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CPS与精益:“加法”与“减法”的融合

智能制造和精益生产在愿景和理念上是一致的,精益生产的目标原则与方法与智能制造的技术结合起来更能有效促进生产。

自丰田汽车提出精益的理念,精益生产(Lean Production)已然成为制造业的运营标准和最佳实践。自2011年汉诺威MESSE大会上提出了工业4.0,与之类似的工业互联网、智能制造,等等,也成了制造业的热门话题。这些新提法到底是“旧瓶装新酒”,还是对原有制造管理体系的强化、升级或替代?弄清后者与前者的区别和联系,对于企业的应用实践和有序过渡,是十分必要的。在笔者看来,智能制造和精益生产之间不是替代关系,它们在愿景和理念上是类似的,在实现的方式和方法上则需要有机地融合。更明确地说,精益生产的目标、原则、方法和工具,要与智能制造的技术支撑——CPS(Cyber-Physical System,信息物理网络)进行有效融合。

(1)信息物理网络(CPS)

CPS是工业4.0和智能制造的主要技术支撑和赋能工具;离开了CPS,智能制造就是空中楼阁。对于CPS的结构化定义,软件厂商、咨询机构或行业协会都有相关模型(比如RAMI),但这些模型大都比较复杂。为了便于本文观点的展开,其实也可以用一个更普遍、更简单的模型架构——IPO来看CPS。IPO,Input-Process-Output,输入-处理-输出,可用于描述任何一个系统的基本架构。用IPO的模型视角来看,CPS的本质是关乎“数据获取-数据加工和存储-数据使用”的系统。

CPS与精益:“加法”与“减法”的融合

图1:CPS的IPO式架构

借助物联网技术,CPS强化了企业对物理世界的连接、监测、理解、沟通和控制能力,借助机器学习、人工智能、云计算等技术,CPS强化了企业对数据的加工、存储和利用能力。另外,CPS还可以把对于物理过程的属性化、特征化、参数化信息提供上层的IT系统,以实现更整体、更全面的信息整合,为IT和OT的融合提供坚实基础。

(2)精益生产系统(LPS)

作为一种最佳实践,LPS受到了全世界范围内制造业的推崇。专家和机构对LPS的阐述以“精益制造屋”来体现,人们也可以把这个体系分为目标、流程、原则、方法和工具等五个层次(精益“塔”)。

CPS与精益:“加法”与“减法”的融合

图2:精益“屋”和精益“塔”

LPS的灵魂是消除浪费,即通过持续地消除各种浪费来达成最高质量、最低成本和最短交期的经营目标。按笔者的理解,精益生产中的标准化、均衡化、目视化、自动化、准时化等流程、原则、方法和工具都是为消除浪费而服务的。当然,在精益的体系中,浪费的种类很多(八大浪费),各自的表现形式不一,消除的方法也有不同。

(3)CPS与精益的融合

人有六根,可知六尘,但其实所知的也只是现实世界的极小部分。科学告诉我们,人的眼睛只能看到现实世界中的部分色谱,人的耳朵只能听到现实世界中的部分频率,所以才有望远镜、显微镜、助听器之类的发明。同样,在企业实践中,人们所看到的浪费也只是现实中的“冰山一角”。在精益思想中,库存之所以是“万恶之源”,是因为库存可以掩盖企业的很多问题,它就像“海平面”,把各种浪费掩盖在水平面下,让企业无视,无听,无感。

CPS与精益:“加法”与“减法”的融合

“海平面”越低,露出的“冰山”就越多,企业所能识别的浪费也越多;相应地,可以消除浪费的途径和方法也就越多,预防风险和杜绝错误的措施也更有效。CPS的基础作用可以帮企业“做加法”,通过物联网、人工智能等数字化技术,尽可能地把一切物理过程数字化、可视化和透明化,从而降低生产现场的“海平面”。

有了CPS的“加法”,精益就可以更好地“做减法”,减去各种浪费,消除各种风险,杜绝各种错误,让企业始终保持健康、敏捷、安全地运行。CPS的“加法”是精益的“减法”的大前提,CPS是“指挥棒”,精益是“冲锋 qiang”;有了“指挥棒”的准确定位,“冲锋 qiang”就可以实现“精准打击”。

   CPS的“加法”和精益的“减法”就是事物的“阴阳”,同根互生,互相促进,协同发展。CPS的“加法”是加“数据”,将物理世界数字化;精益的“减法”是减“浪费”,使无效作业零发生。只有先做好“加(Jia)法”,才有可能更好地做“减(Jian)法”;CPS和精益的相遇,就是“加法”和“减法”的美妙融合。

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