1 引言

随着大数据、云计算、物联网、人工智能和移动通信等信息技术的应用与普及,全球新一轮科技革命和产业变革孕育兴起。这些新技术的发展、成熟,与生产企业的转型升级形成了历史性交汇,标志着“工业4.0”已经到来。生产企业面对扑面而来的数字化之风,掀起了一股转型浪潮,力求抓住数字化发展机遇,将数字化与生产制造过程进行深度融合,挖掘传统制造的潜力,实现生产企业的华丽转身。与此同时,在生产企业的数字化转型过程中,起源于日本丰田汽车公司的精益生产管理思想已深入人心。

精益管理思想的精髓是不断消除生产经营活动各个环节的浪费,进而达到降低成本、提高生产效率和经济效益的目的。起初,单纯将精益管理的思想照搬到企业生产管理中,常常可以实现10%~15%的效率提升,然而,这种模式的推广若能实现2%~3%的效率提升,就已经是非常了不起的成就了。其次,对于大部分企业而言,单纯应用数字化技术并不能为企业带来太多改变,相反,可能由于企业自身的人员组成、管理模式、业务流程等因素,产生“不增反减”的负面效果。

究其原因,无论是精益管理思想还是数字化技术,它们本身只是企业实现最终目标的手段和工具。影响企业目标的内在因素十分复杂,如果无视某些内在因素或对内在因素分析不够透彻,仅盲目引入手段和工具,只会让企业更加臃肿、无序、低效。比如引入精益生产管理时,仅仅关注生产现场的操作和管理方法推广,如目视管理、5S、看板、SMED等,缺少从宏观层面对生产企业的生产价值链进行分析,未将精益思想完全融入企业数字化转型总体架构设计中,就无法从整个生产价值链上发挥其应有价值。比如在数字化技术方面,仅引入设备管理系统或新的技术手段,却不结合组织架构和业务流程,最终无法发挥数字化技术带来的效率提升作用。所以,正是由于精益管理和数字化转型在企业变革、创新过程中存在“两张皮”的问题,不假思索地照搬推广精益管理思想和数字化技术,必然只会产生短期效应。

经过多年的企业数字化转型项目实践,人们逐渐发现,如果能从企业顶层规划开始就为数字化注入精益思想的基因,使其融入数字化转型的“血液”中,才能避免短期效应,实现数字化转型对企业的长期推动。

2 融入数字精益的数字化转型顶层设计

2.1 数字精益的内涵

随着信息技术和精益管理思想在生产企业的普及,如何将数字化技术与精益思想充分融合,使两者产生化学反应,为企业带来“1+1>2”的效益提升,是我们一直在探索和思考的。经过调研发现,不同行业的专家、学者已经进行了相关研究和实践。本文结合大量数字化转型项目经验,基于数字化和精益思想的有效融合,首次提出“数字精益”。从流程、文化、工具、管理四个方面出发,融合精益思想、丰田生产方法、自动化技术、信息化技术和智能化技术等,实现生产企业管理的高效率、高质量、低成本、快交付的全新管理方法,有望帮助企业激发出更高的生产潜能,使企业实现由“单轮驱动”向“双轮驱动”的转变。其核心思想是跳出仅关注生产过程、生产车间、生产线的狭隘视角,避免单独应用精益管理思想或数字化、智能化技术于某个场景,而是将精益管理、数字化技术融入整条价值链,实现企业从时间到空间的全链路数字化转型。

2.2 融入数字精益的数字化转型顶层设计

数字精益在工业4.0时代有着强大的生命力,企业的数字化转型要想成功,数字精益是要走关键一步。结合多年的企业数字化转型项目实践经验,本文提出了融入数字精益的数字化转型顶层设计框架,如图1所示。

图 1 融入数字精益的数字化转型架构

该架构分为三大部分:数字精益的实现条件、数字精益全链路融合、数字精益支持的决策层。为实现上层数字精益全链路融合并辅助决策,首先需要具备基础条件。数字精益的实现条件涵盖了数字化转型架构中的基础层、感知层、传输层及平台层。基础层主要搭建上层数字精益实现的IT基础设施,感知层核心是为上层的数据获取奠定基础,传输层则是数据流入应用层中各功能系统的通道,平台层是承载数据及上层应用的基础。在数字精益的实现条件搭建完备之后,在应用层中,将精益文化、精益流程、精益工具、精益管理思想,融合到企业日常生产管理业务中,从人、机、料、法、环的各业务方面出发,在点、线、面、体多维度上帮助生产效益的提升,并最终达到辅助决策的目的。

（1）数字精益的实现条件

该部分共有四层,包括基础层、感知层、传输层及平台层。

1.基础层：基础层是实现企业生产运营的基础,涵盖了数据中心、网络架构、网络安全、融合通信、生产视频、辅助配套设施及运维体系,是数字化转型中企业设备和系统运行的前提。基础层的搭建使企业有了着力点,为上层的设备、硬件、系统建设奠定了基础。

2.感知层：感知层是对企业全业务链的数据采集,是实现企业数字化转型的数据直接来源。在感知层,需要结合传感器、物联网、自动化控制等多种数字化技术手段,实现对作业人员、工程机械、生产过程、设备、车辆、物流、仓储、环境、安保和空间等各类数据的全方位获取。

3.传输层：传输层是数据流动的通道。数据通过移动通信网络、物联网的专用网络(NB-IoT)、局域网组网网络(如LoRa)、卫星专有信号等,将数据传输至上层平台,实现数据的统一存储,便于后期数据的共享、应用。

4.平台层：工业互联网平台作为智慧企业的中枢神经,就像电脑的Windows操作系统一样,扮演着新工业体系的“操作系统”。其依托高效的设备集成模块、强大的数据处理引擎、开放的开发环境工具、组件化的工业知识微服务等,向下对接海量工业装备、仪器、产品,向上支撑工业智能化应用的快速开发与部署,支撑基于软件定义的高度灵活与智能的新工业体系。

（2）数字精益全链路融合

数字精益全链路融合主要指融入数字精益的数字化转型顶层设计的应用层,是企业数字化转型的抓手。相较于传统的数字化转型体系,融入数字精益的数字化转型顶层设计主要表现为以下内容。

1.以文化、流程、工具和管理4个层面组成的精益变革管理体系为支撑：在精益方法论推行过程中,企业的管理人员会发现效果不好,其根本原因是传统的精益管理通常认为只与生产环节相关,没有从管理体系上融合精益思想。在融入数字精益的数字化转型顶层设计架构中,精益变革管理体系的构建是提升企业管理水平的关键,如图2所示。

图 2 精益变革管理体系

精益变革管理体系的构建需要基于精益管理金字塔思想,从精益文化、精益流程、精益工具和精益管理四个层级实现精益管理思想的融入:①精益文化需要企业从危机意识、人本思想、创新精神和持续改进等方面来贯彻精益思想;②精益流程需要在流程设计、全员参与、识别浪费等方面不断优化,提高效率;③精益工具需要将5S管理、价值流分析、看板管理等精益工具在各业务(不仅仅在生产业务)中运用起来;④精益管理即在精益文化、精益流程、精益工具的基础上,对企业管理模式进行革新,让生产力各个要素的能量充分释放和奔涌起来,增强企业核心竞争力,从而能够避免精益“夭折”。

2.以人、机、料、法、环五个方面为着力点：在企业的发展中,人、机、料、法、环五大核心要素,犹如制造业的五大秘密武器。在精益变革管理体系的基础上,数字精益可以从五个方面发力。“人”,为了提高产品质量和效率,企业需要重视员工培训、提升员工知识和技能、增加员工的工作信心和激情。“机”,主要是指机械设备的管理。日常生产中,需要将数字精益的管理理念,如数字化的SMED(Single Minute Exchange of Die,快速换模)理念,运用到对机械设备的定期维护和保养,从而确保设备的长周期运行。“料”,通常指物料管理。将精益思想融入生产执行系统,实现对物料的严格管理和控制。“法”,强调与信息化系统结合,通过对生产活动进行持续改进和创新来优化工作流程和方法,以消除浪费、提高效率。“环”,将5S、布局优化等管理方法和数字化结合,为员工提供一个安全、健康的工作环境。

3.从由点到线、由线到面、由面到体的多维方向进行数字精益改善：融入数字精益的数字化转型顶层设计,借助数字精益从单个点的改善逐步扩展到整个生产流程、工厂甚至供应链,从而提高整体效率和效益。点的改善,需要识别并解决生产过程中的瓶颈点和问题点,如黄金批次、停滞时间、安全库存、产品品质和换模时间等。由点到线,在积累了对瓶颈点和问题点的改善方法后,选择某个产品的整个生产过程,改变布局,采用拉动方式,激活整条链路的物和人,从而达到线的改善。由线到面,基于整个新产线的效果,让平行车间向其看齐,实现面的改善。由面到体,经过了由点到线、由线到面的改善之后,需要考虑企业的多维度改善,包括生产维度、销售维度、供应维度等,从而达到工厂内部和整个供应链的改善。

图 3 由点到线、由线到面、由面到体的多维方向数字精益改善

4.生产链路的数字精益融合应用：精益生产方面,覆盖生产管理、设备管理、能源管理、质量管理和安环管理。精益仓储物流方面,覆盖仓储管理、无人值守管理、物流管理。利用精益工具,融合各层的数字化能力,实现让管理者及时掌握生产过程信息、缩短工作流程、提高工作效率、降低生产成本的目的。随着各种智能化工具在精益管理中不断发挥作用,为传统精益向数字精益转变提供条件,实现企业从传统数字化转型走向基于数字精益的数字化转型。

（3）由数字精益应用支撑的决策层

决策层是企业经营的“大脑”。通过对与经营管理相关的下层业务系统各类数据抽取、分析,为生产运营、一体化营销、供应链管理等经营决策提供支撑。基于下层的数字精益实现条件、融入数字精益的应用层,上层的决策层能够更加精准、智能辅助管理者进行决策。

3 实践与效果

国内某大型上市企业,从2010年开始围绕“生产过程自动化、管理方式网络化、商务运营电子化、决策支持智能化”,不遗余力加快企业全面信息化建设。2014年开始实施精益管理,经过生产运营系统精益生产管理与生产流程再造,实现了生产系统运行过程的合理布局升级,加强了生产管理的过程控制,提高了制造系统的灵活性。适逢该企业正深入精益智能制造变革提升阶段,我们紧密结合现场实际情况,从集团公司层面提出满足该企业需求的基于数字精益的数字化转型整体规划,助力企业迈向第二增长曲线。在整个数字化转型整体规划中,以数字精益生产体系架构为例。

1.数字化技术的精益生产架构：结合智能工厂的数字化技术和精益生产的核心理念,构建数字精益生产体系架构,明确各要素之间的关系和作用。如图4所示。

图 4 数字精益生产体系架构

2.标准化和模块化：通过对生产流程的标准化和模块化,实现生产模式的可复制性和快速调整,提高生产效率和灵活性。如图5所示。

图 5 标准化、模块化推广

3.智能化决策支持：通过数据挖掘、分析和预测,为生产决策和管理提供智能化支持,优化生产计划和调度,提高生产协同和响应速度。如图6所示。

图 6 基于精益思想的生产计划优化

相比于传统生产模式,数字精准生产体系架构应用效果见表1。

表1 数字精益生产体系架构应用效果

4 结论

数字化与精益融合的数字化转型架构,是制造业由传统生产方式向智能化工厂发展的必经之路。融入数字精益的数字化转型顶层架构的最终目的是消除浪费、降低成本,这也是企业作为盈利性组织追求的终极目标。本文基于流程化工、离散制造等工业企业的生产经营特点,结合多年的数字化转型项目经验、精益管理理论研究及精益思想在工业企业的实际应用,提出了一个将数字化转型和精益管理思想融合的数字精益理念,用于指导企业数字化转型的顶层设计。该架构从数字精益的实现条件、数字精益全链路融合、数字精益支撑的决策层三个层面对数字化转型架构进行了优化设计,避免企业在后期建设中再融入精益管理的增益乏力。

此外,本文将融入数字精益的新架构应用于国内某上市公司的离散制造企业的生产管理、供应链管理、质量管理和设备管理等的设计中,通过后期实际效果验证了该架构可以为企业降本增效。一方面,在实际落地过程中,仍然可能会面临不同问题,如企业的文化阻力、数字化技术和精益工具的兼容性等;另一方面将进一步深入量化研究基于数字精益的数字化转型架构与传统数字化转型或单纯精益管理架构的优势对比。后续研究会秉承实践与理论结合的思想,不断对数字精益的数字化转型架构进行迭代、优化,从而形成普适性的全局架构,为企业的数字化转型添砖加瓦,助力我国制造强国建设。

原文刊载于《智能制造》杂志 2025年第6期 作者：中控技术股份有限公司 郑东波 邵嘉铭 李朝晖 钟繁超 颜兵 赵路军