流供應(yīng)的組織架構(gòu)和管理流程，是目前制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“零庫存”的有效方法。龍工路面機(jī)械在經(jīng)過優(yōu)化后，大大提升了生產(chǎn)周期并節(jié)省了成本。

圖1　工廠生產(chǎn)物流控制及轉(zhuǎn)換節(jié)奏改造

圖1中展示了龍工工廠內(nèi)改造之前的情況，一臺(tái)機(jī)床邊有30箱物料，數(shù)百名工人每人按自己習(xí)慣的生產(chǎn)順序生產(chǎn)，對(duì)工廠整體的協(xié)同運(yùn)作是否高效，裝配時(shí)是否缺少零件，是否能夠減少庫存并不關(guān)心，工廠也缺乏相對(duì)完善的約束機(jī)制。

如果構(gòu)建一個(gè)可以按照市場(chǎng)節(jié)奏運(yùn)作的部門架構(gòu)和流程，對(duì)工人也是一個(gè)挑戰(zhàn)。市場(chǎng)變化很快，單品種生產(chǎn)量變小，需要頻繁更換模具、刀具，增長了時(shí)間卻減少了生產(chǎn)量，將對(duì)工人造成很大困擾。

這需要重新規(guī)劃工廠布局，考慮設(shè)備銜接、物流方式、品種切換等是否合理，也即是所謂的精益生產(chǎn)。提到精益生產(chǎn)，其目標(biāo)就是讓生產(chǎn)過程變快，并提高整個(gè)企業(yè)物流的節(jié)奏。

圖1中龍工工廠經(jīng)過初步改進(jìn)，雖然加工一個(gè)物料的時(shí)間很短，但是將所有物料加工完再移走耗費(fèi)了較長時(shí)間，如果有多個(gè)工序同時(shí)加工，加工時(shí)間將變得更長。這樣的生產(chǎn)方式導(dǎo)致大量的物料和半成品要在工廠等待，因此一些企業(yè)從鋼板開料到整機(jī)下線需30天之久。而經(jīng)過組織體系、流程、生產(chǎn)轉(zhuǎn)換方式持續(xù)優(yōu)化后，從鋼板開料到整機(jī)下線只需要5～7天。對(duì)于年銷售收入20多億元的龍工路面機(jī)械來說，意味著將為在制品資金節(jié)約2億元，更意味著會(huì)給企業(yè)帶來6000萬元左右的利潤。

精益是智能制造的基礎(chǔ)

需要強(qiáng)調(diào)的是，中國制造企業(yè)的發(fā)展，一定不能跳過精益管理這一基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而中國制造企業(yè)在接觸到信息化和智能化后，則可很容易跳過這一環(huán)節(jié)。德國經(jīng)歷了20多年的精益管理準(zhǔn)備，因?yàn)槿斯こ杀靖吆屠淆g化的背景，很早便開始學(xué)習(xí)日本企業(yè)消除浪費(fèi)、提高效率。而未來需要在信息化方面加大投入，再運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)去貼近智能化。

德國的工業(yè)4.0構(gòu)建了一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的智能、快速、自動(dòng)化、個(gè)性化的協(xié)同模式，這樣的協(xié)同使得從客戶提出個(gè)性化要求、產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)到最終交貨更加迅速。但這樣做是否能夠真正降低成本？企業(yè)是否更具競(jìng)爭力？是值得探討的問題。德國幾家知名企業(yè)表示，通過未來15年的努力將有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0。

西方工業(yè)化基礎(chǔ)深厚，泰勒在1911年即提出并完善了科學(xué)管理體系，強(qiáng)調(diào)用秒表計(jì)算定額及優(yōu)化作業(yè)。此后，美國在50年代推出工業(yè)工程，豐田在上述基礎(chǔ)上形成的豐田生產(chǎn)方式，將制造的生產(chǎn)物流管理水平和質(zhì)量水平推向了新的高度。德國的工業(yè)4.0是站在德國企業(yè)堅(jiān)持25年學(xué)習(xí)應(yīng)用日本精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，與信息化、自動(dòng)化結(jié)合后提出的理念，德國幾家領(lǐng)先的企業(yè)也宣稱，還需15年的時(shí)間實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0?？梢姽I(yè)化的管理基礎(chǔ)，是制造企業(yè)不能繞過的“檻”。

打造精益體系智能工廠的路徑

車間是否智能化、設(shè)備是否自動(dòng)化、部門間協(xié)同是否高效，都是支撐企業(yè)更加高效、協(xié)同、成本更低的支柱，是最終達(dá)成低成本、短周期的快速反應(yīng)戰(zhàn)略的具體方式和方法。

假如一個(gè)全自動(dòng)化的工廠車間，品種切換反應(yīng)不夠迅速或設(shè)備投入產(chǎn)出不劃算，就不是一個(gè)具有競(jìng)爭力的方案。

在單調(diào)重復(fù)的作業(yè)環(huán)節(jié)若用自動(dòng)化設(shè)備替代人工，即是較好的選擇。以目前的技術(shù)和成本來看，復(fù)雜多變的環(huán)節(jié)用全自動(dòng)化的方案投入過大產(chǎn)出效益不足，人機(jī)結(jié)合的方案更加高效率和低成本。

筆者認(rèn)為，中國制造企業(yè)試點(diǎn)智能工廠(車間)需要產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同和優(yōu)化的基礎(chǔ)。

管理基礎(chǔ)的優(yōu)化是第一步。包括組織設(shè)計(jì)要合理，流程要順暢，設(shè)備、物流關(guān)系要合理，流轉(zhuǎn)和切換要流暢。

管理流程要合理、內(nèi)部信息化要深入，部門間需要協(xié)同。部門協(xié)同靠ER P，車間各環(huán)節(jié)的協(xié)同靠MES。

簡單、重復(fù)、繁重、單調(diào)的作業(yè)環(huán)節(jié)較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而需要復(fù)雜判斷和非常頻繁切換品種的環(huán)節(jié)對(duì)智能化要求過高、投入產(chǎn)出并不一定合理，要慎重考慮推行智能化。

僅有自動(dòng)化是不夠的

智能車間改造是優(yōu)先展開的，政府的扶持力度也很大。但應(yīng)該注意，智能不應(yīng)只是生產(chǎn)物流體系的自動(dòng)化，而應(yīng)將優(yōu)化后的管理流程、先進(jìn)的生產(chǎn)物流布局和運(yùn)作方式相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的自動(dòng)化應(yīng)用，才能讓智能工廠高效、低成本且更加靈活。

圖2　智能工廠-信息化與自動(dòng)化集成的結(jié)構(gòu)和功能劃分/分級(jí)

如圖2所示，在生產(chǎn)線管理、物流管理、模具管理、質(zhì)量管理與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)團(tuán)隊(duì)之間，建立了一個(gè)新一代智能MES（智能制造執(zhí)行）系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)工廠的智能化協(xié)同。ER P實(shí)現(xiàn)部門間的系統(tǒng)協(xié)同和財(cái)務(wù)記賬，MES實(shí)現(xiàn)車間各班組間的協(xié)同，以及模具、物流、質(zhì)量檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)的密切配合。

這樣的系統(tǒng)，既包括接到訂單后的生產(chǎn)科學(xué)排程，也包括現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)變調(diào)度以應(yīng)對(duì)設(shè)備故障、人員缺崗等臨時(shí)性問題。在智能計(jì)劃、智能調(diào)度、智能協(xié)同的基礎(chǔ)上，快速實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集和分析，組合起來才是制造執(zhí)行系統(tǒng)的核心價(jià)值。

綜上所述，我國制造業(yè)過程管理、員工考核、流程約束現(xiàn)在都比較松散，工廠布局、設(shè)備布局傳統(tǒng)落后，物流體系、品種切換體系缺失，信息化應(yīng)用層次較膚淺，自動(dòng)化還處于起步階段，我們還處在工業(yè)2.0到工業(yè)3.0的進(jìn)程中。距工業(yè)4.0的目標(biāo)距離雖遠(yuǎn)、但行動(dòng)卻不能遲緩，需打牢精益基礎(chǔ)、并做好信息化。

企業(yè)需要高度協(xié)同的生產(chǎn)物流組織架構(gòu)及流程，以實(shí)現(xiàn)計(jì)劃生產(chǎn)物流組織的高度協(xié)同而非各自為戰(zhàn)。同時(shí)需要新的物流體系、品種切換體系，以適應(yīng)市場(chǎng)的紛繁變化而并非預(yù)投多投。企業(yè)也需要先進(jìn)的智能制造管理軟件平臺(tái)，將管理體系智能化、數(shù)字化和可視化。工廠的物流節(jié)奏和管理業(yè)務(wù)流程都能協(xié)同高效，企業(yè)從投料到產(chǎn)出的時(shí)間才能明顯縮短，面向市場(chǎng)的敏捷反應(yīng)體系才能構(gòu)建，企業(yè)也才能擁有產(chǎn)品生產(chǎn)短周期、快周轉(zhuǎn)、低成本、高品質(zhì)的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。