【精益】精益生产与智能制造的联系和支撑

精益生产与智能制造的联系和支撑

一、智能制造的定义和特征

智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式（定义来源于《智能制造发展规划（2016-2020年）》）。

智能制造具有状态感知、实时分析、自主决策和精准执行四大特点。

图1 智能制造核心特征

二、精益生产的定义和核心原则

精益生产（LeanProduction），简称“精益”，是衍生自 丰田生产方式 的一种管理哲学。精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好结果的一种生产管理方式。目前精益生产理论和生产管理体系仍然在不断演化发展当中，从过去关注生产现场的Kaizen转变为库存控制、生产计划管理、流程改进流程再造、成本管理、员工素养养成、供应链协同优化、产品生命周期管理产品概念设计，产品开发，生产线设计，工作台设计，作业方法设计和改进、质量管理、设备资源和人力资源管理、市场开发及销售管理等企业经营管理涉及的诸多层面。

精益生产的核心原则可以归纳为：价值-价值流-流动-拉动-尽善尽美。围绕着五项核心原则，精益生产提供了一系列的理念、方法和工具，从确定价值开始到保证价值流（链）越来越有效地流动。

1. 价值是是精确的确定产品的价值是，是精益生产的要前提和根本保证。

2. 价值流是使一个特定产品通过任何一项商务活动的三项关键性管理任务时所必须的一组特定活动。

3. 流动是把创造价值的各个步骤流动起来。

4. 拉动的本质含义是让用户按需要拉动生产，而不是把用户不太想要的产品强行推给用户。

5. 尽善尽美包含3个含义：即用户满意、无差错生产和企业自身的持续改进。

图2 精益生产的五项核心原则

三、精益生产与智能制造的联系

精益理论起源于丰田生产方式，我们知道丰田生产方式是在没有数字化手段的情况下诞生的，但是随着数字化技术的发展，精益制造的大部分理念、方法和工具能够通过数字化实现，甚至通过数字化和信息化的方式，让传统的精益制造焕发出新的活力，从而更好的支撑现代生产方式，例如智能制造的实现。

制造业的发展规律有其自身的规律，美国、德国等发达国家的现代制造业，是经过了上百年的发展和积累，才从工业1.0(机械化)走过了工业2.0(电力化、自动化)、工业3.0(信息化)，开始向工业4.0 时代迈进，在制造业这个发展过程中，每一个阶段都有其需要解决的问题和自身发展的规律，若是想走捷径或是绕过去，其结果则会是事倍功半。所以北京航空航天大学李哲浩先生曾经提出“三个不要”的观点：

a) 不要在落后的工艺基础上搞自动化——工业2.0 必须先解决的问题；

b) 不要在落后的管理基础上搞信息化——工业3.0 必须先解决的问题；

c) 不要在不具备数字化网络化基础时搞智能化——工业4.0 必须先解决的问题。

图3 制造业发展规律中的“三个不要”

我国大多数企业仍处在2.0的阶段，企业内部还存在自动化程度不够，信息化建设落后等诸多不足之处。在未来很长一段时间，急需实施“补课工业2.0”、“普及工业3.0”、“探索工业4.0”的并行推进战略。在这一过程中，信息化和数字化的融合是智能制造的两个支柱，而精益生产是实现智能制造必由之路，

• 首先，从制造层面看，精益管理的本质是消除浪费、创造价值；而智能制造是使增值活动柔性化、智能化，所以精益管理和智能制造的关系首先是相互融合。

• 其次，精益理念是决定智能制造质量的重要思想基础，精益理念与智能制造是上层建筑与物质基础的关系。智能制造给予精益理念一个物化的基础。智能制造的理论基础很大一部分就是精益思想。

• 第三，智能制造的技术为精益管理提供前所未有的便利性；传统的精益管理工具可以在智能制造的基础上完美实现，某些精益管理的工具本身就是智能制造的一部分，如：如安灯、看板等。

四、精益生产对智能制造的支撑

精益生产的核心思想、技术、方法和工具都能够很好的支撑智能制造的实现，简单总结如下如表1所示。

表1 精益生产对智能制造的支撑

序号	业务能力	子序号	核心技术
1	定义核心价值能力	1.1	精益理念
		1.2	顾客的声音VOC
		1.3	质量功能展开QFD
2	价值流程分析能力	2.1	生产制造价值流分析
		2.2	业务管理价值流分析
3	生产组织方式能力	3.1	精益加工单元
		3.2	精益装配生产线
4	生产计划能力	4.1	均衡化生产
		4.2	准时化生产
		4.3	约束理论
5	工艺管理能力	5.1	成组技术
		5.2	工艺标准化
		5.3	工艺精益化
		5.4	关键过程控制
		5.5	工艺现场管理
6	执行与控制能力	6.1	可视化
		6.2	按灯
		6.3	根本原因分析
		6.4	分层例会
7	生产保障能力	7.1	物料保障
		7.2	工装工具程序保障
		7.3	设备保障
		7.4	防错
8	持续改善能力	8.1	PDCA
		8.2	加速改善活动 (AIW)
		8.3	3P

1. 定义核心价值能力

1.1 精益理念

• 技术内涵：根据用户需求定义企业生产价值，按照价值流组织全部生产活动，使要保留下来的、创造价值的各个活动流动起来，让用户的需求拉动产品生产。让浪费无处藏身，让价值连续流动，让改善成为素养，不断完善，达到尽善尽美。

• 技术方向：

  定义价值

价值流

流动

拉动

尽善尽美

• 发展路径：首先，在核心制造环节实现精益转变；其次，向业务管理域纵向延展，实现业务管理域的精益转变；最后，向供应链、设计、售后服务等业务域横向扩展，实现全价值链的精益管理。

1.2 顾客的声音VOC

• 技术内涵：描述顾客的需求,以及他们对你组织的产品或服务的感知，捕捉客户的声音，将客户想要的、需要的和期望的转化成 CTQs，为智能制造设计、生产与服务等环节满足客户需求设计新的业务流程。

• 技术方向：

顾客和顾客分类数据统计分析

确定相关的反应性和前摄性数据源

顾客需求大数据分析—亲和图和狩野模型

准确定义的CTQ s

制定 CTQs 规范

• 发展路径：

确定谁是你的客户，全面了解客户需求信息内容；

收集信息。典型的反应性VOC系统和典型的前摄性VOC收集各方面的数据；

分析整理客户需求信息和数据；

将需求转化为CTQs；

为CTQs设定规范。

1.3 质量功能展开QFD

• 技术内涵：用“质量屋”的形式，量化分析顾客需求与工程措施间的关系度，经过数据分析处理后找出满足顾客需求贡献最大的关键措施，指导设计人员抓住主要矛盾，开展稳健设计，开发出满足顾客需求的产品。把顾客对产品的需求进行多层次的演绎分析，转化为产品的设计要求、零部件特性、工艺要求、生产要求的质量工程工具。为智能制造的实现精益设计提供工具方法支持。

• 技术方向：

顾客期望等级评估技术；

功能需求和功能之间的交互关系确定；

顾客期望与促其实现的功能需求间的关系程度的矩阵；

各项功能需求的重要等级评估技术；

关键质量特性CTQs的确定方法；

• 发展路径：

列出顾客期望并评估重要等级–QFD的“Whats”(顾客期望)收集信息；

专家帮助定义满足顾客期望的功能需求和功能之间的交互关系–QFD的“Hows”(功能需求)；

完成、分析描述顾客期望与促其实现的功能需求间的关系程度的矩阵；

评估各项功能需求的重要等级，选择关键质量特性CTQ，并确立改进目标；

从顾客需求、设计要求、产品特性、工艺要求、生产要求的多层级的QFD迭代组合运用。

2.价值流程分析能力

2.1 生产制造价值流分析

• 技术内涵：生产制造价值流分析是一种可视化工具,用于观察和了解生产制造现场物料及信息的流动,它涵盖了交付产品所有的行动。价值流图是一张关注全面改进的图，识别生产制造流程中的浪费环节，有助于在智能制造设计和实施之前完成生产制造流程基础改善和优化，有效支撑智能制造的实现。

• 技术方向：

准确定义增值与非增值活动；

多品种小批量、离散型生产过程中准确收集基础数据的方法；

产品族划分及其典型产品的确定技术；

问题的原因分析技术；

未来价值流状态设计到实现的保障措施；

• 发展路径：

选择产品/产品族；

绘制现状价值流图；

设计将来价值流图；

工作计划和实施。

2.2 业务管理价值流分析

• 技术内涵：业务管理价值流分析是一种可视化工具,用于观察和了解管理活动和相关信息的流动,它涵盖了业务管理的所有行动。价值流图是一张关注全面改进的图，识别业务管理活动中的浪费环节，有助于在智能制造设计和实施之前完成业务管理流程改善和优化，有效支撑智能制造涉及的业务管理的实现。

• 技术方向：

业务管理流程的优化与固化方法；

准确定义增值与非增值活动；

准确收集业务管理活动的基础数据的方法；

问题的原因分析技术；

未来价值流状态设计到实现的保障措施；

• 发展路径：

业务管理流程确定与梳理；

绘制现状价值流图；

设计将来价值流图；

工作计划和实施。

3.生产组织方式设计能力

3.1 精益加工单元

• 技术内涵：精益加工单元是以机加零件为对象按零件加工流程紧密排列设备、设施，在满足客户节拍时间的前提下实现少人化、连续流生产的生产组织方式。运用精益思想设计生产布局，实现连续流生产，在缩短交付周期、降低在制品数量及提高产品质量等方面具有明显的改善效果。为智能制造提供最优的生产布局的基础支持，提高智能制造的运营效率。

• 技术方向：

多品种小批量生产模式下的产品族划分的成组技术；

混线精益加工单元的生产节拍计算方法；

单元构建中瓶颈/共享资源的规划方法

生产线的平衡技术方法；

精益加工单元的自主运营管理方法；

• 发展路径：

选择产品族；

生产线平衡；

典型零件确定；

节拍时间计算；

生产线平衡；

计单元布局方案；

单元布局模拟和设备布置；

单元的运行与管理。

3.2 精益装配生产线

• 技术内涵：精益装配线运用精益制造思想，对装配过程进行流程再设计、优化和平衡，实现按设定节拍的站位式装配作业，达到缩短装配周期、满足客户要求的装配生产形式。其形式主要包含脉动装配线与流水装配线两种形式。精益装配线为智能制造装配作业工艺布局提供基础支持，提高智能制造的运营效率。

• 技术方向：

装配线节拍计算；

装配线的站位与人员数量计算；

装配工艺分离面的划分原则；

装配线平衡方法

精益装配线的自主运营管理方法；

• 发展路径：

分析装配现状

设定目标

装配工艺优化

装配线平衡

装配作业标准化

脉动装配线方案确定

布局模拟和设备布置

精益装配线运行与管理

4. 生产计划能力

4.1 均衡化生产

• 技术内涵：均衡化生产是为避免浪费，后道工序不应采用集中连续的顺序装备同一产品，而应采用在某一时间单位内各品种出现的比率均等的顺序进行装配，使产品稳定地平均流动，避免在作业过程中产生不均衡的状态。均衡生产包括均衡数量、均衡品种、均衡顺序。均衡生产为智能制造调度策略的算法提供理论，提高智能制造的精益运营效率。

• 技术方向：EPEI (Every Part EveryInterval) 计算

• 发展路径：

均衡数量

均衡品种

均衡顺序

4.2 准时化生产

• 技术内涵：准时化生产是一种通过只补充已消耗的资源来达到控制资源流动的生产管理方式。强调在需要的时间、按需要的品种、需要的数量，生产所需要的产品。消除在搬运、仓储、过时产品、修理、返工、设备、设施、多余存货（包括正在加工的产品及成品）的各种浪费，可视化管理一切资源，降低制造成本和管理成本，缩短从投产到产品交付的整个制造周期。准时化生产为智能制造调度策略的算法提供理论支持，消除各环节的浪费，提高智能制造的精益运营效率。

• 技术方向：

工艺系统的成熟度诊断与优化；

Kanban 管理

异常处理机制和相关流程；

全员参与持续改善的精益文化；

• 发展路径：

首要任务是确定节拍、制定拉动目标；

前期准备工作是拉动成功的关键，特别是工艺系统的准备工作是重点；

树立下工序是客户的观念；

看板种类和数量的确定与运行机制

异常处理机制和相关制度的建设是保障；

运用精益工具和方法可以解决现场问题；

全员参与的持续改善。

4.3 约束理论

• 技术内涵：约束理论是把企业看成是一个系统，从整体效益出发来考虑和处理问题，找出企业在实现其目标的过程中现存的或潜在的制约因素，通过逐个识别和消除这些约束，使得企业的改进方向和改进策略明确化，从而更有效地实现其“有效产出”目标。准时化生产为智能制造调度策略的算法提供理论支持，消除各环节的浪费，提高智能制造的精益运营效率。

• 技术方向：

约束资源识别技术；

瓶颈驱动式生产计划法-DBR；

ECRS 原则。

• 发展路径：

识别约束资源；

使约束资源产能最大化；

非约束资源的安排服从于约束资源的需要；

提高约束资源的能力；

进行下一轮的循环。

5.工艺管理能力

5.1 成组技术

• 技术内涵：根据产品/零件的结构及工艺相似性进行聚类处理，建立产品/零件家族，通过编制家族化典型零件工艺路线、工艺方法、工艺参数、数控加工程序、工艺装备等，并进行不断修正成组，从而规范同一家族零件加工的工艺路线、工艺方法、工艺参数、数控加工程序、工艺装备，实现零件族加工工艺统一，以及工艺标准化、规范化、精益化。在智能制造系统中，有效的成组技术可以提高设计质量，缩短换模时间，降低制造成本。

• 技术方向：

工艺成组：对相似加工工艺路线进行归类成组化处理；

原材料成组：产品加工使用的棒料、板材、管料等原材料进行归类成组化处理；

工装成组：加工、检测、计量、装配过程使用工艺装备进行成组化处理。包括：工具、刀具、量具、模具、夹具、样板、仪器、仪表等；

设备成组：对加工过程中使用机床、辅助设备、实验设备、非标设备等进行成组化处理；

数控程序成组：针对同类材料、同种结构形态、同种装夹方式要求下的数控加工，从数控刀具、走刀路线，切削加工参数等方面考虑进行成组化分类处理。

• 发展路径：

工艺成组化实施由工艺技术管理部门牵头组织，从宏观上按产品/零部件结构、材料及工艺相似性进行梳理分类，划分零件家族并进行工艺分工；

各分厂技术管理部门及生产现场管理人员针对具体零件加工工艺流程、数控加工程序、工具工装、加工方法和参数开展工艺成组化活动；

建立成组化工艺编码管理知识库，在后续工艺资料编制和使用中进行调用并不断地修正和完善。

5.2 工艺标准化

• 技术内涵：工艺标准化是标准化原理在工艺中的应用；在考虑工艺相似性、应用成组技术实施成组化工艺管理基础上，以家族产品、家族零件、某类工艺特征、某类加工设备为对象，从而对工艺方案、工艺参数、工艺装备、工艺文件进行标准化。在智能制造系统中，可以通过工艺标准化技术缩短设计周期，减少换模时间，提高生产流程的增值比。

• 技术方向：

工艺方案标准化；

工艺参数标准化；

工艺装备标准化；

工艺文件标准化。

• 发展路径：

制定工艺操作方法标准；

制定工序间加工余量标准；

制定工艺装备标准；

制定工艺管理标准。

5.3 工艺精益化

• 技术内涵：工艺精益化是应用精益思想优化工艺流程，实现质量、加工时间和生产成本最优的一种工作方法。工艺精益化技术通过优化工艺流程，消除非增值工艺，为智能制造中增值活动的柔性化、智能化提供保障，提高生产流程的增值比。

• 技术方向：

pFMEA ；

防错；

QC 工具；

标准作业指导书；

快速换型。

• 发展路径：

设定改进指标和目标；

按工艺流程绘制零件的当前工艺路线图；

收集加工信息；

识别改善机会；

制定改善措施；

措施验证；

修订工艺规程/指令；

成果推广。

5.4 关键过程控制

• 技术内涵：对形成产品质量起决定作用的过程。包括形成关键(重要)特性的过程，加工难度大、质量不稳定、易造成重大经济损失的过程等。通过实施关键过程控制，对影响产品质量起决定性作用的工序过程各环节进行有效管理，从而确保产品在关键过程中所形成的产品关键重要特性满足设计图样要求。在智能制造系统中，通过关键过程控制技术可以有效提高产品的合格率，减少因为质量问题带来的重大经济损失。

• 技术方向：

关键过程的识别和确认；

关键过程控制方法。

• 发展路径：

关键重要特性认定；

识别关键工序；

确定实施方案；

关键工序过程控制；

过程执行与控制。

5.5 工艺现场管理

• 技术内涵：工艺在生产现场执行过程中涉及的各方面工艺技术管理工作。通过工艺现场管理，保证工艺现场执行的符合性，主动反馈现场技术问题和工艺优化需求，快速响应现场技术质量问题。在智能制造系统中，通过工艺现场管理技术实时反馈工艺现场执行状况，现场执行情况通过反馈系统上传相关部门，通过系统智能分析，自主决策，对于明显不合理工艺过程生产设备自动停止，保证制造过程准确性。

• 技术方向：

泛在感知技术；

自主决策技术；

数据实时分析技术。

• 发展路径：

工艺纪律检查：工艺主管部门每年制定工艺纪律检查计划，明确工艺纪律检查的主要内容，组织进行工艺纪律检查。根据检查结果，发出检查通报，对重大技术质量问题发出纠正措施指令，限期整改；

现场工艺指导：在生产过程中，分厂工艺人员应指导工人按照工艺要求进行操作；

生产过程跟踪：工艺技术部门和各生产单位的工艺技术人员应按要求跟踪现场生产过程，及时发现并汇总各类问题，同时结合外部反馈的质量信息，提出改进需求；

现场技术问题协调处理：通过生产现场问题快速响应机制反馈出的现场工艺技术问题，主管工艺人员立即组织对问题予以解决。当不能快速解决时，应立即反馈，并取得上级工艺管理者的技术支持；

改进点识别：针对生产过程中的工艺技术问题、质量问题、效率、成本、生产资源调整等方面提出改进需求，识别改进点。

6.执行与控制能力

6.1 可视化

• 技术内涵：通过直观可视的方式揭示生产现场的所有信息，包括物流标识、标准工作流程、生产计划与进度、现场异常问题（如质量问题、设备故障、物料问题）浮现及警示、问题处理进度等；可视化的形式要做到使任何人都能够迅速地发现现场现物的异常状态，并能够监控异常回到正常。在智能制造系统中，通过可视化技术，实时掌握生产现场状态，及时发现异常问题，系统根据现场状态对生产计划作出精确调整，避免因为现场异常问题导致计划不可执行。

• 技术方向：

现场标识（6S）：工具形迹标识，定量标识，安全标识；

按灯系统：为使加工过程中的问题及时响应，增强现场问题处理需求的紧迫感，应安装按灯系统，使工人无需离开工位，即可将造成生产停滞的各类问题浮现，并快速将信息传递至支持团队；

工位可视化管理板：工位可视化管理板主要用于张贴工位的每日派工计划信息，并及时在板面反应进度情况；

单元/班组自主管理板：单元/班组自主管理板主要用于张贴班组基本信息、浮现班组每日生产动态、影响生产的各类问题和绩效指标差距，促进班组自主管理和改进，同时增强班组人员责任感；

分厂/工段可视化管理板。

• 发展路径：

控制点及控制计划确定；

可视化方案设计；

制作可视化载体；

可视化载体试运行；

可视化载体实施运行。

6.2 按灯

• 技术内涵：按灯系统是一种生产管理工具,主要用于生产的控制过程，依据“不制造缺陷，不传递缺陷，不接受缺陷”的生产原则设计。实施按灯系统解决了生产异常状况的中出现的问题，提高了劳动生产率及产品质量。按灯可以用来指示生产状态（例如，哪一台机器在运转），异常情况（例如，机器停机，出现质量问题，工装故障，操作员的延误，以及材料短缺等），以及需要采取的措施，如换模等。此外，按灯同样也可以通过计划与实际产量的比值来反映生产状态。智能制造设计和实施过程中，按灯系统流程和逻辑应该嵌于智能制造的系统中，保障设备故障的及时预警和解决，并提供预测分析。

• 技术方向：

异常信息接收；

异常状态报警；

异常问题分析与预测技术。

• 发展路径：

在现有信息化集成平台中，对MES软件进行按灯系统功能模块开发；

直接购买已有的成熟按灯软件，与现有的信息化软件（MES、DNC等）集成。

6.3 根本原因分析

• 技术内涵：严格的查找导致一个过程或产品失效或缺陷的工具。它可以帮助我们找到客户抱怨、过程失效、供应商质量问题或延迟交付等问题产生的最根本原因。“根本原因”是“当故障或失败流程解决后，防止问题再次发生的基本要素”。“根本原因”必须是“可控制”因素，不属于“不可抗力”的范畴。在智能制造的设计与实施过程中，仍然无法避免问题的根本原因分析的工具，及时运用大数据分析原因和实施提前预防手段，也需要在问题原因的数据库累积过程中，使用根本原因分析的工具，对问题和其原因不断迭代完善。

• 技术方向：

DIVE ；

5WHY 分析法；

鱼骨图；

根本原因测试。

• 发展路径：

确定问题；

画鱼骨图；

影响力分析；

5 个“为什么”分析；

收集数据分析；

根本原因测试；

控制。

6.4 分层例会

• 技术内涵：每天通过围绕生产现场的分层级简短会议（一般为三～四层），来评估前一天的目标任务完成情况，安排当天的目标任务及注意事项，并针对现场问题制定解决方案，分配改进任务。越低层级的例会应越关注对生产的过程控制、现场问题的及时反馈和处理，越高层级的例会应越关注生产绩效及改进。在智能制造的实现过程中，仍然无法避免问题的出现和解决，所以规范的分层例会有助于现场问题的及时有效解决，加快问题的解决速度，也有助于智能制造系统中问题解决流程的逻辑设计。

• 技术方向：

5WHY 分析法；

不同组织业态下的分层例会流程技术；