以PDCA管理循環的視角來看,生產執行就是“Do”,Do it,Make it happen,是按產品工藝和生產訂單的要求進行工單打印、零部件或原材料配送、零件或半成品加工、工單確認、(半)成品收貨,等等;而生產控制則是“Check”,是生產調度,是實時地監控生產過程,一旦出現偏差就進行糾偏等控制活動。
生產執行與控制活動的具體形式和要求,主要受產品的復雜度、工藝特點和生產方式等的影響。大體來說,制造型企業的生產方式主要有四種:離散式生產、流程式生產、重復式生產和項目式生產,其示意可參見圖1。
本文中,筆者就以離散式生產為例,兼顧流程式生產和離散式生產,簡要地介紹生產執行與控制活動的內容和要求。至于項目式制造,主要適用于特定行業且企業群體比較小,還需要與ETO、項目管理等進行結合,讀者可自行參考相關書籍。
1. 離散式生產
離散式生產的主要特點是產品的加工有多道工序,每道工序分別在不同的設備或工作單元上進行,且每臺設備的生產節奏可能不同,每道工序的最小經濟批量也不一樣。離散式生產通常是按一定的經濟批量來組織,不同工序之間有不同數量的在制品,故而也有人稱之為按批生產。
如圖2所示,離散式生產的執行過程主要包括生產訂單或工單的創建、物料和產能的可用性檢查、訂單下達、訂單數據和工藝要求下載到MES等執行系統、訂單打印、備料/領料/發料、工序或訂單的完工確認、(半)成品入庫、以及財務和成本核算層面的在制品計算(訂單跨月)、制造成本差異分析、訂單成本結算,等等。從數字化的角度看,離散式生產的執行和控制等活動,都要依托于生產訂單這個信息對象或載體來完成。
如圖3所示,生產訂單為我們回答了這么幾個問題:(1)生產什么?即,產品的編碼、描述;(2)何時生產?即,計劃開始和完工日期,以及執行過程的已下達日期、已完工日期;(3)生產多少?即,訂單需要完工的數量;(4)為誰生產?即,訂單的成本向什么地方歸集,或者說誰將受益;(5)物料消耗?即,需要消耗哪些零部件或原材料,消耗數量分別是多少;(6)過程操作?即,生產時的工藝過程或工藝路線;(7)資源占用?即,需要用到哪些設備或工具;等等。
生產訂單中所記錄的信息主要有三個來源:相關的物料、BOM、工藝路線等主數據,銷售訂單或生產計劃數據,以及訂單執行過程中的過程數據。這些數據越具體、越全面,企業就可以進行顆粒度更細的生產執行和控制活動。下面,筆者就選取可用性檢查、訂單確認等關鍵活動為代表,來看看離散式生產的管控要求。
在訂單交付中,生產訂單執行時物料和產能的可用性檢查是一個非常重要的管控點,其目的是對產能管理和詳細排程環節的可用性檢查結果再做一次產前確認,以確保生產現場具有生產訂單所需的足夠物料和產能,從而平順地推進后續生產執行活動。從實際情況來看,很多企業要么沒有可用性檢查的概念,要么沒有將這個管控點落實到位,經常是生產訂單執行到一半,才發現缺這料、缺那料,抑或是某些設備的負荷太大,從而導致大量不具備完工條件的在制品積壓,實際也影響了其他訂單的準時交貨。
通過物料和產能的可用性檢查,我們可以將相關生產訂單所需的物料和產能進行預留。如果不能滿足,還可以通過缺件單、設備超負荷等形式進行報警,而可用性檢查出現異常的生產訂單也不應下達到車間去執行。
生產訂單的工序確認和完工確認,是企業反饋和掌握生產執行情況的主要手段,它將實時觸發訂單執行進度、物料消耗、工時消耗、制造成本、產能釋放等信息的更新。上述信息的可視化,對于上下游環節的高效協同,以及計劃與執行之間的信息閉環,具有重要意義。
訂單確認的實現方式及其信息影響,可以參見圖4所示。
在數字化建設中,通過ERP、MES、SCADA、PLC等管理系統或工具軟件的應用,可以幫助企業做好生產執行的可視化,工業物聯網則為生產現場的實時數據采集、OT與IT的融合等方面提供了更多、更好的可能。
2. 流程式生產
流程式生產主要應用于鋼鐵、化工、食品、制藥等流程行業。通常,與離散式制造相比較,流程式制造具有自動化程度高、基于批次的制造過程可追溯、生產過程的合規性管理、過程質量的實時控制等鮮明特點和管控要求。
如圖5所示,除了前文所述的特點和管控要求外,在物料和產能的可用性檢查、訂單下達、工序和完工確認、成本差異計算、訂單結算、歸檔/刪除等方面,流程式生產和離散式生產的內容和要求大體類似。
1)高度自動化
通常,流程式生產的作業環境,要么是高溫、高熱,要么是輻射性強,要么要使用到對人體有危害的原材料,因此,相關的在制品要存在于密閉的環境中,整個作業過程也是高度地自動化。與高度自動化相關的是,企業的ERP、MES等IT系統需要與產線的DCS等系統做雙向的信息傳遞,且生產過程要做到實時可視。
2)基于批次的可追溯
在流程式生產中,有的原材料是以混合液的形式存在,生產過程中還會產出聯產品或副產品,有些產品則需要做全過程的可追溯,這些都需要結合批次管理來進行。可以這么說,批次管理是流程式生產的共同要求。
3)合規的遵從
在食品、飲料、危險品等細分行業,對生產過程具有合規等方面的要求,并要求企業把對合規的遵從落實到管理體系和管理系統中,自然就對相關IT系統的功能提出了相應要求。
4)過程質量的實時控制
從原材料轉化為產品的角度看,在流程式生產中,不可能以拆裝等形式將產品所消耗的原材料進行還原,也就不存在所謂的不合格品返工等業務操作,資源再循環則另當別論。因此,在流程式生產中,必須對生產過程和在制品質量進行實時控制,這為計算機視覺檢測、人工智能等數字化技術提供了豐富的應用場景。
3. 重復式生產
在生產執行的復雜度方面,與離散式生產或流程式制造相比較,重復式生產則顯得更為簡單。在重復式生產中,所有的設備或工作站通過流水線或物流小車連接(剛性物理連接或柔性邏輯連接)在一起,以共同的節奏來運行,因而也有人稱之為基于節拍(takt-based)的生產。
如圖6所示,離散式生產具有基于節拍、連續WIP流、生產批量大、基于期間的成本核算等特點,并廣泛應用于汽車制造、消費電子等行業。回顧歷史,福特汽車正是通過引入流程線的概念,得以大幅地提高其T型車的生產能力,而豐田汽車更是在此基礎上做了進一步的改造和完善,形成了豐田生產方式,也就是歐美國家所謂的精益生產。
4. 方法與工具
針對生產執行與控制領域所存在的要求或問題,比如,市場需求變動性的應對、過程質量和產品質量的一致性管理、產能最大化、成本優化,等等,管理學家們開發了豐富的管理方法和工具,并在企業中得到了廣泛的應用和驗證。其中,比較典型的有精益/JIT、TOC、6研 Sigma、conWIP、操作究、SPC、全能班組,等等,具體可參見圖7所示。
精益生產/JIT的核心理念是按需生產(Pull)和單件流(Single Piece Flow),以消除生產過程中的各種浪費,是以制造過程中的“減法(精)”來實現運營績效上的“加法(益)”。如果將單件流的概念推廣到整個工廠或離散式生產中,那就是《工廠物理學》所倡導的連續在制品流生產方式(conWIP)。
TOC以瓶頸管理作為切入口,一切圍繞瓶頸工位的產出最大化來開展各項工作,以實現工廠產出的最大化,其核心之處在DBR,即”鼓(Drum)”、“緩沖(Buffer)”和“繩子(Rope)”的設置和協同上。
6 sigma、SPC等方法或工具,將統計學方法引入到質量管理中,以達到偏差消除、質量穩定和可靠性提高等目的,其操作程序是DMIAC,即,包括定義(Define)、度量(Measure)、改進(Improve)、分析(Analyze)和控制(Control)等在內的過程改進方法。
全能班組以員工主人翁精神的塑造為核心,以員工的技能建設為載體,通過充分激發員工的潛能來應對生產現場的各種問題。與全能班組中將管理抓手落實到人的理念相類似,還有合理化建議、阿米巴,等等。
在筆者看來,在上述的管理辦法和工具中,不管是哪一種,只要企業的背景與工具的前提條件相匹配,只要企業選對了方法和工具,只要企業認真地去使用,都能給生產的執行和控制帶來一定的正面效果,也有助于訂單交付和運營績效的提升。
5. 智能制造
智能制造有廣義和狹義之分,廣義的智能制造涵蓋了訂單交付的各個環節,狹義的智能制造則主要聚焦在生產執行與控制等活動上。就狹義的智能制造而言,從能力的角度,可分為操作自動化、運營數字化和決策智能化;從發展階段或成熟度等角度,可分為可視化、透明化、可預測、可配置和自適應。
如圖8所示,在使能技術上,狹義智能制造的技術支撐有操作技術(OT)、信息技術(IT)和通訊技術(CT),并要求確保OT/IT的高度融合、基于流程的有序和集成(具體包括:縱向集成、端到端集成和橫向集成),以及數據驅動的業務運營,等等。
在這里,筆者還是想再強調兩點:
1)智能制造需要腳踏實地,循序漸進。
作業標準化,協同流程化、過程可視化、因果透明化、發展可預測、能力可配置和應對自適應等五個階段,是企業推行智能制造的必然路徑。任何企業不可能,也不要妄想跳過任何的中間環節,不要總想著直接從初級階段跨入到高級階段,直接從作業尚未標準化的現狀就直接,或是快速就跨入應對自適應的階段。
因此,在訂單交付的數字化轉型過程中,企業雖然可以有借助數字化手段來實現生產執行過程的可視化、透明化,乃至可預測、可配置和自適應的想法,但這都是建立在作業標準化和協同流程化的基礎之上的。企業如果不把標準化和流程化等基礎功課補上來,數字化轉型也很難有大的成效。
當前,在智能制造的導入上,存在著普遍的急躁情緒。有的企業,在服務廠商或其他機構的蠱惑下,不是從標準化、流程化等基礎工作做起,以為花巨資購置了某個軟件,或是做個智能制造咨詢而不經過長期的輔導和實踐,就可以快速地實現智能制造,這是癡心妄想。
2)“防火”遠比“救火”更重要得多。
在生產執行和控制等領域,出現生產異常后的人工干預或調度就是“救火”。有的企業,忙于“救火”的生產調度員被大家視為英雄。一旦發生物料短缺、設備異常、質量缺陷、員工操作不當、緊急插單等突發情況,總是能看到生產調度員的聲音。一旦“火”被撲滅,生產又能照常進行,企業卻很少從根本上,從管理歸零和技術歸零的角度,去考慮如何杜絕異常的發生。
通常,局部的最優往往意味著整體的更差。就“救火”式生產調度而言,異常的解決只能是暫時的、局部的。不管是所處崗位的局限性,還是問題解決的緊迫性,生產調度員采取的基本是“治標不治本”的辦法,很難從企業的整體最優和長遠發展的立場去制訂解決方案。
另外,生產執行過程中之所以會出現這樣或那樣的異常,本質上是相關的計劃工作沒做到,做全,做好。從這個角度來說,執行過程中的問題解決后,企業還要進一步考慮將解決舉措開發成工作標準(SOP)的可能性,并著手改善自己的生產計劃體系和能力。
因此,相對于“救火”,計劃體系和能力的改善、流程優化和組織落實上的管理歸零、生產防錯等工具應用的技術歸零才是“防火”,它們比“救火”要重要得多。