工業(yè)工程與智能制造集成的企業(yè)增效轉(zhuǎn)型模式

□ 向 艷 □ 蔣國璋 □ 張翰庭 □ 周哲浩

1.武漢科技大學(xué)冶金裝備及其控制教育部重點實驗室 武漢 4300812.武漢科技大學(xué)機械傳動與制造工程湖北省重點實驗室 武漢 430081

1 研究背景

在智能制造時代的大環(huán)境下,國家要貫徹新發(fā)展理念,加快構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局。工業(yè)工程在我國的發(fā)展面臨許多挑戰(zhàn),與發(fā)達國家相比還存在一定差距,企業(yè)層面對工業(yè)工程還不夠了解,缺乏工業(yè)工程意識,工業(yè)工程缺位明顯[1]。

智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng),在制造過程中可以進行智能活動,如分析、推理、判斷、構(gòu)思、決策等。智能制造彰顯人、機、物的自動化、信息化、數(shù)字化、工業(yè)化融合,核心是智能化的深度人工智能化,也就是智能信息化。工業(yè)工程采用科學(xué)的原理和方法來提高系統(tǒng)效率,核心是效率科學(xué)。制造是工業(yè)工程的主戰(zhàn)場,工業(yè)化使工業(yè)工程更有用武之地,智能制造的發(fā)展應(yīng)當具備工業(yè)工程思想。由此,筆者提出工業(yè)工程與智能制造集成的企業(yè)增效轉(zhuǎn)型模式。

德國“高技術(shù)戰(zhàn)略2020”、日本“再興戰(zhàn)略”、法國“新工業(yè)法國”、美國“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”等說明智能制造已成為一種國家戰(zhàn)略,智能信息化是未來我國制造業(yè)的發(fā)展方向。筆者對某市133家企業(yè)進行智能制造摸底調(diào)研,并選擇46家企業(yè)進行實地調(diào)研。通過對不同企業(yè)進行調(diào)研和分析,確認不同行業(yè)、不同企業(yè)發(fā)展不平衡凸顯,并存在智能制造大力發(fā)展階段面臨的共性問題,包括關(guān)鍵共性技術(shù)和核心裝備受制于人,智能制造標準、軟件、網(wǎng)絡(luò)、信息安全基礎(chǔ)薄弱,智能制造新模式成熟度不高,系統(tǒng)整體解決方案供給能力不足。企業(yè)需要與時俱進,擁抱智能制造時代。我國工業(yè)工程創(chuàng)新面臨國家重大戰(zhàn)略需求[2],從工業(yè)工程創(chuàng)新理論方法和實踐出發(fā),建立智能制造時代下適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的我國工業(yè)工程創(chuàng)新模式勢在必行,這同時也是工業(yè)工程人的責(zé)任。

2 工業(yè)工程概述

隨著當前世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步,企業(yè)面臨著越來越嚴峻的考驗,效率是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新的主旋律。企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級必須以效率提升為出發(fā)點,分解與效率提升相關(guān)的因素,借助智能制造時代各種先進的技術(shù)來促進各個因素發(fā)揮作用,以系統(tǒng)化提升企業(yè)的運營效率,實現(xiàn)企業(yè)的最大化盈利。圍繞以上思路,企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級才能見效,邁向成功。工業(yè)工程是將效率與效益作為最重要訴求的一門學(xué)科,是發(fā)達國家工業(yè)界最為重視的技術(shù)之一。以汽車行業(yè)為例,工業(yè)工程的基本功能與內(nèi)容如圖1所示。工業(yè)工程在企業(yè)中的應(yīng)用涉及制造、物流、數(shù)據(jù)分析等多方面,是提升企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級效率的武器[3]。

在智能制造的環(huán)境下,工業(yè)工程的理念與我國新時代的創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大新發(fā)展理念高度契合。創(chuàng)新與工業(yè)工程中持續(xù)改善相一致,協(xié)調(diào)與工業(yè)工程中軟件、硬件、技術(shù)、管理的融合相一致,綠色與工業(yè)工程中5S(整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)) 現(xiàn)場管理、安全工程、人因工程相一致,開放與工業(yè)工程中復(fù)雜系統(tǒng)、宏觀系統(tǒng)、中觀系統(tǒng)、微觀系統(tǒng)的集成相一致,共享與工業(yè)工程中信息、生產(chǎn)、服務(wù)轉(zhuǎn)化過程、成果共享相一致。

工業(yè)工程以提高效率為目標,綜合應(yīng)用各種專門知識和技術(shù),對由人、財、物、時間、信息等要素組成的集成系統(tǒng)進行規(guī)劃、設(shè)計、評價、創(chuàng)新。企業(yè)技術(shù)、管理與工業(yè)工程的關(guān)系如圖2所示。工業(yè)工程貫穿企業(yè)技術(shù)、管理的全過程,企業(yè)應(yīng)該緊跟創(chuàng)新和發(fā)展的時代主題,采用工業(yè)工程方法,提升智能化轉(zhuǎn)型升級的效率。

3 企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級效率提升

3.1 方法

在智能制造環(huán)境下,隨著研發(fā)投入的力度加大,企業(yè)需要考慮如何在向智能制造轉(zhuǎn)型升級過程中提升效率。在企業(yè)中應(yīng)用工業(yè)工程的技術(shù)和方法提升效率,進而獲得最佳的綜合效益,已經(jīng)逐漸得到各界的認可和重視。

第一種方法為組合創(chuàng)新法提升效率,將勞動、資本、設(shè)備、材料、能源、成本等單要素結(jié)合,組成多要素生產(chǎn)。

第二種方法為系統(tǒng)集成創(chuàng)新法提升效率,通過研究人、財、物、時間、信息、能源等,組成集成系統(tǒng),進行規(guī)劃、設(shè)計、評價、創(chuàng)新。

第三種方法為基于智能創(chuàng)新提升效率,具體過程為固化經(jīng)驗、形成知識、建立軟件工具。

3.2 工業(yè)工程應(yīng)用層面

工業(yè)工程包括一系列先進管理技術(shù),是對領(lǐng)軍企業(yè)生產(chǎn)、組織、管理技術(shù)等各項內(nèi)容的概括,對企業(yè)改善運營、管理、服務(wù)具有指導(dǎo)作用。企業(yè)在實際生產(chǎn)、管理、服務(wù)中涵蓋多方面工作,工業(yè)工程的應(yīng)用是為了提升企業(yè)的生產(chǎn)效率,主要應(yīng)用有三個層面。

(1) 組織層面,涉及生產(chǎn)、設(shè)計、研發(fā)、質(zhì)量、供應(yīng)、營銷等。工業(yè)工程在組織層面的應(yīng)用如圖3所示。在企業(yè)組織層面中應(yīng)用工業(yè)工程,持續(xù)改善的重點不僅僅停留在加工制造階段,而是拓展到從供應(yīng)、生產(chǎn)到營銷的所有環(huán)節(jié)。新的組織結(jié)構(gòu)以流程為導(dǎo)向,增加了管理的依據(jù)與來源,符合智能制造環(huán)境下組織結(jié)構(gòu)發(fā)展的新趨勢和精益生產(chǎn)的思想要求,提升了組織的效率和質(zhì)量。信息部和人力資源部通過強大的信息系統(tǒng)及時獲取各流程團隊的資源需求,保證各種所需資源高質(zhì)量、高效率的供應(yīng)[4]。在生產(chǎn)過程中,工業(yè)工程創(chuàng)新與計算機、統(tǒng)計學(xué)、運籌學(xué)等其它專業(yè)技術(shù)之間不斷交叉、融合,形成綜合的、集成的新技術(shù),并在生產(chǎn)過程中保證質(zhì)量,提升效率。應(yīng)用工業(yè)工程,流程的信息化程度顯著提升,大規(guī)模數(shù)據(jù)的自動生成使生產(chǎn)過程中物質(zhì)流、能量流、信息流的徹底量化成為現(xiàn)實。正是由于以上特點,現(xiàn)代工業(yè)工程技術(shù)在組織層面的應(yīng)用與以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)的精細化方法越來越緊密地聯(lián)系起來,組織結(jié)構(gòu)在協(xié)調(diào)能力、組織效率、先進性等方面都具有獨特的優(yōu)勢。

(2) 管理層面,涉及企業(yè)規(guī)劃、戰(zhàn)略發(fā)展、人力績效、財務(wù)成本。

(3) 服務(wù)支持層面,具體包括系統(tǒng)、設(shè)備、信息等。以提升企業(yè)效率為核心內(nèi)容,應(yīng)用工業(yè)工程,不同部門之間相互聯(lián)系與協(xié)調(diào),可以有機地組織各方面的工作。

3.3 思路

以提升企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級效率為出發(fā)點,結(jié)合工業(yè)工程方法,針對企業(yè)智能制造現(xiàn)狀,提出全要素生產(chǎn)率、質(zhì)量、創(chuàng)新聯(lián)合驅(qū)動的企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級增效思路。

(1) 全要素生產(chǎn)率驅(qū)動提升效率。我國企業(yè)正處于智能化轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵階段,企業(yè)經(jīng)營績效受到較大沖擊,一部分企業(yè)的經(jīng)營績效呈現(xiàn)斷崖式下降。經(jīng)濟增長來源于全要素生產(chǎn)率驅(qū)動,有關(guān)研究表明,全要素生產(chǎn)率對經(jīng)營績效影響的彈性因數(shù)為0.221,我國企業(yè)經(jīng)營績效的增長更多依賴于全要素生產(chǎn)率的驅(qū)動。工業(yè)工程創(chuàng)新方法從粗放方式、精細方式到精準細嚴,進一步細化管理標準,建立企業(yè)走向全要素發(fā)展的政策體系[5]。

4.建設(shè)綠色礦山是貫徹執(zhí)行相關(guān)規(guī)劃的要求?！墩憬〉V產(chǎn)資源規(guī)劃》《浙江省礦山復(fù)綠三年行動方案》《杭州市礦產(chǎn)資源規(guī)劃》《杭州市生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》等對綠色礦山建設(shè)目標及建設(shè)工作任務(wù)提出了具體的部署，要求在規(guī)劃期內(nèi)全市綠色礦山建成率達到100%，為切實完成規(guī)劃任務(wù)，需加快推進綠色礦山建設(shè)。

(2) 質(zhì)量驅(qū)動提升效率。精益管理是企業(yè)以質(zhì)量驅(qū)動提升效率的重要戰(zhàn)略,企業(yè)精益生產(chǎn)的運行、精益系統(tǒng)的打造、精益工廠的創(chuàng)建,都要追求創(chuàng)新發(fā)展,并且要有差異化,有自身的特色和品牌。將精益思想貫穿于整個體系創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新,運營模式由粗放管理向精益管理轉(zhuǎn)變,著力提升兩種能力,以質(zhì)量驅(qū)動提升效率。一是產(chǎn)品標準化。企業(yè)將研發(fā)、設(shè)計等各條線結(jié)合起來共同發(fā)力,通過產(chǎn)品庫的缺陷提前預(yù)警實現(xiàn)風(fēng)險前置,通過中段和后端補位解決問題,從真正意義上提升滿意度。二是運營管理標準化。企業(yè)在運營方面要通過不斷研究探索,在標準成本領(lǐng)域做到越來越準,形成企業(yè)自身獨特的成本體系,達到提效增利的目的,并且在運營過程中在功能性、敏感性等方面只增不減,在固定性方面做好持續(xù)改善工作。

(3) 創(chuàng)新驅(qū)動提升效率。企業(yè)應(yīng)鼓勵全員創(chuàng)新,造就企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的新引擎。圍繞解決現(xiàn)場問題、改善現(xiàn)場工況、提升產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益,從質(zhì)量、技術(shù)、研發(fā)、生產(chǎn)、市場、財務(wù)等方面對企業(yè)基礎(chǔ)現(xiàn)狀進行詳細調(diào)研,結(jié)合智能制造目標,對企業(yè)管理組織架構(gòu)及職能進行相應(yīng)調(diào)整,以符合未來戰(zhàn)略規(guī)劃,滿足方案實施的要求。同時針對企業(yè)需要解決的問題制訂總體規(guī)劃,使智能化管理遍及企業(yè)各車間。

4 工業(yè)工程與智能制造集成

工業(yè)工程與智能制造集成,就是將工業(yè)工程的理念和技術(shù)手段,以及信息技術(shù)、人工智能、智能制造等與企業(yè)管理的實踐相結(jié)合,不斷改善企業(yè)在智能制造轉(zhuǎn)型升級過程中的狀況,提高企業(yè)運行效率。一方面,工業(yè)工程為信息技術(shù)、人工智能、智能制造在企業(yè)中的應(yīng)用創(chuàng)造必要的條件和環(huán)境基礎(chǔ),實現(xiàn)管理與技術(shù)創(chuàng)新。另一方面,信息技術(shù)、人工智能、智能制造也將推動工業(yè)工程理論和技術(shù)不斷創(chuàng)新、發(fā)展[6]。

工業(yè)工程是一種技術(shù)加管理的綜合性技術(shù),職能涵蓋規(guī)劃、設(shè)計、改善、創(chuàng)新,應(yīng)用領(lǐng)域涉及企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級的各個方面。利用工業(yè)工程制訂精益供應(yīng)、精益設(shè)計、精益制造、精益管理融合的總體轉(zhuǎn)型規(guī)劃,推動企業(yè)系統(tǒng)化轉(zhuǎn)型升級,是工業(yè)工程的重要作用。

信息技術(shù)賦予智能制造靈魂,智能制造中的各種硬件設(shè)備與生產(chǎn)資源通過信息技術(shù)消除信息孤島,驅(qū)動整個制造資源的網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化運作,提高企業(yè)的信息流傳遞效率。

人工智能指系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)、信息、知識,形成類似于人腦的思維能力,如學(xué)習(xí)、推理、決策等。人工智能關(guān)系如圖4所示。

企業(yè)基于經(jīng)營決策的需要,對數(shù)據(jù)加工處理形成對決策有價值的具有時效性的信息,并對信息進行挖掘,使有價值的部分沉淀下來,與已知的知識體系相結(jié)合,轉(zhuǎn)變?yōu)橹R。知識與數(shù)據(jù)的融合將人工智能推向更廣泛的應(yīng)用,人工智能賦能智能工廠,是企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級的重要途徑。

5 案例

企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級規(guī)劃建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在智能工廠中,各應(yīng)用系統(tǒng)相互運作,會產(chǎn)生設(shè)計、工藝、制造、倉儲、物流、質(zhì)量、人員等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)來自企業(yè)資源計劃、制造執(zhí)行系統(tǒng)、高級計劃與排程系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)等,如圖5所示。在生產(chǎn)過程中,需要及時采集產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、加工精度、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù),并與訂單、工序、人員進行關(guān)聯(lián),以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全過程追溯。在規(guī)劃設(shè)計過程中,需要建立數(shù)據(jù)管理規(guī)范,用于保證數(shù)據(jù)的一致性和準確性。還需要預(yù)先考慮數(shù)據(jù)采集的接口規(guī)范,應(yīng)用監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[8]。必要時,企業(yè)還應(yīng)建立專門的數(shù)據(jù)管理部門,明確數(shù)據(jù)管理的原則和構(gòu)建方法,建立數(shù)據(jù)管理流程與制度,協(xié)調(diào)執(zhí)行中存在的問題,并定期檢查技術(shù)標準、流程和執(zhí)行情況[9]。

某科技城總體規(guī)劃如圖6所示。這一科技城將工業(yè)工程與智能制造集成,穩(wěn)步推進精益生產(chǎn)體系持續(xù)提升。企業(yè)以質(zhì)量可追溯、設(shè)備可感知、過程可管控、數(shù)據(jù)可分析、經(jīng)驗可學(xué)習(xí)為理念,進行技術(shù)架構(gòu)搭建,穩(wěn)步推進生產(chǎn)自動化、過程管控數(shù)字化、檢測智能化、供應(yīng)鏈管控網(wǎng)聯(lián)化,實現(xiàn)智能制造體系落地[10]。

在自動導(dǎo)引小車搬運系統(tǒng)路徑規(guī)劃中,采用雙通道環(huán)線行駛設(shè)計,一去一回,避免擁堵、等待、避讓,接駁點處設(shè)計正反向單通道,最少占用線邊空間。自動導(dǎo)引小車搬運系統(tǒng)效率計算見表1,采用這一設(shè)計方案,需要自動導(dǎo)引小車5～6臺,占用空間少,柔性化程度、標準化程度得到提升。

表1 自動導(dǎo)引小車搬運系統(tǒng)效率計算

倉庫管理系統(tǒng)與倉庫設(shè)備控制系統(tǒng)主要功能如圖7所示,倉庫管理系統(tǒng)的條碼管理、盤點管理、設(shè)備管理、訂單管理、周期管理、數(shù)據(jù)接口六大功能模塊如圖8所示。全面引入物料標簽射頻識別技術(shù),如圖9所示,貫穿整個存放、領(lǐng)用過程,管控實現(xiàn)庫存精細化,每個管控點通過標簽快速識別,提升操作反饋效率,取代庫存管控中的人工操作,優(yōu)化庫存管理流程。采用快速盤點模式,改變傳統(tǒng)的標簽打印、盤實物、對賬過程,變?yōu)橹苯訏呙鑼嵨?實時查看盤點進度,大幅提升盤點效率,見物對賬,知賬尋物。出入庫訂單按平臺數(shù)據(jù)執(zhí)行,并即時回傳,數(shù)據(jù)支持多種錄入方式。

這一總體規(guī)劃應(yīng)用工業(yè)工程與智能制造集成的企業(yè)增效轉(zhuǎn)型模式,在設(shè)計初期引入工業(yè)工程中的精益思想,借助新一代信息通信技術(shù)[11],通過工業(yè)軟件、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、智能技術(shù)和裝備的集成,幫助企業(yè)實現(xiàn)縱向、橫向融合集成的各類智能化解決方案。這一總體規(guī)劃在智能化轉(zhuǎn)型升級過程中計劃日程縮短為3個月,提升了轉(zhuǎn)型升級效率[12]。自動導(dǎo)引小車數(shù)量減少為5～6臺,降低了設(shè)備成本。庫存精細化管控優(yōu)化了庫存管理流程,有效取代了庫存管控中的人工操作。這一總體規(guī)劃為應(yīng)用工業(yè)工程與智能制造集成的企業(yè)增效轉(zhuǎn)型模式進行智能化轉(zhuǎn)型升級提供了參考。

6 結(jié)束語

只要有市場,就會有競爭,只要有競爭,就會依效率而為,效率依然是主旋律。企業(yè)要踐行新發(fā)展理念,實現(xiàn)戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)變革,轉(zhuǎn)型升級勢在必行。工業(yè)工程是企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級的基礎(chǔ)使能技術(shù),是能夠極大促進學(xué)科交叉融合的技術(shù),在不同應(yīng)用層面可以形成獨特的創(chuàng)新模式。筆者提出工業(yè)工程與智能制造集成的企業(yè)增效轉(zhuǎn)型模式,并以某科技城總體規(guī)劃為案例進行了介紹。

工業(yè)工程與智能制造集成的企業(yè)增效轉(zhuǎn)型模式屬于綜合性很強的技術(shù)組合,每種技術(shù)的研究及應(yīng)用都需要專業(yè)團隊結(jié)合企業(yè)自身情況進行。

對大多數(shù)企業(yè)而言,在企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級時實現(xiàn)工業(yè)工程與智能制造的集成,可以避免盲目投資,取得良好的效果。