当今世界已经进入了数字化时代,数字化技术在媒体、生活、经济、社会、文化和医疗等各个领域不断扩大应用并取得显著成效。
【编者按】本文作者为蔚蓝工业CEO,前西门子研究院高级顾问,专注企业数字化工厂规划咨询和工业互联网解决方案。分享此文供业内人士参考。
随着技术创新、客户需求以及外部环境因素的加速变化,数字化技术和制造业的结合越来越紧密,制造业企业的数字化转型也正在加速推进。
从国际看,新一轮科技和产业革命正在兴起,制造业发展态势和竞争格局面临重大调整。发达国家纷纷提出了“工业4.0”“再工业化”和“制造业回归”战略,围绕制造业,制定战略、出台政策、投入资金,彰显国家意志,试图赢得制造业竞争新优势。在中国,工信部也提出“两化深度融合”和“中国制造2025”战略,以推进信息通信技术与制造业深度融合为主线,以推广智能制造为切入点,强化工业基础能力,提高综合集成水平,全面推进制造业转型升级,推动中国制造实现由大变强的历史性跨越。
数字化转型现在是一个势不可当的趋势,根据著名的咨询机构IDC和其他咨询机构的预测,2020年全球数字化转型相关的产业的增加值会达到18万亿美元。从制造业企业的角度,主要有两个方面的问题要解决:
一个是企业内部价值链的整合和打通。
另外一个就是企业外部的数字化资源怎么有效利用。
在企业内部,比如怎么利用内部的工具和流程驱动生产、供应链、研发、市场、服务等企业价值链的打通,这是制造业企业需要关注的核心问题。
数字化转型与不断变化的数字经济直接相关,因为在数字经济环境下,基于技术的支持,个人、企业乃至整个社会都实现了实时互联。大家不妨想想那些正在改变商业本质的高级功能——高度互联:随时随地沟通,实现高度互联;无限的计算能力:各种各样的平台,提供无限的计算能力;云计算:轻松访问托管的软件和服务;传感器和移动设备激增:提供新的源源不断的信息流,以及大量的信息访问渠道;网络安全加强:支持用户安全地访问和使用重要信息,最小化内外部安全漏洞。
中国中小型制造业企业在过去几十年的发展过程中成长迅猛,对数字化的需求越来越旺盛,随着公司规模的不断扩展,他们对IT&OT的需求也越来越多,特别是在新技术的驱动下,中小企业的数字化转型需求同样势不可当。不过,必须承认的是相比于大企业,中小型制造业企业在人才、资金、技术与管理等方面都较为落后,中小企业由于其业务特性导致了其对数字化转型缺乏紧迫感,数字化转型经验相对不足,没有树立相对科学的转型升级体系方法论,不能够相对精准把握数字化转型的核心要素和战略取舍。
数字时代的到来,已是社会经济发展中不可逆转的一种趋势,所以,本文通过一个实际案例,指出中小型制造业企业如何善用新的变化形式来革新管理理念、手段与结构,进一步推动可持续发展,实现数字化转型升级。
如何以更低的IT&OT成本搭建完整的按需管理方案?
如何推动业务增长、实现卓越运营?
如何通过工业互联网管理关键的业务流程?
其他关键业务如何实现数字化管理?
以下用A公司来代表案例企业,A公司是一家生产低压电气系列产品,集科研、制造、加工、贸易于一体的多元化科技型中小型企业,为实现新时期的转型、提升未来的综合竞争力,拟建立数字化工厂。但“数字化工厂”建设是一个庞大、复杂的系统工程,需要按照“总体规划、分步实施”的原则,做好顶层设计,对工程的建设目标、内容及建设步骤、优先级等进行详细的规划。
A公司的数字化转型路径,遵循精益生产(Lean Production)的思想,结合业界的相对最佳实践进行对标,构造出针对数字化企业的评估体系,同时整合汇总A公司的企业战略目标,通过价值流分析,得出实现均衡化生产、现场可视化管理的策略及具体措施,应用仿真技术实现设计、工艺、生产一体化并建立持续改进机制,提出新工厂布局的初步方案并对现有工艺进行优化。筛选自动化实施点并提出自动化集成的实施建议,梳理信息化应用构架并提出信息化集成的实施路线图,最后得出信息化集成、自动化集成、软硬件选型、实施计划关键行动项等内容。下面将针对A公司数字化转型的核心要素步骤一一展开说明。
步骤一:企业数字化现状评估
数字化企业是现代企业运行的一种新模式。它将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合,并应用到企业产品生命周期全过程和企业运行管理的各个环节,实现产品设计制造、企业管理、生产控制过程以及制造装备的数字化和集成化,提升企业产品开发能力、经营管理水平和生产制造能力,从而提高企业综合竞争能力。
数字化企业的建设,其最终目的不仅是要提高经济效益与资源利用效率,还要提高企业的非经济效益,增强研发创新能力,提高人员素质,改善业务流程等。这种多重性决定了选择评估方法时,应采用多指标的综合评价,进行全方位的考核与评估。基于以上原则,参考德国机械设备制造业联合会(VDMA)的“工业4.0成熟度评测”,我们制定了数字化企业评估范围。
步骤二:精益生产与工艺优化
为深入了解生产过程的现状,在数字化转型规划期的起始阶段,我们对A公司的现有价值流进行了系统的分析,覆盖到全部工序环节,收集数据包括每个工序的:节拍时间、加工周期、批量大小、在制品数量、换型时间、班次、操作员数量、一次合格率、设备年检修时间等。基于需求和产线的设计节拍,主要从整体的产线平衡、生产柔性限制、拉动导入、工艺痛点以及数据采集需求五个方面进行改进空间识别,分别有助于提高效率减少投资、减少批量限制、缩短制造交付周期、优化工艺流程以及提高智能化水平。
产品未来需求 = 1500万/年,可用工作天数:26×11 = 286天,日可用工作时间:8小时,客户需求节拍 = 0.549秒/极,当前自动线设计节拍:2.4秒。
基于上述数据,对当前生产的线平衡率进行了分析,基于预估的工艺数据,目前产线平衡率 = 51.9%,智能化工厂的标准是 85%。线体设计节拍2.4秒,未来满足客户整体需求,需要4.4条线,2.55In延时测试和复校工序的预估节拍没有满足线体设计的2.4秒设计目标,除了优化单机的节拍时间,可以考虑增加瓶颈工位的设备匹配数量。在提高平衡率的同时,以最少的线体数量和投资,实现最终客户0.549秒的节拍需求。
针对未来点焊和辅助工序厂内自制的计划,建议实施拉动生产,结合在线FQC抽检改善,可以将首件产品的制造周期由基于推动模式的4.75天,缩减至约40分钟。在价值流分析的基础上,我们对现有工艺流程进行了分析。
步骤三:自动化优化与集成规划
自动化实施点的筛选基于两个重要的指标:少人化 & 可实现性。少人化用于考察实施自动化后带来的价值,可实现性用于考察自动化方案的实现难度。首先应该实施的是价值大、实现难度低的点。在对A公司自动化产线进行场景描述时,对现有情况进行了详细的梳理,发现存在如下现状和问题:
自动化设备替代人工作业,替代率高。具备基本的人机交互功能。可以通过HMI面板等显示设备状态,检测数据等信息。基本能够满足批量生产的要求。生产数据及检测数据无系统采集。更换产品型号时,需要人工去相应设备前改参数。大部分PLC和检测设备无通信接口,无法组成高速工业以太网。产品的生产和质量信息无法追溯。
自动化优化与集成面向生产自动化和检测自动化的一体化,包括设备的互联互通、设备与信息系统的无缝连接、人机交互的界面等方面。为有效地完成自动化的集成,在项目中我们采取了如下步骤:
1)实施点筛选,识别出自动化实施点的优先级;
2)功能概念描述,对自动化需要完成的功能、操作进行文字描述;
3)数据传输与控制,分析不同智能体之间的信号传递及响应;
4)全自动化集成,在工业互联网的基础上实现设备的互联并与上层应用系统集成;
5)设备选型/供应商评估。
步骤四:信息化优化与集成规划
在数字化转型的落地过程中,另一个很大的挑战是单个信息系统的优化以及多个信息系统的集成。随着企业的发展,越来越多的信息系统被导入企业,而系统间的数据交互、系统与流程间的匹配程度、系统构架本身的合理性等问题,向信息化集成提出了挑战。
为应对这一挑战,近年IT界提出了企业构架(EA,Enterprise Architecture)的规划方法,这是一种从企业战略出发去梳理业务架构,进一步分析和规划IT架构,并用于指导、规范计算机信息系统建设的理念和方法,是当前数字化工厂、数字化企业转型规划所采用的一种最佳实践和方法论。
通过对企业架构的分析,在对业务战略和业务流程理解的基础上,对企业的信息系统进行总体规划和科学实施,从而可以将企业的业务战略和业务流程与具体的信息系统紧密地结合起来,为企业描绘出一个未来的数字化企业中业务、数据、应用和技术互动的蓝图。
业务架构框架以价值链为基础,进行流程的逐级细化,并且定义了包括客户管理、产品开发、生产制造等主要的业务功能和职责,最后以流程为主要分析角度,建立业务架构框架。本案例以A公司的生产制造流程为分析范围,覆盖前四层的企业架构分析(Level-0到Level-3),其目的如下:
第一层(Level-0)看价值,识别价值链视图
第二层(Level-1)看管理,识别业务管理视图
第三层(Level-2)看流程,识别管理流程图
第四层(Level-3)看活动,识别活动流程图
业务架构是基于战略决定企业各组成部分如何运转的工具,建立了企业战略与日常运营之间的关联关系。从企业级视角以一种结构化、层次化的方式描述业务流程,它具有以下两种特征:
1、以企业级视角描述全局的价值链
2、采用结构化的方式来组织价值链到任务步骤的业务流程。
A公司的业务架构 level 0由三部分不同的流程群体组成:
管理流程,确定A公司的战略发展方向,关注公司的优势和创造基本的框架。
业务流程,直接和客户相关,由所有增值程序来组成,主要关注外部客户的利益。
支持流程,是保证运营的流程。
通过对Leve-0～Level-4层级的业务架构梳理,期望达到的目的是:通过对A公司生产运作管理现状和存在的问题进行深入细致分析,提出流程优化或流程管理的新思想;通过对生产流程的梳理、流程优化、流程固化和流程e化等几个阶段的研究,提出解决方案和具体实施对策,构建生产流程优化模型;采用统一的业务流程描述语言和工具,清晰各部门职能,明确责任,解决流程不清、运行效率低下的问题;识别生产流程中的信息交互、数据交互、数据查询、数据统计,为A公司导入MES系统奠定基础。
基于信息化现状的分析,其中ERP和OA已实施,A公司目前产品生命周期管理存在很大的提升空间,该提升将很大程度改善设计向制造的转化效率,故建议率先实施PLM相关的信息系统。
A公司未来的应用架构将包含商业智能(BI)、PLM、ERP、MES、SCADA、SCM、QMS、CAPP/MPM、WMS+WCS、企业内容管理(ECM)等核心业务应用系统,也将包含业务流程管理(BPM)、项目管理(PM)、客户关系管理(CRM)、人力资源管理(HR)、知识管理(KM)等支撑业务应用系统。另一方面,为确保各信息系统的平滑运行,还应建立一套完善的IT治理框架,包括:面向服务的体系构架(SOA)和事件驱动的构架(EDA)、IT流程和IT战略、IT管理/财务/管控等。
步骤五:数字化转型路线图设计
在数字化企业转型规划项目进展的结尾,我们根据A公司当前的数字化水平与行业标杆工厂水平做了对标评估,把A公司的数字化工厂的建设分为了三个阶段,第一阶段为打造区域行业标杆水平,第二阶段为打造国内行业标杆水平,第三阶段为打造国家级制造水平。并且每一个阶段相关的建设活动、主要内容、时间进度以及初步投资估算都做了相应的计划和分析,使企业能够根据自身的资金状况以及节奏确定详细的转型升级路线。
在转型规划的过程中,我们也识别出了一些数字化转型过程中存在的潜在风险,进入实施期后,规划组成员应与实施团队、供应商、公司领导层一起,进一步识别可能存在的风险,并寻找到消除、规避、控制风险的策略,确保A公司的数字化转型平稳进行。
