1 引言

隨著大數據、云計算、物聯網、人工智能和移動通信等信息技術的應用與普及,全球新一輪科技革命和產業變革孕育興起。這些新技術的發展、成熟,與生產企業的轉型升級形成了歷史性交匯,標志著“工業4.0”已經到來。生產企業面對撲面而來的數字化之風,掀起了一股轉型浪潮,力求抓住數字化發展機遇,將數字化與生產制造過程進行深度融合,挖掘傳統制造的潛力,實現生產企業的華麗轉身。與此同時,在生產企業的數字化轉型過程中,起源于日本豐田汽車公司的精益生產管理思想已深入人心。

精益管理思想的精髓是不斷消除生產經營活動各個環節的浪費,進而達到降低成本、提高生產效率和經濟效益的目的。起初,單純將精益管理的思想照搬到企業生產管理中,常常可以實現10%~15%的效率提升,然而,這種模式的推廣若能實現2%~3%的效率提升,就已經是非常了不起的成就了。其次,對于大部分企業而言,單純應用數字化技術并不能為企業帶來太多改變,相反,可能由于企業自身的人員組成、管理模式、業務流程等因素,產生“不增反減”的負面效果。

究其原因,無論是精益管理思想還是數字化技術,它們本身只是企業實現最終目標的手段和工具。影響企業目標的內在因素十分復雜,如果無視某些內在因素或對內在因素分析不夠透徹,僅盲目引入手段和工具,只會讓企業更加臃腫、無序、低效。比如引入精益生產管理時,僅僅關注生產現場的操作和管理方法推廣,如目視管理、5S、看板、SMED等,缺少從宏觀層面對生產企業的生產價值鏈進行分析,未將精益思想完全融入企業數字化轉型總體架構設計中,就無法從整個生產價值鏈上發揮其應有價值。比如在數字化技術方面,僅引入設備管理系統或新的技術手段,卻不結合組織架構和業務流程,最終無法發揮數字化技術帶來的效率提升作用。所以,正是由于精益管理和數字化轉型在企業變革、創新過程中存在“兩張皮”的問題,不假思索地照搬推廣精益管理思想和數字化技術,必然只會產生短期效應。

經過多年的企業數字化轉型項目實踐,人們逐漸發現,如果能從企業頂層規劃開始就為數字化注入精益思想的基因,使其融入數字化轉型的“血液”中,才能避免短期效應,實現數字化轉型對企業的長期推動。

2 融入數字精益的數字化轉型頂層設計

2.1 數字精益的內涵

隨著信息技術和精益管理思想在生產企業的普及,如何將數字化技術與精益思想充分融合,使兩者產生化學反應,為企業帶來“1+1>2”的效益提升,是我們一直在探索和思考的。經過調研發現,不同行業的專家、學者已經進行了相關研究和實踐。本文結合大量數字化轉型項目經驗,基于數字化和精益思想的有效融合,首次提出“數字精益”。從流程、文化、工具、管理四個方面出發,融合精益思想、豐田生產方法、自動化技術、信息化技術和智能化技術等,實現生產企業管理的高效率、高質量、低成本、快交付的全新管理方法,有望幫助企業激發出更高的生產潛能,使企業實現由“單輪驅動”向“雙輪驅動”的轉變。其核心思想是跳出僅關注生產過程、生產車間、生產線的狹隘視角,避免單獨應用精益管理思想或數字化、智能化技術于某個場景,而是將精益管理、數字化技術融入整條價值鏈,實現企業從時間到空間的全鏈路數字化轉型。

2.2 融入數字精益的數字化轉型頂層設計

數字精益在工業4.0時代有著強大的生命力,企業的數字化轉型要想成功,數字精益是要走關鍵一步。結合多年的企業數字化轉型項目實踐經驗,本文提出了融入數字精益的數字化轉型頂層設計框架,如圖1所示。

圖 1 融入數字精益的數字化轉型架構

該架構分為三大部分:數字精益的實現條件、數字精益全鏈路融合、數字精益支持的決策層。為實現上層數字精益全鏈路融合并輔助決策,首先需要具備基礎條件。數字精益的實現條件涵蓋了數字化轉型架構中的基礎層、感知層、傳輸層及平臺層。基礎層主要搭建上層數字精益實現的IT基礎設施,感知層核心是為上層的數據獲取奠定基礎,傳輸層則是數據流入應用層中各功能系統的通道,平臺層是承載數據及上層應用的基礎。在數字精益的實現條件搭建完備之后,在應用層中,將精益文化、精益流程、精益工具、精益管理思想,融合到企業日常生產管理業務中,從人、機、料、法、環的各業務方面出發,在點、線、面、體多維度上幫助生產效益的提升,并最終達到輔助決策的目的。

（1）數字精益的實現條件

該部分共有四層,包括基礎層、感知層、傳輸層及平臺層。

1.基礎層：基礎層是實現企業生產運營的基礎,涵蓋了數據中心、網絡架構、網絡安全、融合通信、生產視頻、輔助配套設施及運維體系,是數字化轉型中企業設備和系統運行的前提。基礎層的搭建使企業有了著力點,為上層的設備、硬件、系統建設奠定了基礎。

2.感知層：感知層是對企業全業務鏈的數據采集,是實現企業數字化轉型的數據直接來源。在感知層,需要結合傳感器、物聯網、自動化控制等多種數字化技術手段,實現對作業人員、工程機械、生產過程、設備、車輛、物流、倉儲、環境、安保和空間等各類數據的全方位獲取。

3.傳輸層：傳輸層是數據流動的通道。數據通過移動通信網絡、物聯網的專用網絡(NB-IoT)、局域網組網網絡(如LoRa)、衛星專有信號等,將數據傳輸至上層平臺,實現數據的統一存儲,便于后期數據的共享、應用。

4.平臺層：工業互聯網平臺作為智慧企業的中樞神經,就像電腦的Windows操作系統一樣,扮演著新工業體系的“操作系統”。其依托高效的設備集成模塊、強大的數據處理引擎、開放的開發環境工具、組件化的工業知識微服務等,向下對接海量工業裝備、儀器、產品,向上支撐工業智能化應用的快速開發與部署,支撐基于軟件定義的高度靈活與智能的新工業體系。

（2）數字精益全鏈路融合

數字精益全鏈路融合主要指融入數字精益的數字化轉型頂層設計的應用層,是企業數字化轉型的抓手。相較于傳統的數字化轉型體系,融入數字精益的數字化轉型頂層設計主要表現為以下內容。

1.以文化、流程、工具和管理4個層面組成的精益變革管理體系為支撐：在精益方法論推行過程中,企業的管理人員會發現效果不好,其根本原因是傳統的精益管理通常認為只與生產環節相關,沒有從管理體系上融合精益思想。在融入數字精益的數字化轉型頂層設計架構中,精益變革管理體系的構建是提升企業管理水平的關鍵,如圖2所示。

圖 2 精益變革管理體系

精益變革管理體系的構建需要基于精益管理金字塔思想,從精益文化、精益流程、精益工具和精益管理四個層級實現精益管理思想的融入:①精益文化需要企業從危機意識、人本思想、創新精神和持續改進等方面來貫徹精益思想;②精益流程需要在流程設計、全員參與、識別浪費等方面不斷優化,提高效率;③精益工具需要將5S管理、價值流分析、看板管理等精益工具在各業務(不僅僅在生產業務)中運用起來;④精益管理即在精益文化、精益流程、精益工具的基礎上,對企業管理模式進行革新,讓生產力各個要素的能量充分釋放和奔涌起來,增強企業核心競爭力,從而能夠避免精益“夭折”。

2.以人、機、料、法、環五個方面為著力點：在企業的發展中,人、機、料、法、環五大核心要素,猶如制造業的五大秘密武器。在精益變革管理體系的基礎上,數字精益可以從五個方面發力。“人”,為了提高產品質量和效率,企業需要重視員工培訓、提升員工知識和技能、增加員工的工作信心和激情。“機”,主要是指機械設備的管理。日常生產中,需要將數字精益的管理理念,如數字化的SMED(Single Minute Exchange of Die,快速換模)理念,運用到對機械設備的定期維護和保養,從而確保設備的長周期運行。“料”,通常指物料管理。將精益思想融入生產執行系統,實現對物料的嚴格管理和控制。“法”,強調與信息化系統結合,通過對生產活動進行持續改進和創新來優化工作流程和方法,以消除浪費、提高效率。“環”,將5S、布局優化等管理方法和數字化結合,為員工提供一個安全、健康的工作環境。

3.從由點到線、由線到面、由面到體的多維方向進行數字精益改善：融入數字精益的數字化轉型頂層設計,借助數字精益從單個點的改善逐步擴展到整個生產流程、工廠甚至供應鏈,從而提高整體效率和效益。點的改善,需要識別并解決生產過程中的瓶頸點和問題點,如黃金批次、停滯時間、安全庫存、產品品質和換模時間等。由點到線,在積累了對瓶頸點和問題點的改善方法后,選擇某個產品的整個生產過程,改變布局,采用拉動方式,激活整條鏈路的物和人,從而達到線的改善。由線到面,基于整個新產線的效果,讓平行車間向其看齊,實現面的改善。由面到體,經過了由點到線、由線到面的改善之后,需要考慮企業的多維度改善,包括生產維度、銷售維度、供應維度等,從而達到工廠內部和整個供應鏈的改善。

圖 3 由點到線、由線到面、由面到體的多維方向數字精益改善

4.生產鏈路的數字精益融合應用：精益生產方面,覆蓋生產管理、設備管理、能源管理、質量管理和安環管理。精益倉儲物流方面,覆蓋倉儲管理、無人值守管理、物流管理。利用精益工具,融合各層的數字化能力,實現讓管理者及時掌握生產過程信息、縮短工作流程、提高工作效率、降低生產成本的目的。隨著各種智能化工具在精益管理中不斷發揮作用,為傳統精益向數字精益轉變提供條件,實現企業從傳統數字化轉型走向基于數字精益的數字化轉型。

（3）由數字精益應用支撐的決策層

決策層是企業經營的“大腦”。通過對與經營管理相關的下層業務系統各類數據抽取、分析,為生產運營、一體化營銷、供應鏈管理等經營決策提供支撐。基于下層的數字精益實現條件、融入數字精益的應用層,上層的決策層能夠更加精準、智能輔助管理者進行決策。

3 實踐與效果

國內某大型上市企業,從2010年開始圍繞“生產過程自動化、管理方式網絡化、商務運營電子化、決策支持智能化”,不遺余力加快企業全面信息化建設。2014年開始實施精益管理,經過生產運營系統精益生產管理與生產流程再造,實現了生產系統運行過程的合理布局升級,加強了生產管理的過程控制,提高了制造系統的靈活性。適逢該企業正深入精益智能制造變革提升階段,我們緊密結合現場實際情況,從集團公司層面提出滿足該企業需求的基于數字精益的數字化轉型整體規劃,助力企業邁向第二增長曲線。在整個數字化轉型整體規劃中,以數字精益生產體系架構為例。

1.數字化技術的精益生產架構：結合智能工廠的數字化技術和精益生產的核心理念,構建數字精益生產體系架構,明確各要素之間的關系和作用。如圖4所示。

圖 4 數字精益生產體系架構

2.標準化和模塊化：通過對生產流程的標準化和模塊化,實現生產模式的可復制性和快速調整,提高生產效率和靈活性。如圖5所示。

圖 5 標準化、模塊化推廣

3.智能化決策支持：通過數據挖掘、分析和預測,為生產決策和管理提供智能化支持,優化生產計劃和調度,提高生產協同和響應速度。如圖6所示。

圖 6 基于精益思想的生產計劃優化

相比于傳統生產模式,數字精準生產體系架構應用效果見表1。

表1 數字精益生產體系架構應用效果

4 結論

數字化與精益融合的數字化轉型架構,是制造業由傳統生產方式向智能化工廠發展的必經之路。融入數字精益的數字化轉型頂層架構的最終目的是消除浪費、降低成本,這也是企業作為盈利性組織追求的終極目標。

本文基于流程化工、離散制造等工業企業的生產經營特點,結合多年的數字化轉型項目經驗、精益管理理論研究及精益思想在工業企業的實際應用,提出了一個將數字化轉型和精益管理思想融合的數字精益理念,用于指導企業數字化轉型的頂層設計。該架構從數字精益的實現條件、數字精益全鏈路融合、數字精益支撐的決策層三個層面對數字化轉型架構進行了優化設計,避免企業在后期建設中再融入精益管理的增益乏力。

此外,本文將融入數字精益的新架構應用于國內某上市公司的離散制造企業的生產管理、供應鏈管理、質量管理和設備管理等的設計中,通過后期實際效果驗證了該架構可以為企業降本增效。一方面,在實際落地過程中,仍然可能會面臨不同問題,如企業的文化阻力、數字化技術和精益工具的兼容性等;另一方面將進一步深入量化研究基于數字精益的數字化轉型架構與傳統數字化轉型或單純精益管理架構的優勢對比。后續研究會秉承實踐與理論結合的思想,不斷對數字精益的數字化轉型架構進行迭代、優化,從而形成普適性的全局架構,為企業的數字化轉型添磚加瓦,助力我國制造強國建設。