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智能制造转型与精益生产

以下文章来源于数字化演易，作者丁肇之

作者：丁肇之 | 来源：数字化演易，本文经授权转载

转型（Transformation），是社会和经济生活中比较流行的词汇。近些年来，在企业管理和实践领域，人们谈得较多的是数字化转型，具体到制造业，那应该是智能制造转型。如果时间倒回至十年前，服务于制造业的专家或咨询机构经常谈及的则可能是精益转型。同样是转型，智能制造转型与精益转型所涉及的对象相同，两者有何联系或不同？是不是有了智能制造转型就不需要精益转型呢？本文中，我们就这些问题做下简单地讨论。所谓理不辩不明，这些讨论将有助于我们加深对智能制造与精益生产的理解。

精益生产

精益生产（LeanManufacturing，LP）是流行于欧美的说法，它还有另外一种称呼，也是其理论和实践的源头——丰田生产方式（Toyota Production System，TPS）。换句话说，日本人谈的是TPS，与欧美企业谈的是LP，两者的实际内涵差不多。关于精益生产的核心内涵，我们可以通过“精益生产屋”来了解。

图1：精益屋——精益生产的核心内涵的【1】

如图1所示，我们可以用“统一目标、一个主题、两大支柱、三项实践”来概括。

“统一目标”指的是精益生产的愿景，包括最好的制造质量（Quality）、最低的制造成本（Cost）、最短的交货周期（Time）、最佳的生产安全（Safety）和高涨的员工士气（Miracle）等在内五方面目标的融合和统一，业内人士通常将之简称为精益生产的“QCTSM”。

“一个主题”指的是基于人本主义、团队协作和消除浪费的持续改善，具体包括全员参与、共同目标、交叉培训、现场现物、寻找浪费、问题管理等理念和做法，也有人将之概括为十二个字：团队协作、消除浪费、持续改善。实际上，很多做精益咨询的专家就以价值流程图（Value Stream Mapping，VSM）来发现企业中的各种浪费，进而为企业提供精益咨询服务。

“两大支柱”，即自働化（Jidoka）和准时化（Just-in-Time）等支撑工具。具体来说，自働化包括现场制造质量的“三不”（不接受缺陷、不制造缺陷和不传递缺陷）、自动停机、安灯（Andon）、防错（Poka-yoke）、根因分析RCCA的五个为什么，准时化则包括节拍计划、单件流（Single Piece Flow，SPF）、拉式系统、SMED快速的工装换模和设备调整、集成物流，等等。

“三项实践”，或者说“三项要求”，包括生产负荷的均衡化、生产作业的标准化、生产现场的5S、信息传递的可视化（目视管理），等等。

智能制造

智能制造的提法肇始于2011年德国汉诺威工业展所提出的工业4.0。与工业4.0相类似，其他国家又有工业互联网、智能制造、智能工厂等说法。从内涵表达的角度看，智能制造比工业4.0、工业互联网等说法要更为形象。

对智能制造的认识，我们可以通过工业4.0参考架构模型（RAMI 4.0）或智能制造成熟度模型等来获得，也可以将之绘制成类似于精益生产屋的“智能制造屋”框架模型。

图2：“智能制造屋”框架模型

从生产能力的角度讲，智能制造包括加工、装配、物流等生产作业的自动化、计划、物流、设备、质量等领域的运营数字化，以及决策智能化。为了实现上述三种能力，在技术支撑上靠的是赛博物理制造系统，在流程管理上要求三项集成，在数据管理上依托工业互联网平台，实现策略则紧跟制造型企业的问题焦点和管理策略，即，以产品为中心，以质量为抓手，以融合为手段，以贯通为目的。

从技术应用范式上讲，智能制造的核心内涵是互联（Connected）和智能（Smart）。其中，互联的对象不仅包括人、机、料、法、环、测等生产要素，也包括企业所提供的产品或服务，以及企业与上、下有合作伙伴的合作。智能则是建立在互联基础上的沟通、协同、认知、决策、配置和自适应。

从技术内容或工具支撑的角度来看，智能制造的主要依托是赛博物理生产系统（Cyber-Physical Production System，CPPS）。CPPS借助5G、物联网、大数据、云计算、人工智能、PLM/ERP/MES等ICT或IT系统等连接起来，形成虚拟融合的有机体。通过CPPS，制造型企业的柔性制造能力将得到大幅度的提升，并能较好地适应个性化或个体化制造的趋势。

另外，因为有CPPS做支撑，智能制造中将普遍应用到一种新型的人机交互模式——数字孪生（Digital Twins）。针对任何一个物理设施或生产要素，都可以建立与之对象的数字映射，比如，设备的数字孪生、物料的数字孪生、产品的数字孪生，而企业则可以用数字孪生网络来表示。基于数字孪生，企业可以实现实时监测、仿真和优化、远程控制等智能制造场景。

两者比较

作为制造业的转型方向，精益生产和智能制造的侧重点不同。精益生产侧重于企业运营效益的提升，即通过成本降低（节流）等措施来帮助企业提升其效益，是做减法。智能制造侧重于企业柔性制造能力的提升，即通过柔性化生产能力来承接和满足个性化，乃至个体化客户订单，是通过开拓需求（开源）等措施来帮助企业提升其效益，是做加法。

在具体细节和技术支撑上，精益生产和智能制造具有很多共通之处。比如，作业的标准化、智能化设备、防错、集成物流、防错、质量管理，等等。以设备的智能化为例，精益生产中的自働化就不只是简单的自动化，而是要求设备具有人的智能，要能够自我判断、自我控制、自我纠错，这其实与智能制造所提倡的智能互联设备（Smart and Connected Machines and Tools）的理念是类似的。

下表1从多个角度将精益生产与智能制造做了简单地对比：

表1：精益生产与智能制造的对比【2】

对比内容

精益生产

智能制造

目的

准时化和速度

高度的柔性

产品特点

带明确配置的标准化产品

个性化或完全可配置的个体化产品

需求的变化

有限的变化或将变量最小化

随机的、高度的变化

适用的生产过程

以重复式装配为主

以离散式加工为主

管控逻辑

与节拍或看板对齐

通过复杂算法来计划

控制理念

分散式自控制制造单元并通过物料超市来关联

中央式计划与分散式智能互联设备相结合

生产排程

面向消耗的分散式和均衡化

综合考虑交期、效率、优先级等因素的算法优化

工艺路线

已定义

可变和基于设备负荷的动态调整

生产触发

超市的看板补货

客户订单触发排程和工艺路线

制造原则

带“起搏器”的拉式

带有交互和动态优化的推拉结合

需求管理

以MTS为主

以MTO为主

设备特点

混合式生产单元和产线

独立、高度柔性的工作站

场地需求

通常较小

通常较大

装配

异步

同步

瓶颈

已知

变化，取决于产品

排队管理

单件流，尽量避免排队

通过算法将之最小化

供需匹配

通过超市来解耦

通过IoT和最优路径来集成

场内运输

最小化（消除浪费）

基于AGV的高度柔性

协作

可视化看板

IT系统或电子信息

沟通方式

看板、5S

IT系统或抬头显示

错误监测

防错 Poka-yoke

基于人工智能

交货提前期

较短

平均来看较长

产能利用率

高

低

生产效率

高且确定

低且变动

实施建议

从问题诉求及其带给企业的价值来看，精益生产和智能制造有很大的不同，实施时，企业需要结合自己的行业特点、产品多寡、工艺类型、投资预算等因素做相应的选择。总体上，精益生产与智能制造不是相互排斥或相互替代的关系，企业完全可以既实施精益生产，也实施智能制造，差别无非是以哪一种模式为主；即，是以精益生产为主，局部的智能制造；抑或是以智能制造为主，局部的精益生产。

一般来说，对于通用化、模块化、低附加值的产品需求，或是重复式、装配性的生产过程，可以更多地考虑精益制造转型；对于个性化、高度定制、高附加值的产品需求，或是离散式、加工型的生产过程，可以更多地考虑智能制造转型。

智能制造的某些做法也可以应用于精益生产。比如，以电子看板替代纸面看板，以基于MES系统的软安灯替代传统安灯，以基于BOM和装配记录的软件防错替代基于设备的Poka-yoke，以及通过AGV小车来做集成物流，等等。

精益生产的有效推行有助于智能制造的转型。比如5S管理、现场质量管理的三不、生产防错、标准作业，等等，可以尽可能地消除作业现场的不确定性，从而降低智能制造所需面对的不必要的复杂度和过程变异。当然，精益的理念也可用于指导智能制造转型。

另外，智能制造转型的投入金额通常要远大于精益生产所需的投入，前者往往在自动化改造和数字化建设上需要耗费大量的资金，而后者通过员工培训就可取得一定的效果。对于广大中小制造型来说，考虑到资源有限，应该优先考虑精益转型，只有在非常必要的情况下，才投入少量的资金来做数字化建设。

因此，对于广大中小制造型企业而言，精益生产转型的现实意义要远大于智能制造转型，或者说，即使要做数字化转型，中小制造型企业的工作中心首要还是怎么把ERP、MES等IT系统用好，而那些片面和高调地鼓吹中小型制造企业做智能制造转型的做法显然是不切实际或不负责任的。

结语

通过对精益生产和智能制造做再一次的认识和全面比较，我们已经发现，精益生产和智能制造都有其特定的价值和应用背景，我们不能因为“长江后浪推前浪，前浪就得死在沙滩上”，不能因为智能制造是当前的热门话题而忽视或否定精益转型的必要性。实际上，对广大中小型制造企业而言，精益转型的现实意义比智能制造转型要大得多。或者说，结合数字化来做企业的精益转型，才是广大中小型制造企业的发展主题。

参考文献

【1】Liker, J.: The Toyota Way,14 Management Principles from the World’s Greatest Manufacturer.

McGraw-Hill, New York（2004）

【2】Bruno G. Rüttimann，Lean Compendium - Introduction to Modern Manufacturing Theory，Springer，8, 140-141（2018）

转自公众号：PLM之神

徐进的信念：详细解析智能制造下的精益生产，以及两者的关系

当今计算机技术的发展日新月异，移动互联网、大数据和云计算等技术的高速发展，有效地推动了实体经济和虚拟世界的结合，给工业智能化带来了无尽的想象空间。

放眼全球，许多国家纷纷提出制造业国家战略，如德国的“工业4.0计划”、美国的《先进制造业国家战略计划》和日本的《制造业白皮书》等。面对各国的战略举措和全球制造业竞争格局的重大调整，中国也早就出台了《中国制造2025》，明确提出把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。

然而在实施推进智能制造的途径中，以被誉为“互联网革命最伟大的思考者”的克莱.舍基（Clay Shirky）为代表的很多人都认为企业必须搭建起用户交互的平台，通过大数据分析按需定制，为用户提供全流程的个性化体验，而仅靠地面网络感知用户需求的精益生产方式已经不能满足时代要求。

那么精益生产真的已经过时了吗？服装精益智能制造俱乐部将通过对智能制造与精益生产之间的关系分析来解答这个疑问，并指出精益生产在智能制造下的具体应用。

精益生产与智能制造的基本概念

精益生产起源于日本的丰田生产方式，自美国的詹姆斯P.沃麦克（James P.Womack）和丹尼尔T.琼斯(Daniel T. Jones)等人首次提出至今有近25年，目前已是世界上最盛行的生产管理和企业运营模式。

精益生产的“精”有完美的意思、“益”有更加的意思；精益生产是一种理念（即精益思想），是一种价值观，也可以是一种文化；它的本质是消除浪费，以达到降低成本、提高质量、提高生产效率为目的；它在生产管理方面的表现形式是一系列的工具、方法，如看板拉动（KANBAN）、价值流分析（VSM）、快速换模（SMED）、防错技术（Poka-yoke）、全员质量管理（TQM）等。