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透明工厂从0到1

   发布时间:2021-07-09 14:58     来源:大任智库    作者:陈红    浏览:684    
核心提示:透明工厂是面向关联方(人)的全方位透明,即与用户透明、与供应商透明、与员工透明、与管理者透明、与工业互联主体透明以及与监管方透明。只有数字化才能真正实现透明,以工厂的数字化为基础,辅以透明商业的理念,提升人在商业过程中的体验,详细参见透明工厂智能制造新样本(方法纲要)。如何建设透明工厂?如何实现透明
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透明工厂是面向关联方(“人”)的全方位透明,即与用户透明、与供应商透明、与员工透明、与管理者透明、与工业互联主体透明以及与监管方透明。

只有数字化才能真正实现“透明”,以工厂的数字化为基础,辅以“透明商业”的理念,提升“人”在商业过程中的体验,详细参见“透明工厂——智能制造新样本(方法纲要)”。

如何建设透明工厂?如何实现透明工厂从0到1?实际上,无论建设什么样的工厂,都要考虑三个关键点:规划布局、组织配称和实施方法,只是建设不同的工厂在每个点考虑的内容不同而已。

规划布局

(一)明确业务战略

数字工厂的建设一定是业务发展的需要,是企业战略的重要组成部分,不是为建而建。

为什么要建设透明工厂?透明工厂的目标是什么?

比如,一家分离膜工业的国内龙头企业,企业战略之一是未来要大力发展陶瓷膜,因此成立独立的陶瓷膜事业部,并建设陶瓷膜数字化工厂,主要目标是扩大产能、稳定质量、降低成本。

又如,一家做橱柜的企业,企业战略是在生产橱柜的基础上,大力发展全屋定制业务,因此需要建设定制家具数字化工厂,主要目标是确保交期、避免差错、降低成本。

商业的本质就是服务,在消费升级的大潮中,用户端发生了很大的变化:

1. 快速的城市化进程,根据第七次人口普查结果,城市人口已经远远大于农村人口,而且还在快速发展。

2. 中产阶级群体的迅速扩大,目前全国已有4亿多中产,数量远远超过世界上任何一个国家,而且这个数量还在快速增长。

3. 八零后、九零后、甚至零零后成为消费主流,对产品的品质(设计、技术、质量)以及服务的要求越来越高。

4. 愿意为好服务买单已渐渐成为消费共识,最典型的是网上付费服务渐渐成为主流,以前网上绝大部分服务都是免费的,如新闻、图片、音频、视频、知识、讲座和软件等,如今以上内容如果要得到更好的服务,都需要付费。

5. 日常生活中,很多人的消费观发生了变化,服务因素已经代替价格因素上升到第一位。

消费升级对企业也提出了更高的要求,不但要求品质好,发货快,价格合理,还要整个消费过程体验愉快,因此就需要企业做到:

1. 透明的需求

快速收集需求,快速响应。

2. 透明的设计

对个性化、定制化的需求,用户及时了解设计过程和设计结果,建议和意见也能及时得到反馈,当然,最好用户能参与设计过程。

3. 透明的生产

用户能及时了解生产过程,如排产计划、原材料品质、加工工艺、加工设备、加工人员、加工过程、质检、安全、能耗和环保等。

4. 透明的供应链

用户能及时了解入库、发运、送货、收货等全过程。

5. 透明的服务

用户能及时了解售前、售中、售后全过程,明确在每个环节的权利和义务。

以上也是透明工厂的主要目标,即交期短、品质好、成本低、体验好。当然除此之外,还要考虑工厂运维、能耗、安全和环保等。

(二)规划工厂的产能

产能设计一般要基于公司的业务战略和市场调研结果而定。比如未来几年销售收入预计多少?分别由哪些产品构成?再考虑到行业的特殊性,在此基础上,适当放一点产能的余量。

一般来说,数字工厂是分期建设,不是一蹴而就,因此产能也是分期规划设计。

如果产能设计少了,就会产能不足,影响交付周期,如果产能设计多了,又会造成投入浪费,增加成本。因此,产能设计需要花功夫认真做,不能拍脑袋。当然,特殊情况下,也可以考虑委外加工,或OEM,作为应急方案。

工厂和产线的产能都是理论值,实际过程中是很难达到100%,尤其是新厂投产初期,一般都会有产能爬坡期,这个周期长短取决于设备、人员操作、数字化系统的成熟度,新工厂投产后几个月,甚至几年才能达到产能峰值都有可能。

产线的产能还要考虑到一些特殊情况,比如是否有加急单、插单等,如果有,其频率和订单量一般是多少。同时也要考虑设备的宕机率,以及监管规定。

(三)生产工艺设计

生产工艺设计是数字工厂设计的核心,工艺决定了产线的布局、设备的选择、人员的配备,因此数字工厂的设计是从工艺设计开始。

不同的工艺决定不同的生产效率和不同的质控标准,当然制造成本也相差很大,不是要选择最好的工艺,而是要选择合适的工艺。比如加工精度标准是1毫米,就不影响后期安装,没必要采用1微米的加工工艺。

数字工厂不能一味追求高大上,适合的才是最好的,很多地方不一定非要上机器人,不能为了上机器人而上,有一家工厂装了几台机器人,有人参观的时候把机器人打开,参观的一走就把机器人关了,人工上,因为机器人的节拍根本不够,如果要跟上节拍,还需要增加一倍的机器人,但场地又不够,而且投入产出严重不合理。

(四)车间布局

在建筑设计的基础上布局车间,说起来简单,做起来很难,因为一般来说,建筑设计师不懂工厂工艺,不懂设备,工厂设计师又不懂建筑,而在数字工厂的建设中,工艺和设备又非常重要,这就需要建筑设计和工厂设计反复沟通,对设计反复修改优化。

比如建筑的长度、宽度和层高,要适合工艺路线,如果工艺路线是一字型,建筑就要设计成长形,且长度大于产线长度,如果工艺路线是回字形,建筑就要设计成方形,且内部柱间距合适。

又如建筑要支撑设备,有些设备很重,超过建筑的普通承重,有些设备或仓储的运行空间超过建筑的普通层高,建筑设计必须做相应的变更,否则设备无法安装。

再如上下电梯,其数量、位置、尺寸都跟产品和工艺路线、车间物流路线相关,目标是人和物的移动次数最少,移动距离最短,即车间员工走动次数最少,最好不需要走动,即使走动,走动距离也最短,车间物流搬运次数最少、搬运距离最短。如果电梯需要对接RVG或AGV,其要求更高。

此外,员工进出、参观通道、休息区、办公区、原材料收货检验、原材料仓库、成品发货、成品仓库、车间物流路线(含立体库、AGV、RGV、自动滚轮线、人工搬运)、质检区域、车间强电、车间弱电(有线、无线)、水气路线等,都与建筑设计相关,如果没有考虑,或考虑不周全,就会影响数字工厂的效率,甚至功能。

数字工厂的建设一般不是一步到位,自动化、智能化也需逐步完善。

比如初期是人工包装,但计划后期上自动包装机,那么在设计阶段,包装区要留有足够的空间,以便后期安装包装机及其配套设备。

又如,初期是人工码垛和搬运,计划后期用机器人和AGV/RGV,那么设计阶段,就要预留机器人、AVG/RVG的运行路线和空间。

再如,初期是人工质检,计划后期用自动/智能质检,那么设计阶段,就要预留位置和空间。如果没有预留,后期想升级优化都难。

曾经有人问我,数字工厂的建设过程中,IT人员什么时候介入比较好?我认为IT介入得越早越好,至少在工厂设计阶段就介入,当然,对IT人员的要求也会越来越高,不仅要懂IT技术,还要懂工艺、懂设备。

(五)仓库布局

在仓库分为原材料仓库和成品仓库。

对于原材料仓库,车辆从哪里进入工厂园区?在哪里卸货?如何卸货?原材料检验区、存货区、退货区、发料区如何划分?对于成品仓库,成品如何入库?是否要入库缓存区?发货备货区、成品退货区如何划分?需要多少发货口?如何装货?车辆从哪里出工厂园区?目的是减少车辆、人和物的移动次数和距离。

原材料的品种和数量大概是多少?未来的增长速度如何?原材料的体积和重量?原材料在生产中的使用频次?原材料的采购周期?成品的品种和数量大概是多少?未来的新产品的增长速度如何?成品的体积和重量?成品的周转次数?目的是确定(原材料和成品)仓库的位置和大小,采用合理的货架(几层、层高、承重)和库位划分。

如何实现批次管理,先进先出?

如果是立体库,还要考虑物料的存取效率,即存取一次物料的周期时长,以匹配生产节拍和发货节拍。

(六)设备选型

基于工艺设计和产能设计做设备选型。

在设备选型前,有一件重要的事需要确定,即生产节拍——批次的生产周期。比如,某定制家具工厂,20个订单合并为一个批次,大约1000块板件,这样才能发挥批量化生产的效率,同时也能确保材料的高利用率。一般的加工制造工厂,都有一个最小化批量,离散制造稍微特殊。

数字工厂使用自动化/智能设备,跟传统生产节拍肯定不一样,生产节拍需要重新评估和计算,不能用原有的生产节拍硬套。

每道工序的设备产能都要匹配生产节拍,低了不能满足生产周期,高了就是投入浪费。我曾经参观一家定制家具企业,几条产线都是一台开料机,连接一台封边机,而封边机的板件处理速度要大大高于开料机,封边机严重吃不饱,封边机后面连接两台打孔机,打孔机的板件处理速度更慢,因此封边与打孔之间的缓存区常常爆仓,说明设备的选型不专业,没有充分认证。

此外,设备的稳定性非常重要,稳定性包括加工精度的稳定,以及设备和系统的稳定。设备选型的时候,千万不能贪便宜,更不能被别人当小白鼠,这是很多工厂容易走弯路的地方。

比如某家具工厂,买了20台某品牌的加工中心,每天都有几台宕机,虽然价格相对便宜很多,但理论产能相对减半,同时加上每天都有宕机情况,总产能并没增加多少,设备的总占地面积相对大两倍,而且每天占用大量的班组长和设备维修人员的工时,从成本角度看根本没有优势。

又如某企业建数字工厂,AGV小车调试大半年也没有调好,AGV本是很成熟的技术,调试也比较容易,但这家为了节省费用,找了一家原本做磁轨导航的厂家,现在做激光导航,加上供应商投入不足,被人家当小白鼠试验了大半年也没有做好,严重影响了正式投产。

再如,我当时在我乐家居,网络设备、条码打印机、条码扫描枪(固定和手持)、PLC控制、安灯等都选用头部品牌的产品,车间里所有电脑一律采用工业平板(价格是普通电脑的两倍多),虽然产线几乎是7*24小时生产,而生产又完全依赖于系统,系统一秒钟都不能停,但IT不需要值夜班,周末也不需要排班,不仅仅是降低人员成本,更关键的是不影响生产,使生产更为顺畅。制造设备的选型也是同样道理,表面上看,一次性投入大了,但从长远看,一定是节约成本,提高效率,增强员工的体验。

(七)车间内物流线路、线边库规划

跟仓库设计类似,车间内物流设计的目标是人和物的移动次数最少,移动距离最短,方便领/发料、方便加工、方便流转、方便质检、方便入库。

有一家规模不大的工厂,通过数字化转型,重新设计了车间内物流线路和线边库,几乎实现了车间物流自动化,把原本28次搬运,减少到5次,降低了人工,增强了生产节拍的控制,提升了生产管理。

车间物流设计中,缓存区常常被忽视,即上下游车间之间,或者是工序与工序之间的临时库存,基于生产节拍和批次量的大小设计,同时要适当放一些余量,一般为批次量的2倍左右,具体按实际情况而定。如果缓存不够,很容易缓存爆仓,上道工序必须停产,影响整体生产节拍,继而影响工厂产能。

(八)需要哪些数字化应用和技术

在数字工厂设计阶段,一般都会使用BIM(建筑模型信息化Building Information Modeling)和虚拟仿真技术,可以少走很多弯路,缩短数字工厂的建设周期。

在数字工厂建设阶段:

· 条码、二维码、电子标签(RFID),一般用于标识物料、设备等。

· IC卡、生物识别(指纹、人脸、眼角膜等),用于标识人员。

· 数控机床、机器人、电子看板、PLC、安灯系统等,用于加工。

· PC、工业平板、手机、PDA、基础网络(有线、无线)、4G/5G、云(私有云、公有云、混合云)、物联网等,构建数字化系统的基础架构。

· 自动混轮线、AGV、RGV、机器臂(含航架)、立体库、智能货柜等,用于车间物流,码垛和搬运。

· ERP、MES、WMS、CRM、SCM、APS、PLM、BI等用于系统控制,所有系统都集成打通,主数据(物料、人员、设备、工艺、工序等)唯一。

· 视觉识别用于自动质检、安全/环保预警、安全/环保控制等。

· AR/VR/MR用于培训、SOP、知识库、远程专家指导等。

· 数字孪生用于预警、控制和优化。

此外,还有AI、大数据等应用,数字工厂的核心就是数据+算法,在数字工厂的建设中具体用到哪些技术,要根据实际情况而定。

(九)质检

首先要预留质检区域,哪些工序需要质检?抽检还是全检?如何检验?人工检验,还是自动检验?

目前对质检的要求越来越高,要实现可追溯,尤其是数字工厂,建厂的目的之一就是质量稳定,因此,尽可能采用自动/智能质检。

(十)安全

安全指生产环境的安全、加工过程的安全和产品的安全。比如压力检测、速度检测、温度检测、泄漏(气体、液体)检测、视觉识别等可以帮助提升生产环境的安全和加工过程的安全,PLM、虚拟仿真可以帮助提升产品的安全。

(十一)能耗

能耗本身也是产品成本的重要组成部分。智能地安排工序可以节约能源,如合并集中产能、减少设备空转时间、安排大能耗的工序夜间进行等。

(十二)环保

环保包括工厂环境和产品本身,工厂环境的环保主要指废料、废气、废水的处理。对于产品本身,一是材料本身是否环保,二是检测手段是否可靠。

组织配称

(一)管理人员

对于一定规模的企业,我一向建议企业自身对核心数字化系统有主导能力,不能完全依赖乙方,数字工厂一定是企业的核心数字化系统之一。

· 项目的真正责任人是企业自身,不是乙方顾问,项目对乙方来说就是个生意,对甲方项目团队来说,几乎是全部。

· 最了解需求的还是自身团队,因此对需求的把控和以及解决方案的设计,甲方要主动深度参与,不能完全听任乙方。

· 面对问题时,乙方的体感跟甲方不一样,我们常常看到有时甲方项目经理急得冒火,而乙方顾问还是不慌不忙。

· 乙方顾问有档期,一般会同时面对多个客户,处理问题需要排队。如果项目不幸被列为非重点,优先级也会大大降低。如果再不幸,顾问中途离职,无疑对项目的推进影响巨大。

· 项目完成后,还需要不断优化迭代,如果自身能主导,必定会大幅加快优化迭代的进程。

当然不排除也有服务好的乙方,但是项目完全依赖乙方本身就是一个巨大的风险。

为了企业自身能有主导能力,因此企业必须要有既懂技术、又懂工艺、还要懂设备的人,如果没有,在整个建设过程中,会非常被动。如果初期没有这种复合型管理人才,有协作性好的团队代替也可以,在项目过程中,培养这种复合型管理人才很有必要,这种复合型管理人才是稀缺资源。

(二)技术人员

技术人员包括工艺、设备、自动控制、数字化软件开发、数字化基础架构等人员。

(三)操作人员

操作人员包括数控机床、机器臂、机器人、智能货柜等自动化、智能化设备的加工操作人员。

实施方法

(一)总体规划,分步实施

实际上,大部分制造企业很难在行业里找到好的数字工厂标杆,因此,对绝大部分企业来说,建设数字工厂一步到位不可能,必须总体规划,分步实施。

曾经看到有家数字工厂,安装完成后,调试一年还没有正式投产,主要原因就是步子太大,想一步到位。后来为了投产,把很多自动化的设备关闭,用人工代替,所以建议要学会先做减法,后做加法,大部分情况下,完美主义一步到位就是个坑。

(二)只有起点,没有终点,持续迭代优化

数字工厂建成投产后只是个开始,且不说初期很难一步到位,后期要逐步完善。生活在VUKA时代,由于市场变化、需求变化、产品变化、技术变化、材料变化、工艺变化、设备变化和管理变化等,因此数字工厂也要不断相应迭代优化,只有起点,没有终点。

(三)选择成熟的供应商

建设数字工厂一般都要请外部专业公司,即数字工厂建设供应商,供应商的选择非常关键,造价固然重要,但不能是最重要的考虑因素,以下是必须重点考察的几个问题:

·  企业资质和实力,擅长的领域

·  有没有行业经验?

·  有没有类似工厂的设计和建设经验?

·  曾经设计和建设过多少家数字工厂?

·  运行效果如何?

·  本地化服务能力

目前市场有点乱,很多公司都号称能设计建设数字工厂,但真正有能力有实力的供应商并不多,千万不要给人家当小白鼠。

供应商的选择,要依靠团队,基于选型表,集体理性决策,即使是协作公司参与,也要公平选择。

(四)透明工厂建设流程及注意事项

崔伟栋老师总结了工厂建设基本流程20步,我十分赞同,现摘录如下,供大家参考:

1. 投资建厂可行性论证。

2. 成立建设管理项目组。

3. 规划设计,从生产工艺开始,配套的基础设施,建筑物,优化设计。

4. 项目立项政府备案。

5. 选址买地,拿土地证。

6. 签地质勘察合同,实施地质勘察。

7. 签设计合同及实施(融合BIM+IOT+FM技术)。

· 工艺设计

· 附属基础设施与机电建筑设计

· 总平面布局设计(分阶段建设或全面建设确认)

· 数智化设计

8. 建设报建(取得施工许可证),这个过程比较漫长,一般要3—6个月。

9. 签施工合同,施工,拿到施工许可证后就可以施工,一般1万平米左右的工厂,大概是6—12个月左右

10. 施工图设计,设计院一般是建筑设计和基建设计,不涉及工艺设计,工艺设计一般都是客户自己设计。

11. 开工与建设(地基、建筑、机电、生产设备)。

12. 送电、送水、送气等。

13. 生产设备安装和调试。

14. 数智化运营中心调试及运营。

15. 试运行,试生产(环保验收),量产。

16. 申请取得房产证。

17. 生产管理,质量管理,设备管理,数智管理等。

18. 投资回收管理。

19. 工厂全生命周期成本动态管理。

20. 工厂报废关闭(土壤污染环评),土地转让。

 

投诉邮箱:tougao@shanxishangren.com
 
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