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精益自动化生产与物流


摘要：本文介绍了精益和自动化的方法。精简自动化生产和物流过程，以提高质量，减少浪费，并提高敏捷性使用精益六西格玛与一些先进的技术。该方法基于研究，研究表明，为了将精益六西格玛最好地应用于生产和物流，新流程应加以改进，同时考虑到先进自动化的可能使用。这些案例研究提供了先进技术在生产中的应用和影响的很好的实际例子，具有丰富的理论见解。研究结果表明增益

和自动化可能是精益六西格码在生产机构的关键推动因素。

关键词:精益六西格玛，生产，物流，自动化，信通技术。

1. 导言
经济危机促使各组织变得更加敏捷和精简，以便迅速适应不断变化的社会经济状况。生产和物流过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的优点:六西格玛，它有助于减少缺陷的数量和输出的变化，精益思考，它有助于缩短周期时间。一些组织通过在不同领域使用这些方法取得了优异的成绩。在优化未包含在此方法中的流程时，还有一个非常重要的方面。即流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。
精益和自动化的目标是同时精简和自动化生产和物流过程，使它们同时敏捷和精益。在不同类型的组织的长期经验和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研究工作[2]中，这种方法显示了明显的活动序列来集成业务流程改进的方法和自动化生产和物流组织。
2. 文献综述
精益六西格玛包括一套原则和工具，这些原则和工具有助于确定和稳步消除废物（Muda），减少生产和物流过程中的质量和成本的缺陷和可变性是战略要素[1]。在现代社会，灵活性在现代是至关重要的。有必要在生产和物流领域使用灵活的自动化技术，现在越来越多地以更低的成本获得这些技术，并将它们应用到重新设计的过程中。

精益六西格玛实现提供了几个好处，其中包括:降低成本、提高生产率、改进质量、缩短交货时间、减少供应和提高客户满意度。精益思想已经应用精益生产研究生产环境。然而，这些研究并没有考虑到越来越多的新技术。事实上 Sugimorietal认为在生产中使用自动化会带来不必要的成本、过度生产和不确定性[3]。这一理论与上世纪80年代以来的趋势形成了鲜明对比，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浓厚。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，在自动化方面的过度投资已经恶化了灵活性和对需求变化做出反应的能力(80年代通用汽车:CIM)。

单靠自动化来提高性能仍然是不确定的[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联系。Powell和Skielstntad[5]将一种特殊的传感器技术(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有效性。
本文为描述性研究[6]。归纳推理被用来提出一个使用先进技术作为发展和进一步支持精益六西格玛方法的推动因素的概念框架。采用的主要研究方法是多案例研究。研究的科学基础是以先进自动化技术为重点的生产物流管理文献[7]和[1]。

3. 精益自动化方法
精益和自动化方法可以分为6个宏观阶段和20 1个微观阶段（见图1）。第21阶段是可选的。
宏观阶段0:初步
背景:确定利益相关者的要求和EHS的要求；

文化:检测组织和社区的文化;
愿景:处理有效性、效率、经济性、质量和灵活性;
战略:定义要改进的过程和计划;
宏观阶段1:定义和度量
Kick-off:启动项目并通知涉众;
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转化为关键到关键(CtQ)因素:
现状:人为现有流程；
宏阶段2:分析和处理过程

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:实现和测试所选的解决方案;
变更管理:管理变更:
部署:实现选择的解决方案:
文件:发布/更新新的自动化流程文件:
宏阶段5:验证
验证:控制改进；
好处:评估外部和内部的好处；
吸取的教训:从初始吸取教训；
庆祝:表扬团队的工作:
可选宏阶段6:在Simillar环境中复制。

Rollout: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，必须进行DMAIC。究竟是哪个因素导致了技术变革的需要。

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。过程改进不应该由问题引发，而应该成为组织文化的一部分。
4. 不断变化的环境
一项关于生产趋势的研究表明，改进最相关的方面之一是工艺的优化。现代技术提高了流程的效率。为了节省成本和优化业务流程，制造商将购买越来越多的设备。

我们指出，从机器的自动化转向计算机的自动化是非常重要的。加工中心是一种先进的计算机数控机床，可以在同一位置用各种工具进行铣削、钻削、攻丝和镗削操作。他们仍然是孤立的。一个重要的发展是自动化的整个过程，而不仅仅是它的一个组件。为了实现这一目标，集成不同的机器或生产周期的整个部门是必不可少的。本文主要研究一种基于四种技术的体系结构：物联网、传感器技术（包括条形码技术或RFID技术）、大数据技术和业务流程智能技术。

下面的部分定义了每一种技术，并分析了每一种技术及其对流程改进的可能贡献。它们的实现可以根据几代人来完成，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。
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。这种通信可以通过远程网络机器将信息转发回中心集线器进行分析。通常，多层体系结构用于在较低级别上交换信息。

将物联网与互联网和云计算结合是一种良好的方法。在与供应商的合作中增加灵活性和节省投资[8]。物联网的一个变化是使用ZigRee网络。
4.2 射频识别
射频识别(RFID)是一种无线非接触式系统，允许射频电磁场将数据从附着在物体上的标签传送数据。其目的是自动识别、可能的数据存储和跟踪。与条形码不同，标签不需要在阅读器的视线范围内。它可以嵌入到被跟踪的对象中。在产品生产过程中附加的RFID标签可以用来跟踪其在生产线上的进展。在过去的几年里，三个关键因素推动了RFID使用的显著增加:降低设备和标签的成本，将性能提高到99.9%，以及改进的国际标准[9]。

4.3 大数据
大数据是以海量、多样化（结构化和非结构化)和速度(访问速度)为特征的数据集合，其复杂性使得使用传统的数据库管理工具或数据处理应用程序变得非常困难。

数据集越来越大，部分原因是它们越来越多来自信息传输移动设备，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。
4.4业务流程智能化

业务流程智能化(Business Process Intelligence, BPI)是一种创新的方法，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，不同于传统的商业智能。
BPI还支持分析，生成统计数据。报告和仪表板允许更好地了解过程。例如在生产方面，分析工具允许分析KPI并帮助采取行动。
4.5 柔性集成技术
随着传感器技术和网络技术的发展，计算机系统(或机器)在不需要人类任何帮助的情况下，可以通过与其他机器进行通信来收集有关现实世界的信息。在传统的物联网系统中，用于从机器上收集和分析信息的服务器是单独开发的。现在，虚拟化和云技术使物联网或ZigBee网络能够集中管理所有功能，如与各种设备通信以及大数据和BPI的收集、存储和使用。这些云有以下特点:
(1)数据采集与存储:物联网云可以与任何设备通信，收集、存储数据和管理设备，通过大量可用的信息，可以很容易地分析多个数据源的组合；

1. 数据分析:大数据允许执行统计计算；
2. BPI可以灵活地实施决策。集成解决方案的一个例子可以是使用电子看板来替换。带有RFID标签的看板卡。这允许完全自动化过程状态的“识别”，具有更高的可靠性，并且不需要操作员干预[10]和[11]。电子看板可以降低过程中的工作库存(WIP)，保持严格的控制，并与供应商集成。
   
   另一个应用是利用自动化传感器、无线网络和大数据来更新数字广告牌。这允许组织实现所谓的Andon ,并允许对消息进行快速更改。系统可能包括停止生产，这样问题就可以得到纠正。一些现代警报支持系统包含音频警报、文本或其他显示。

最终的架构如图2所示。建造需要时间。重要的是要有一个到达目的地的愿景，然后构建一个多代计划。每一代人本身都将带来巨大的利益。最后一代将所有组件组合在一起，并获得协同作用。
5. 支持新技术的精益和自动化方法
这种体系结构允许从灵活集成中获益。IoT、RFID、大数据和业务流程智能化本身带来了额外的好处。
·RFID可以在过程中发挥自动传感的作用;
·物联网可以提高价值链活动的柔性集成;
·大数据可以帮助客户拉动流量。通过允许添加消费者需求智能；

·BPI可以带来商业智能和流程管理相结合的好处；
所有这些技术和过程的改进都可以增加价值，这要归功于它们的特性:可跟踪性。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这些宏阶段。
·定义、度量和验证:

○管理组件(即工具)的生命周期;
○合规；
○日常及非日常保养计划;

○找出与特定地段有关的问题，并立即采取维修行动;
○因即时措施而改善生产;

○统计数据来源，用于工艺改进的定义和物料分析；
○组件的标识和状态更改;

○文章保存；
·分析和工艺设计:

○通过存储相对权重，提高安全性，需要资质。质量保证等；

○委托管理等；

○改进关键数据的通信；

在精益六西格玛，如等待时间，由搜索时间的改进、等待和运动:减少维修误差/故障。由于非标准组件的识别,任何失败或盗窃,并帮助分析的根源，减少股票上市通过识别不好组件把它淘汰。
6. 案例研究
为了探讨精益和自动化的实际相关性，我们报告了两个案例研究的总结，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，工程制造公司被认为每一份工作都与另一份工作不同，每一份工作都有一个或几个项目。产品为铝型材模具。在这两种情况下，我们分析了10个加工和生产塑料热通道的工作站的2500个刀具库存的管理。在其中一家公司，RFID标签被应用到加工中心的刀架锥体上。采用BPI软件对过程进行分析和管理。

机器一侧的工具管理中可能存在的低效是它们可能造成的损害、数据输入和设置工具的时间。
在工具方面可能的低效是寻找合适工具的时间、工具使用寿命的减少、工具目录的过大、工具的不恰当选择以及历史信息的丢失。
先进的技术可以影响上面所列的所有低效，量化的好处是整体设备效能的节省和改进——OEE，一种用来评估制造作业使用效率的等级[13]。OEE基于三个独立但可度量的组件:可用性、性能和质量。

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，减少了计划外的事件和数据输入中的错误:实现机器之间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，并行操作和搜索合适的工具，读取
零件程序及预置。从定量的角度看，先进的技术使每个加工中心的平均OEE值增加了27%[12]。
7. 结论
精益和自动化对文献中缺乏一种统一的方法来管理和集成经典的生产和物流流程的流线型活动和灵活的自动化活动作出了回应。我们的研究表明:
提议1:与传统的生产和物流环境不同，精益六西格玛方法要求减少数字化，自动化对于流程的改进是必不可少的，特别是要使其具有灵活性。
提议2:不简化的过程自动化会适得其反。
本文中的实际示例为本文的应用提供了一个起点，先进的自动化，使精益的部署和自动化的整个生产和物流过程还需要更多的例子。进一步研究应利用实时信息研究先进技术在生产调度优化等领域的适用性。
参考文献
1. 尼科莱蒂:精简和数字化。高尔出版社，Abinedon (2012)
2. 乔治，L.等人:什么是精益六西格玛。麦格劳-希尔，纽约(2003)
3 Snoimeri，Y.等人:丰田生产系统导入系统和看板系统。国际生产研究杂志15(6)，553-564（1977）
4. 张, C.F.等人:一个面向代理和知识体系的战略电子采购。专家系统21(1)、11-19 (2004)
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