面向智能制造的工業(yè)工程和精益管理

過去100年，工業(yè)工程(industrialengineering，IE)／精益管理(lean management，LM)以其強大的整合能力，推動世界經(jīng)濟的快速發(fā)展。面對當今的現(xiàn)實需求和新一代信息技術(shù)帶來的發(fā)展機遇，ＩＥ／ＬＭ與新技術(shù)的融合進一步豐富了ＩＥ／ＬＰ（ｌｅａｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）的理論體系，帶來了全新的生命力，在智能化浪潮中繼續(xù)發(fā)揮關鍵作用。

在德國，精益被列入構(gòu)成未來智能工廠的四大模塊之一。為迎接“工業(yè)４．０”時代，德國企業(yè)界和管理學界提出了“管理４．０”這一新的管理體系，認為要實現(xiàn)工業(yè)４．０，必須先實現(xiàn)管理４．０。在我國，精益也被認為是實現(xiàn)國家制造戰(zhàn)略、加快轉(zhuǎn)型升級的基礎與保障，就企業(yè)而言，需要首先通過精益管理積累起與智能制造匹配的管理基礎，以標準化構(gòu)建互聯(lián)互通的橋梁，支持數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化目標的實現(xiàn)。

然而，目前無論是在理論界，還是在實業(yè)界，關于ＩＥ／ＬＭ對智能制造作用的認識并不統(tǒng)一。

如何認識ＩＥ／ＬＭ與智能制造的關系，如何評價ＩＥ／ＬＭ對智能制造的作用，如何正確發(fā)揮ＩＥ／ＬＭ的作用，尚未有清晰的解答。為此，本文通過梳理分析美日德等先進國家工業(yè)化過程中的規(guī)律性特征，明確ＩＥ／ＬＭ對企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的具體作用，并針對我國制造業(yè)的現(xiàn)實水平，探討智能制造滾滾大潮中ＩＥ／ＬＭ應該承擔的歷史使命，從實施基礎準備、實施方案選擇以及實施后的融合發(fā)展等角度深入分析ＩＥ／ＬＭ與智能制造的關系，為我國企業(yè)實施智能制造轉(zhuǎn)型提供戰(zhàn)略思考和初步的解決思路。

１美日德等發(fā)達國家發(fā)展路線的啟迪

１８世紀以蒸汽機為代表的英國工業(yè)革命，開創(chuàng)技術(shù)創(chuàng)新引領制造業(yè)發(fā)展的先河。后來，歐洲的德國、法國在電氣革命中占據(jù)領先位置，開創(chuàng)了歐洲制造業(yè)統(tǒng)治世界的局面。１８～１９世紀的市場特點是“資源稀缺”，只要在產(chǎn)品、工藝、設備、材料等方面實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，企業(yè)就一定賺錢，效益就好。

１９世紀末２０世紀初，以歐洲移民為主的美國，不僅繼承了前輩的技術(shù)創(chuàng)新基因，更是通過創(chuàng)造另外一種工程技術(shù)，即解決效率、質(zhì)量、成本（集成起來稱為效益）的工業(yè)工程，實現(xiàn)了對歐洲的超越。最典型的案例是，汽車誕生于德國，卡爾·本茨在產(chǎn)品設計、制造工藝上貢獻非凡，可德國的汽車生產(chǎn)組織模式卻是作坊式的，效率低下。大西洋另一端的美國密西根一位名叫亨利·福特的企業(yè)家發(fā)明了大批量流水生產(chǎn)線的新型生產(chǎn)組織方式，創(chuàng)造出比卡爾·本茨高幾十倍、幾百倍的生產(chǎn)效率。

亨利·福特憑借工業(yè)工程的原理和德國的創(chuàng)新技術(shù)，在汽車市場的競爭中取得了成功。工業(yè)工程支撐美國取得了一戰(zhàn)和二戰(zhàn)的勝利。美國人用兩個拳頭———技術(shù)創(chuàng)新與以工業(yè)工程為特征的管理創(chuàng)新打垮歐洲同行，獲得了制造業(yè)世界霸主的地位。

有趣的是，被美國人在二戰(zhàn)中打敗的日本和德國，不僅毫不猶豫地學會了美國的工業(yè)工程，還將其改造成自己的管理理論和方法，用“技術(shù)創(chuàng)新＋管理創(chuàng)新”兩拳頭武裝自己，在制造業(yè)競爭中迅速崛起，達到世界一流。日本的豐田生產(chǎn)方式（Ｔｏｙｏｔａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＴＰＳ）在２０世紀８０年代后期被驚奇的美國人概括為精益生產(chǎn)（后發(fā)展為精益管理），并成為風靡全球的助力企業(yè)競爭力快速提升的利器。

產(chǎn)品、工藝、設備、材料的技術(shù)創(chuàng)新與效率、質(zhì)量、成本的管理創(chuàng)新的結(jié)合，成為當今國際一流制造強國（美國、日本、德國）的最明顯特征，如圖１所示。圖２按照時間線給出了美日德三國工業(yè)化１００多年來的ＩＥ發(fā)展歷程與各國ＧＤＰ增長之間的關系。

圖１ 發(fā)達國家制造業(yè)發(fā)展路線示意圖

圖２ 發(fā)達國家工業(yè)工程演進與 ＧＤＰ增長的關系

綜合圖１、圖２可以得到一些有啟迪性的結(jié)論。首先，盡管這些國家制造業(yè)發(fā)展起點不同，經(jīng)歷了不同的轉(zhuǎn)型升級階段，但在過剩市場競爭轉(zhuǎn)型升級時，都不約而同地經(jīng)歷了使用ＩＥ／ＬＭ的發(fā)展階段，并且在這些國家工業(yè)化的過程中，ＩＥ始終相伴左右，其應用層次與國家工業(yè)化之間存在著顯著的相關性。ＩＥ作為工業(yè)化過程的助推器，每每在經(jīng)濟發(fā)展出現(xiàn)乏力之時，都會與新興技術(shù)結(jié)合，在不斷創(chuàng)新、發(fā)展自己的同時，推動工業(yè)化水平向更高層次邁進。

其次，就ＩＥ本身的發(fā)展過程而言，美國作為ＩＥ的起源地，始終保持ＩＥ研究與應用的領先地位外，其他國家無一例外都經(jīng)過了“模仿—改進—融合—創(chuàng)新”的道路，從最初的單純模仿到結(jié)合本國國情進行本土化改造，形成適合本國的生產(chǎn)制造模式。

再次，從ＩＥ應用的水平看，上述三國都是遵循相同的基本路線，即從解決個體效率的基礎ＩＥ應用到面向制造系統(tǒng)效率改善的精益生產(chǎn)，再到面向整個企業(yè)和供應鏈協(xié)同的智能制造，實現(xiàn)不斷提升。這一過程中，ＩＥ與技術(shù)創(chuàng)新相生相成，推動制造模式和工業(yè)化水平的不斷提升。美國按照工業(yè)工程→精益生產(chǎn)→信息化與ＣＩＭＳ→互聯(lián)網(wǎng)和云制造的路線發(fā)展，日本經(jīng)過了工業(yè)工程→豐田生產(chǎn)方式→全面精益生產(chǎn)→信息化的過程，德國則經(jīng)歷了效率工程（標準化）→工業(yè)工程（道維斯計劃與方法時間測量（ｍｅｔｈｏｄ ｔｉｍｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＭＴＭ））→精益生產(chǎn)、流程改善→信息化→智能制造、工業(yè)４．０的發(fā)展路線。同理，我國的一汽、濰柴、華為等領先企業(yè)通過創(chuàng)新性的ＩＥ／ＬＭ應用始終保持行業(yè)的優(yōu)勢地位。

由此，我們可以得到這樣的結(jié)論：從“放任式管理”到“科學管理／工業(yè)工程”，到“豐田生產(chǎn)方式／精益管理”，再到“智能制造／數(shù)字化管理”是企業(yè)管理創(chuàng)新的基本路線，ＩＥ／ＬＭ是智能制造的理論基礎和方法基礎。

事實證明，管理的有序性、不可超越性，決定了只有夯實ＩＥ／ＬＭ的基礎，才可能實現(xiàn)智能制造等高端制造。沒有現(xiàn)場改善的基礎，任何先進的管理技術(shù)應用都難以奏效。制造業(yè)發(fā)展是“技術(shù)＋管理＋人”的系統(tǒng)競爭過程，從工業(yè)１．０到工業(yè)４．０，任何一次技術(shù)的重大突破、轉(zhuǎn)型升級都注定與生產(chǎn)模式的變革、管理技術(shù)的創(chuàng)新相伴而行，它們共同推動工業(yè)經(jīng)濟向更高層級邁進，如表１所示。

表１ 技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新與工業(yè)化階段的關系

２企業(yè)實施ＩＥ／ＬＭ的幾點思考

２．１馬車模型

制造企業(yè)猶如一駕馬車（圖３），由兩個輪子、一匹馬和駕駛者（人）所組成，同時集成了韁繩、車軸、車轅等子系統(tǒng)。

圖３ 馬車模型

（１）馬車模型中的“兩個輪子”是技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新。馬車要跑得快，必須兩個輪子一樣大，如果一個大、一個小，馬車肯定跑不快，甚至原地打轉(zhuǎn)。我國制造企業(yè)如果僅在技術(shù)、裝備上領先國際，會因為效率、質(zhì)量、成本等管理創(chuàng)新要素上不去而在競爭中敗下陣來。只有管理與技術(shù)雙輪驅(qū)動，才能支撐這駕馬車在工業(yè)化的道路上順利前行。

２０多年前，一汽－大眾買下德國大眾的全套生產(chǎn)系統(tǒng)，其廠房、環(huán)境幾乎完全相同，企業(yè)總經(jīng)理、車間主任等重要崗位都是德國大眾的人，只有員工是中國人。然而一汽－大眾生產(chǎn)的車在質(zhì)量等方面還是比不上德國大眾原裝進口車。其原因在于當時一汽－大眾的另一個輪子———管理創(chuàng)新的能力低于德國大眾。近幾年，一汽－大眾意識到問題所在，將精益生產(chǎn)管理推動得如火如荼，也因此，他們在產(chǎn)能過剩的情況下仍然在同業(yè)中處于領先地位。

（２）馬車模型中的“馬”代表企業(yè)的動力。馬是否有活力即企業(yè)是否有活力，取決于企業(yè)文化的質(zhì)量和這種企業(yè)文化下企業(yè)出臺的一系列政策、機制等。一個企業(yè)如果死氣沉沉、沒有活力，那一定是機制、文化、政策出了問題。所以，企業(yè)文化是企業(yè)的“源動力”。

（３）馬車模型中的“人”是企業(yè)的領導者、管理者、工程師和生產(chǎn)者的集合。精益管理的成功實施，一定會最終培養(yǎng)、鍛煉出一大批精益人才，這是企業(yè)真正的，也是最大的財富。

２．２ＩＥ／ＬＭ的基本特征

２．２．１創(chuàng)新性（不可復制性）

產(chǎn)品、工藝、設備、材料等技術(shù)都具有可復制的特征，所以創(chuàng)新出來的技術(shù)必須申請專利，用法律來保護，防止被別人盜用。

管理創(chuàng)新不具有復制性，必須與本企業(yè)相結(jié)合，進行本土化自主創(chuàng)新。日本豐田的ＴＰＳ、德國大眾的管理體系、美國福特的公司管理方法都是結(jié)合本國文化和本企業(yè)實際形成的創(chuàng)新性管理成果，不需要專利來保護，而且還歡迎同行來參觀學習。近年來，我國制造企業(yè)有成千上萬的人去日本豐田學習，日本豐田公司熱情接待，還想方設法進行講解。但多數(shù)情況下我國企業(yè)還是無法實現(xiàn)ＴＰＳ那樣的中國生產(chǎn)系統(tǒng)，其原因在于文化不一樣、人的行為不一樣。

同樣，我們從２０世紀８０年代就開始學習美國、德國的制造模式，但事實證明，完全的自動化、無人化不符合國情，結(jié)果只能是花費了巨大精力、財力，卻收效甚微。導致這個問題的原因是沒有注意到ＴＰＳ制造模式不僅包含技術(shù)要素，更包含有文化屬性和不可復制的管理要素。近年來，隨著我國管理實踐的不斷深入，包括一汽、華為、海爾、中車在內(nèi)的眾多制造企業(yè)已經(jīng)認識到文化對管理理論與技術(shù)引進效果的重要作用，開始有意識地在管理創(chuàng)新實踐中融入國文化，形成了自己獨特的管理模式，一汽的ＪＭＳ、中車的動車模型都是其中的代表，為這些企業(yè)在激烈的市場競爭中帶來了新的活力，奠定了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的堅實基礎。

２．２．２累積性

企業(yè)的競爭力與企業(yè)對技術(shù)和管理的投入成正比，只有二者有效匹配，技術(shù)投入才能發(fā)揮價值。我國許多企業(yè)在技術(shù)投入上肯花錢，在管理投入上卻謹小慎微，所以很難與美日德企業(yè)抗衡。這種重技術(shù)輕管理的思想屬于“農(nóng)民意識”，還未進化到工業(yè)化的層級。

管理基礎需要通過不斷累積而提升。累積的特征使得管理創(chuàng)新難以跨越式發(fā)展（技術(shù)創(chuàng)新可以），必須一步一步地進行。只有基礎打好了，才能蓋“高樓大廈”。所以，精益管理只有起點，沒有終點。管理理論和方法一般不隨時間的推進而有先進或落后之分，但管理方法實施的手段有所謂的先進或傳統(tǒng)之分。制造企業(yè)的現(xiàn)場管理、勞動定額、期量標準、物流系統(tǒng)、均衡生產(chǎn)、目視管理、標準作業(yè)等，這些基礎性的管理工作未達到一定程度時，實施信息化、智能制造等都是紙上談兵。從這一點看，我國的工業(yè)企業(yè)可能還要補上從２．０到３．０發(fā)展的課，然后才能向４．０發(fā)展。

３智能制造環(huán)境下的工業(yè)工程與精益生產(chǎn)管理

３．１ＩＥ／ＬＭ先行筑牢智能制造基礎

智能制造是一種面向產(chǎn)品全生命周期，實現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。智能制造的發(fā)展為企業(yè)感知變化、及時響應、正確決策提供了新的可能。

智能制造不可能建立在低效的生產(chǎn)模式之上，精益生產(chǎn)是必須要走的第一步，而且是投資回報最高的一條路徑。通過ＩＥ／ＬＭ構(gòu)筑數(shù)字化、規(guī)范化的管理基礎，之后才是數(shù)字化，以此為基礎才可能實現(xiàn)智能化。盲目超前不會帶來效益，只會帶來浪費，削弱企業(yè)競爭力。對于圖４所示的生產(chǎn)系統(tǒng)，如果不先行改善而直接上先進系統(tǒng)，則無法從根本上消除系統(tǒng)生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)成本高、可能存在質(zhì)量缺陷等問題，其結(jié)果必然是失敗。應用ＩＥ／ＬＭ的設施規(guī)劃技術(shù)調(diào)整該系統(tǒng)的生產(chǎn)布局（圖５），可在不增加任何投資的情況下，將生產(chǎn)效率提升９２％！這為后期的智能制造系統(tǒng)的實施奠定了良好的管理基礎，以此為基礎來實施智能制造，其效果會事半功倍。

圖４ 改善前的生產(chǎn)與生產(chǎn)流程

圖５ 改善后的生產(chǎn)布局示意圖

智能制造的核心是數(shù)據(jù)驅(qū)動。沒有數(shù)據(jù)的支持，任何資源都只是擺設。沒有及時準確的數(shù)據(jù)，決策往往是無效的，甚至錯誤的。如果企業(yè)管理基礎薄弱，數(shù)據(jù)總是處于變動中，生成的決策無法正常執(zhí)行，都會導致智能制造系統(tǒng)的效力無法發(fā)揮，形成巨大浪費，甚至造成不可彌補的巨大損失。很多企業(yè)在實施ＥＲＰ或者ＥＲＰ升級換型的過程中，花費時間最多的就是基礎數(shù)據(jù)的整理。ＥＲＰ系統(tǒng)運行不起來的主要原因是無法獲得標準化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)?；A數(shù)據(jù)沒有理順，卻大談“工業(yè)大數(shù)據(jù)”，注定是難以取得實效的。

精益生產(chǎn)管理正是數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)揮效益的基石?；冢桑牛蹋偷木婀芾砀采w產(chǎn)品整個生命周期，貫穿產(chǎn)品研發(fā)、工廠設計、產(chǎn)品制造、分銷服務和退市回收的全價值鏈，并且致力于通過精益管理實現(xiàn)流程標準化、全面質(zhì)量管理和消除浪費等，是企業(yè)信息化取得成功的基礎，也是智能制造的基礎和目標。企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，精益管理為企業(yè)提供成熟的管理思想、理論與工具方法的支持?；诰婀芾淼於ǖ牧己霉芾?，智能制造系統(tǒng)才能獲得準確及時的數(shù)據(jù)，才可能實現(xiàn)對制造過程的可感、可控，從而有效支持企業(yè)決策和目標實現(xiàn)。因此，實施智能制造，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程必須與精益生產(chǎn)或工業(yè)工程同步推進。

３．２ＩＥ／ＬＭ相伴支撐智能制造理性實施

中投顧問發(fā)表的《２０１６－２０２０年中國智能制造行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預測報告》顯示，僅１６％的企業(yè)進入智能制造應用階段，５２％的企業(yè)的智能制造收入貢獻率低于１０％。事實上，即使在工業(yè)４．０的發(fā)源地德國，對中小企業(yè)而言，工業(yè)４．０也是一個奢侈的口號。企業(yè)的根本目標是贏利，提高效率、降低成本、改善質(zhì)量、贏得競爭優(yōu)勢是企業(yè)永恒的主題。

智能制造不是目的，而是手段，其核心目的是幫助企業(yè)提升競爭力，因此絕不能搞面子工程。所以即便企業(yè)已經(jīng)具備較好的管理基礎，具備智能制造系統(tǒng)發(fā)揮作用的前提條件，在選擇實施智能制造的策略時也需要開展有效的投資分析和系統(tǒng)規(guī)劃，選擇對企業(yè)最有利的實施方案。麥肯錫的調(diào)研顯示，在工業(yè)４．０的大潮里獲益最多的是根據(jù)企業(yè)自身管理、業(yè)務、戰(zhàn)略情況有取舍地融合工業(yè)４．０技術(shù)的企業(yè)。

一個真正的智能工廠，應該是精益、柔性、綠色、節(jié)能和數(shù)據(jù)驅(qū)動的，能夠適應多品種小批量的生產(chǎn)。智能工廠不是無人工廠，推進智能工廠絕不是簡單地實現(xiàn)機器換人。以減少多少人作為評價標準在很大程度上會讓企業(yè)深陷泥潭，投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)成本不但沒有下降、反而大幅上升：因為雖然操作人員減少了，但設備維護人員增加了；技術(shù)投資帶來的折舊、能耗和財務成本大幅上升，難以收回投資，甚至拖垮企業(yè)。更遑論現(xiàn)實中，機器在很多時候并不能達到人的效能，比如汽車制造的總裝和質(zhì)檢環(huán)節(jié)。脫離實際的“技術(shù)崇拜”、過度追求生產(chǎn)自動化讓有著明星光環(huán)的特斯拉公司在Ｍｏｄｅｌ３項目上邁入“產(chǎn)能地獄”，拖累公司幾近破產(chǎn)。直到將總裝環(huán)節(jié)挪入“帳篷工廠”，重新定義超級工廠模式，即以一定程度的半自動化和人工裝配取代部分全自動化，才再次“王者歸來”。

２０１９年，特斯拉將這種模式復制到上海生產(chǎn)基地，其可行性被再次驗證。類似地，南京某工廠有一條裝配線，一開始設置的自動化率是９０％，后來自動化率調(diào)整為７０％并增加若干人工工位后，整體質(zhì)量和效率反而更優(yōu)。

自動化與數(shù)字化是實現(xiàn)智能制造投資最大的部分，必須慎重對待。投資前需要明確轉(zhuǎn)型升級的目的和投資回報率，以競爭力提升為根本目標展開系統(tǒng)分析，研究使系統(tǒng)運行效率最高、成本最低的方案，通過人－機系統(tǒng)的有效配置充分發(fā)揮智能資源的作用，在更高的技術(shù)平臺上更好地服務顧客。實施智能制造時，ＩＥ／ＬＭ是其合理布局的基本原則，依靠ＩＥ／ＬＭ從精益的角度去系統(tǒng)評估先進設備投入的必要性、進行技術(shù)經(jīng)濟分析、開展項目規(guī)劃、制定項目實施方案與實施路線、開展預實驗等管理決策與優(yōu)化活動是智能制造項目成功的關鍵。

３．３ＩＥ／ＬＭ融合賦能智能化轉(zhuǎn)型升級

ＩＥ／ＬＭ不僅是智能制造的基礎，更是智能制造的加速器。通過與智能制造技術(shù)的裂變?nèi)诤?，?chuàng)造出新的生產(chǎn)模式、管理模式與生產(chǎn)技術(shù)，通過乘法效應推動企業(yè)發(fā)展進入快車道，持續(xù)保持競爭優(yōu)勢?！肮I(yè)工程＋新技術(shù)”的復合技術(shù)形態(tài)能為企業(yè)實現(xiàn)雙向賦能、增能、使能。

ＩＥ／ＬＭ的創(chuàng)新性源于ＩＥ與專業(yè)工程技術(shù)之間與生俱來的強大融合能力。自ＩＥ誕生以來，每次大的產(chǎn)業(yè)需求迭代都與重大ＩＥ創(chuàng)新相伴，不斷吸收先進技術(shù)的最新成果，推動ＩＥ從一個能級躍升到更高能級，在更高更廣的平臺上發(fā)揮更大作用。從最初主要采用工程學、物理學的技術(shù)方法、實驗方法研究現(xiàn)場效率與成本的優(yōu)化，到２０世紀４０年代吸收運籌學、系統(tǒng)科學、心理學等多學科思想與方法，研究企業(yè)整體競爭力的改善，ＩＥ的研究領域已擴展到復雜工業(yè)和社會生產(chǎn)系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應用，ＩＥ的數(shù)據(jù)分析與處理能力顯著增強，管理范圍也跨出企業(yè)邊界而關注供應鏈、價值鏈、產(chǎn)業(yè)鏈的管理。

當今，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、５Ｇ、區(qū)塊鏈、云計算、數(shù)字孿生等新技術(shù)賦予了ＩＥ更強的分析、處理和解決問題的能力，反過來進一步增強了新技術(shù)的威力。精益與智能的有機融合正在形成新的精益智能模式，這一模式既可以使智能化的靶點對正關鍵需求，又可以使智能化過程全面提質(zhì)、增效、降成本。

４面向我國制造企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的智能精益管理體系架構(gòu)

綜上，智能制造是未來發(fā)展的必然選擇。在企業(yè)邁向智能制造的過程中，無論是在實施前的管理基礎構(gòu)建、實施過程規(guī)劃，還是運行階段的管理優(yōu)化與控制，始終需要ＩＥ／ＬＭ提供全面支持。

ＩＥ／ＬＭ是信息化的基礎，ＩＥ／ＬＭ＋ＩＴ又是智能制造的基礎，不可跨越發(fā)展。在不同階段，開放的ＩＥ／ＬＭ在為企業(yè)提供管理思想與技術(shù)支持的同時，不斷融合新技術(shù)，催生出新的“ＩＥ／ＬＭ＋新技術(shù)”的復合管理模式與技術(shù)，如訂單驅(qū)動的精益生產(chǎn)模式升級為數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧精益模式正成為發(fā)展趨勢。在基礎ＩＥ／ＬＭ技術(shù)、數(shù)字化ＩＥ／ＬＭ技術(shù)、智能制造管理技術(shù)的共同作用下，支持企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量、低成本、快速柔性響應。圖６初步給出了面向我國制造企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的智能精益管理體系架構(gòu)。

圖６ 制造企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的智能精益管理體系架構(gòu)

在新的智能精益制造系統(tǒng)中，精益管理為智能制造提供了成熟的管理思想、體系與方法工具，強調(diào)全過程持續(xù)改善，通過采用自動化和準時化等方法，消除各種形式的浪費，不斷提升價值流動效率。新的數(shù)字化、智能化技術(shù)為精益管理提供數(shù)字化手段，促進精益管理升級創(chuàng)新。二者互相促進，推動企業(yè)不斷打破物理因素限制，實現(xiàn)對變化的及時響應和實時優(yōu)化，加速企業(yè)目標的實現(xiàn)。圖７所示為智能精益制造系統(tǒng)運行圖。

圖７ 智能精益制造系統(tǒng)運行圖

5 基于智能精益的成組制造單元改造實例

本節(jié)以Ｄ公司智能精益成組制造單元改造實例說明智能精益管理體系的應用模式。Ｄ公司是一家航空制造企業(yè)，其核心產(chǎn)品的生產(chǎn)需要集成大量高性能、高精密組件，這些組件又由若干類高精密零件構(gòu)成，零件制造的精度與穩(wěn)定性對產(chǎn)品性能至關重要。如Ａ產(chǎn)品的Ｘ面功分焊接件和差器焊接件的差分性能決定著Ａ產(chǎn)品的精度和靈敏度。傳統(tǒng)上，采用單面、單工序、螺釘裝夾、定位孔找正方式實現(xiàn)單個零件的加工，待齊套后組合焊接，電性能測試合格后完成交付。但制造系統(tǒng)運行不連續(xù)、過程質(zhì)量波動大、廢品率高等問題，造成單元系統(tǒng)內(nèi)人員、設備、工藝、環(huán)境、信息等全要素質(zhì)量控制相對被動，無法消除人工擾動與系統(tǒng)不穩(wěn)定性，無法滿足現(xiàn)代高精密智能制造的質(zhì)量過程控制要求。與此同時，該產(chǎn)品的需求持續(xù)增加，２０２３年的預計交付量將達到２０２１年的２倍，接近２０２０年交付量的３倍，產(chǎn)能和生產(chǎn)柔性壓力劇增。同時，產(chǎn)品生產(chǎn)周期將縮短至２０１６年的２５％、２０２０年的４０％，生產(chǎn)效率要求顯著提高。

本項目應用豐田工作法（Ｔｏｙｏｔａ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ＴＢＰ）將兩臺傳統(tǒng)的數(shù)控機床進行集成單元智能化改造，使之具備系統(tǒng)防錯、智能控制和高度自動化的功能，減少人為干預，實現(xiàn)自主加工，顯著提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

５．１問題與原因分析

通過梳理精密加工車間各零件的加工工藝和設備布局、物料流轉(zhuǎn)、質(zhì)量控制等基本信息，調(diào)取、分析了制造系統(tǒng)全流程要素圖，對生產(chǎn)現(xiàn)場進行實地觀察和系統(tǒng)分析的基礎上，歸納了生產(chǎn)過程中存在的７類問題，依次是設備利用率（２９％）、生產(chǎn)斷點（２４％）、齊套性（１８％）、一次交付合格率（１１％）、物流布局（６％）、技能要求（６％）、工藝通用性（６％）。

課題組成員利用團隊的力量，發(fā)動頭腦風暴，集思廣益，對前期板類零件配套生產(chǎn)過程進行回顧總結(jié)，從人、機、料、環(huán)、法、測六個方面，分析每個影響交付的問題，確立真因，最終確定７個主要影響因素，如表２所示。

表２ 真因素確認表

５．２制定對策

從進一步提高加工設備自動化功能來提升制造系統(tǒng)能力的視角出發(fā)，結(jié)合柔性制造系統(tǒng)基本架構(gòu)（圖８）通過分析底層系統(tǒng)的流程信息，明確后續(xù)執(zhí)行改進的目標對象（系統(tǒng)設備人員在系統(tǒng)運行之外，不予考慮）。具體的控制要素包括：工藝信息（工藝技術(shù)方案、數(shù)控程序信息流），系統(tǒng)測量控制（數(shù)控機床控制手段、刀具在線測量方法、零件在線加工測量控制、機器人控制、工裝物流控制等數(shù)據(jù)信息流），系統(tǒng)集成設計（工裝硬件、工裝運行、機床與工裝集成、數(shù)控機床與機器人集成、數(shù)控機床與刀具集成能量流）。

圖８ 制造系統(tǒng)能力提升的層級關系導向分析

結(jié)合關鍵要因，考慮產(chǎn)品、產(chǎn)量、加工柔性、工藝、物流、自動化、智能化等關鍵功能需求，通過整合確立關鍵對策表（表３）并具體實施。

表３ 關鍵對策表

５．３效果驗證

２０２１年６月１０日，在精密加工分廠和公司質(zhì)量管理部門支持下，項目團隊順利完成成組單元改造工程，并通過初期驗證和局部改進，達成了改進目標。６月下旬，分廠結(jié)合新的工藝標準，通過必要的培訓和現(xiàn)場指導，將功分板零件加工作為成組單元功能集中的驗證對象，開展了功分板系列２０套（合計８０個零件）２４ｈ連續(xù)運轉(zhuǎn)加工實驗，最后的結(jié)果滿足精雕機自動化加工單元生產(chǎn)要求，綜合生產(chǎn)效率提升５０％以上，其中，正面加工時間縮短２９％，反面加工時間縮短６６．７％，功分器零件生產(chǎn)齊套性達到１００％，極大縮短了向總裝廠的交貨周期。改造后的自動化加工單元具備２４ｈ連續(xù)生產(chǎn)能力，具備根據(jù)裝配需求快速加工２類產(chǎn)品８種零件的能力，產(chǎn)能水平滿足２０２３年產(chǎn)量預期能力要求。改進后的產(chǎn)品加工質(zhì)量顯著提高，４種零件同步一次交驗合格率達到９９．２％，較改進前提高１３．２個百分點，質(zhì)量合格率提升１５．３％，單元設備綜合效能（ｏｖｅｒａｌｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ，ＯＥＥ）水平也達到８５％以上。

６面向中國企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的智能制造管理關鍵技術(shù)

中外歷史經(jīng)驗已經(jīng)證明，管理與技術(shù)雙輪驅(qū)動是保持競爭力的源泉，不斷升級的ＩＥ／ＬＭ是推動制造業(yè)不斷創(chuàng)新發(fā)展的規(guī)律性支撐技術(shù)，不可或缺。工業(yè)４．０時代，制造企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型給ＩＥ／ＬＭ提出了更高的要求。與此同時，新平臺、新技術(shù)、新需求也為ＩＥ／ＬＭ提供了新的發(fā)展機遇。如何與新技術(shù)有機集成，實現(xiàn)ＩＥ／ＬＭ新發(fā)展，在新環(huán)境下煥發(fā)新的活力、發(fā)揮更大的作用是全體ＩＥ人的共同責任。在對中國制造企業(yè)需求系統(tǒng)分析的基礎上，結(jié)合新一代信息技術(shù)為ＩＥ／ＬＭ提供的創(chuàng)新機遇，筆者認為，為快速提升我國制造企業(yè)的管理水平、構(gòu)建智能制造的實施平臺、全面支持我國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的需求，當前我國ＩＥ／ＬＭ領域急需在以下幾個方面實現(xiàn)理論和技術(shù)的突破。

６．１精益現(xiàn)場管理與流程優(yōu)化

智能制造有效實施的基礎是建立標準化、精益化的管理體系。互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)在改變企業(yè)經(jīng)營基礎的同時，也為企業(yè)流程的變革提供了可能。企業(yè)在實施數(shù)字化改造之前，必須首先梳理業(yè)務流程，按照先進技術(shù)的要求優(yōu)化流程，并按照新流程的要求構(gòu)建適當?shù)臋C制，保證流程的運行效果。依托ＩＥ／ＬＰＭ，通過ＩＥ與ＩＴ的有機集成，確定企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方案與路徑、發(fā)揮智能設備的效用是智能制造實施中面臨的重要課題。

６．２多品種小批量生產(chǎn)模式下的精益物流管理

隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展和深入應用，物流與供應鏈產(chǎn)業(yè)也迎來了向智慧化轉(zhuǎn)型的革命。物流與供應鏈的智慧化是新制造的核心與基石，全產(chǎn)業(yè)鏈的互聯(lián)互通與可感可視可控從根本上改變了制造業(yè)的商業(yè)模式與運營理念，也為智能制造目標的實現(xiàn)提供了可能。智慧物流與供應鏈對智能制造的支撐作用主要體現(xiàn)在研發(fā)、生產(chǎn)管理、庫存管理、采購管理等方面，全方位幫助企業(yè)提升快速響應訂單的能力。通過物流、信息流與資金流的整合、協(xié)同、互動，打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游，在生態(tài)協(xié)同的基礎上真正提升企業(yè)運營效率。

６．３精益智能制造生產(chǎn)組織、計劃、調(diào)度管理與流程創(chuàng)新

智能制造環(huán)境下，面對客戶的個性化需求，制造企業(yè)必然面臨著敏捷化、柔性化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。

面對瞬息萬變的不確定環(huán)境，企業(yè)的生產(chǎn)組織也需要作出相應調(diào)整。大數(shù)據(jù)、人工智能、ＡＲ／ＶＲ、云計算等新一代信息技術(shù)與企業(yè)生產(chǎn)組織活動相結(jié)合，形成了一系列新的生產(chǎn)組織范式與計劃調(diào)度技術(shù)，圍繞Ｃ２Ｍ（２Ｂ２Ｓ）、智能調(diào)度、云制造、網(wǎng)絡協(xié)同制造等的研究方興未艾，為準確預測、掌握甚至引領用戶需求，實現(xiàn)企業(yè)目標提供了有效工具和手段。

６．４面向智能制造的人機協(xié)同與人因工程

人機協(xié)同是智能制造管理中不能回避的問題，人因工程是高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐技術(shù)。工業(yè)革命的發(fā)展使人機關系發(fā)生了深刻變化。人因工程科學思想、設計方法論，以及信息化與工業(yè)化的深度融合，為人因工程的發(fā)展提供了新的機遇。

如何管理智能產(chǎn)品與裝備，實現(xiàn)人機協(xié)同是智能制造管理下的新課題。智能裝備、可穿戴智能產(chǎn)品、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人機交互等技術(shù)快速發(fā)展，人因工程與綠色制造技術(shù)、新一代信息網(wǎng)絡技術(shù)、智慧城市和數(shù)字社會技術(shù)等國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的結(jié)合，對于提升中國制造核心能力與工業(yè)化水平具有重要意義。

６．５工業(yè)工程在制造服務領域的創(chuàng)新技術(shù)、方法與應用

全球經(jīng)濟時代，企業(yè)的競爭已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣溑c供應鏈的競爭，并進一步向生態(tài)競爭轉(zhuǎn)變。面向產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)，依托互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)，轉(zhuǎn)變運營模式，建立高度網(wǎng)絡連接、知識驅(qū)動的制造模式，實現(xiàn)從產(chǎn)品經(jīng)濟向體驗經(jīng)濟的轉(zhuǎn)化，是智能制造時代企業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向。這些新興的智能制造服務優(yōu)化了制造行業(yè)的全部業(yè)務和作業(yè)流程，可實現(xiàn)生產(chǎn)力的可持續(xù)增長、高經(jīng)濟效益目標。智能制造服務結(jié)合信息技術(shù)和工程技術(shù)，將從根本上改變產(chǎn)品研發(fā)、制造、運輸和銷售過程，全面提升制造服務領域的決策能力，進而支撐智能制造的發(fā)展。

新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展為企業(yè)運營提供了無限可能，基于海量的數(shù)據(jù)、無處不在的網(wǎng)絡，如何有效處理并正確決策是所有企業(yè)在新的競爭平臺上必須解決的新問題。除了以上提到的幾個問題，還有許多其他問題，如智能制造標準的構(gòu)建、智能制造中的工作分析與人力資源管理、供應鏈整合與協(xié)同、新的生產(chǎn)組織方式（如Ｃ２Ｍ）、智能制造中的信息管理，等等，也需要工業(yè)工程人協(xié)同智能制造推動者共同努力，研究構(gòu)建適合我國國情的解決方案。只有如此，才能保證我國的智能制造戰(zhàn)略在正確的道路上不斷前行。

審核編輯 ：李倩