企业工业工程的数字化赋能

导语:在工业4 0与中国制造2025数字化时代背景下工业工程被赋予新的定义与使命

工业工程在工业化国家受到了工业界的普遍重视,其原因为工业工程直接面向企业的生产运作过程,以系统工程为哲理,以运筹学等数学方法为理论基础,以现代信息技术为工具,用工程量化的分析方法对由人、物料、设备、能源和信息等多种因素所组成的各种复杂的企业或组织系统中的实际工程与管理问题进行定量、系统的分析以及设计与优化,从而实现系统的最大效率和效益。 在“工业4. 0”与“中国制造2025”数字化时代背景下,工业工程被赋予新的定义与使命。


1 企业数字化转型的机遇与挑战


1.1 “工业4.0”与智能化生产体系建设


“工业 4. 0”这一名称的含义是人类历史上的第四次工业革命,它的核心特征是互联。“工业4. 0”代表了“互联网+制造业”的智能生产,真正能够实现“C2B2C”的商业模式。“中国制造2025”战略也提出了以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化制造为主线的要求。


智能化生产体系的建设是实现“工业 4. 0”的基础。行业内目前广泛使用的生产制造执行系统(MES)为该体系建设提供了可能。MES能够减少企业内部没有附加值的活动,可有效地指导工厂的生产运作过程,从而使其既能提高工厂及时交货能力,改善物料的流通性能,又能提高生产回报率。


1.2 如何科学降本增效提高企业竞争力


随着疫情影响,全球经济放缓,汽车市场销量出现连续下滑,寒冬里的车企在经历着新一轮的整合。加上原材料、能源和人工成本的不断增加;激烈的市场竞争导致整车售价递减;汽车行业新四化等需要更多的研发投入;这一切使汽车企业的成本压力越来越大,将会引起一系列的连锁反应。如何科学降本增效成为每一家企业面临的巨大课题。


1.3 组织与人员在数字化变革中面临的挑战


在传统的生产体系中,信息流通呈单线传递,生产人员与产品、设备之间并无太多深层次交互。组织对人员的管理也较为粗放,人员的工时构成、资质培训及能力培养都不作过多提高。组织与组织之间大多时候也只是点对点沟通,对单一问题进行解决。在数字化时代变革的背景下,信息呈网状传递,生产数据呈指数级增加。员工与设备、组织与员工、组织与组织之间形成密切的信息网络。能否适应这种前所未有的改变,在新时代把握住变革的机遇,成为工业工程必须面临的挑战。


2 企业工业工程的数字化赋能


在汽车行业数字化转型的大背景下,企业如何通过工业工程的数字化赋能,形成完善的企业生产体系?以下将通过上海大众动力总成有限公司(简称“VWPT 公司”)的成功案例来进行分析说明。


2.1 基于公司2025战略,绘制“智慧型生产体系”蓝图


(1)以C-HPU规范劳动生产率标准


企业基于自身未来的发展及战略构想,专门立项,对此 VWPT 公司成立了“齐心协力 2025”项 目,着眼于流程效率、数字化、能力/人员等方面,并确定劳动生产率为公司核心KPI之一。


劳动生产率管理是企业提高经营绩效的重要目的及战略方针,以工厂每标准件所消耗的时间(以下简称C-HPU)作为衡量企业劳动生产率的关键绩效指标,C-HPU可表示为C-HPU[分钟/件]=(直接人员工时+直接间接人员工时+间接人员工时)/产量


其中所有员工的工时都被纳入统计范围,包括直接与间接人员工时、批量生产与项目阶段的工时等。


(2)完善劳动生产率C-HPU目标管理


面对外部市场的冲击及内部降本增效的压力,企业应提出明确的劳动生产率目标要求。如VWPT 公司以 2019 年实际劳动生产率为基准,确定目标为2020−2025年劳动生产率年均分别提升5%、5%、5%、5%、3%、3%。


图1 C-HPU指标树


为了实现劳动生产率目标,需对 C-HPU 指标进行逐层拆解,找到影响指标的关键因素。通过C-HPU指标树的拆解(见图1),最终可以聚焦到设备开动率、生产节拍及实际工作时间等关键控制指标,并将每年劳动生产率提升的百分比目标进行细化和分解,落实到相关的控制指标。


(3)探索“智慧型生产体系”框架


通过对C-HPU指标的逐层拆解与目标的细化分解,企业内的工业工程、生产、物流、规划等部门/科室开展研讨会,进一步细化行动计划,从直接领域、间接领域和数字化等多个方面,制定具体的阶段性项目,最终形成生产体系的路线图,并绘制企业“智慧型生产体系”蓝图(见图2),从而努力实现劳动生产率C-HPU目标及公司2025战略构想。


图2 生产体系路线图及“智慧型生产体系”蓝图


2.2 搭建工业工程物联网平台


劳动生产率提升的背后是无数持续改进工作的开展,生产活动中产生的成千上万条数据为改善工作提供了方向,但传统手工数据收集费时费力。因此,对数字化方法支持下的“智慧型生产体系”建设需求迫在眉睫。


(1)创建生产体系物联网框架


企业基于“智慧型生产体系”发展需求,建设一套针对生产及人员管理的生产体系物联网系统。从劳动生产率 C-HPU 指标分解来看,实际工作时间与产量为两个直接影响因素,而生产体系物联网的作用就是挖掘出藏在这两个数字之下的待改善点,为劳动生产率的提升提供不断的动力。为此,VWPT公司上线了两大系统,即:生产制造执行系统(MES)和人员工时管理系统。


(2)导入生产制造执行系统


MES系统在设计开发中充分考虑了生产线设备特性和布局方式,将生产时间、设备开动率和生产节拍作为核心管理数据,且作为各项功能模块的输出依据。通过各类传感器收集机床数据,结合电子看板、便携式平板等,直观详尽地呈现各类数据报表(见图3)。


图3 生产线数字化看板


生产时间管理模块涉及生产计划的排布、保养与维修计划的制订。VWPT公司生产的发动机型号种类繁多,客户需求多变,在以往的计划制定中往往存在各部门之间信息传递不及时或错误的情况。MES 系统上线后生产计划实时更新,为后续的生产、改造工作提供便利,也为劳动生产率的全年完成提供准确的产量预测数据。


图4 OEE数据统计及分析


设备开动率管理模块由设备开动率(以下简称 OEE)实时监测系统配合刀具管理与质量管理系统组成(见图4)。设备停机时,OEE实时监测系统将自动分辨停机原因,并记录这段停机时间。刀具管理与质量管理作为 OEE 监测系统的补充,主要功能为管理生产加工时使用的各类刀具备件与统计分析生产产生的各种工料废。


生产节拍模块主要功能为全线节拍的自动采集与实时跟踪。节拍采集系统通过机床内外传感器,对单工位/机床进行节拍统计,并实时上传。针对整线瓶颈工位,节拍数据将被拆解为详细的加工步骤,为后续针对性优化提供便利。


(3)导入人员工时管理系统


在 C-HPU 中,所有公司员工的出勤工时都需要纳入计算,并且细分为直接、直接间接与间接。传统的手工统计员工每日出勤工时、月底汇总计算的方式,显然无法满足准确性、时效性的要求。


针对这一亟需解决的问题,VWPT公司上线了人员工时管理系统。该系统将员工每日实时打卡时间进行分类,精确到个人与小时,精准输出工时数据。考勤员会根据生产计划,对当日出勤的员工进行排班批量操作。员工在上班打卡后,其工时就会按照其排班种类记录在系统中,并生成数据报表。借助人员工时管理系统,工时实现透明化,各类工时占比一目了然。在此基础上工业工程建立了工时预测与实际发生的对比机制,各个部门以周为单位每月滚动更新全年的工时预测情况,通过月度汇报形式,在会上展示预测与实际的对比。管理层将根据对比情况,结合年度工时目标,清晰地指出后续优化方向。



2.3 搭建数字化现场管理eSFM平台


现场管理(以下简称SFM)是指用科学的方法对人、机、料、法、环五大要素进行合理有效的规划,达到优质高效、低耗安全的生产目的;为保证员工素质和能力的全面发挥,需要不断赋能,最大限度发挥潜能,从而提升现场管理能力。


(1)导入数字化现场管理eSFM


为提升现场管理水平,同时赋能于员工,在MES 系统的基础上可开发数字化现场管理(以下简称 eSFM)模块(见图 5)。通过数据自动采集系统可生成任意周期的数据统计表并形成分析图,从而消除手工统计的弊端;系统可预测影响KPI的故障源,形成缺陷目录及应急措施,保证对生产要素的及时配置,实现人流、物流和信息流之间畅通无阻。


图5 数字化现场管理系统


结合数字化技术,企业通过现场管理的数字化转型,可促进管理层和现场之间的双向信息交流,形成数字化现场管理制度,提升精细化生产管理能力、实现持续改善效率,提升经济效益和产品竞争力;通过对不同层级的员工赋能,充分调动员工的积极性,增强员工的成就感和认同感,为公司提供一支高技能的人才队伍。


(2)完善现场管理流程


利用eSFM可快速有序地开展生产管理例会、持续改进研讨会来制定有效措施。企业通过措施库系统实时跟踪措施并导出优秀案例报告(见图6)。在系统内由实施部门跟踪措施进度,专业部门进行效益评估及验收。利用关键词搜索可查询过往案例,为员工提供参考并推广。如 VWPT 公 司2020−2022年(截止至8月),实施完成改善措施共 220 条,节约成本 2. 5 亿元,节约人/年工时98. 14 FTE(全时当量Full time equivalent)。


图6 措施库系统截屏



(3)落实“全员性”eSFM赋能


在eSFM中,生产线的标准文件、KPI指标以及措施等内容的可视化呈现,可促使全员分析问题根源,制定有效措施,有针对性地开展预防性工作,积累现场经验,培养员工数据分析能力,开拓工作视野,打破固化思维,以 eSFM 的视角赋予员工新的工作内容和动力,达到全员赋能。


2.4 推动效率管理体系“全覆盖”


如今市场需求不断波动,同时又面临新冠疫情,生产计划经常发生变化,为保障高效的生产模式和敏捷的效率管理,企业通过“智慧型生产体系”,建立C-HPU管理机制和直接人员需求管理机制,全面落实效率管理赋能,充分发挥人员主观能动性,使人与数字化融合产生最佳效应。


(1)建立C-HPU管理机制


在效率指标上,结合生产体系物联网,实现数据的实时监管以及效率报表的自动统计,形成月度例会的标准流程:每月初工业工程会导出月度 CHPU报告并分发,未完成的生产线需在措施库系统中定义措施,管理层可通过月度报告进行合理的资源调配,保障优先级措施的顺利进行。VWPT公司在 2020−2022 年间(截止至 8 月),劳动生产率 CHPU实际提升率分别为5. 3%、8. 0%、8. 8%。


(2)建立直接人员需求管理机制


在直接人员控制上,结合排班、生产线人员布置图,每月滚动更新直接人员需求计划和工时账户预测,保证生产线均以最优的生产模式运行。 如VWPT公司的跨部门工作小组每年2次对未来5年的人员数进行研讨并制定中长期人员发展策略,为管理层决策提供数据支持。


(3)落实效率管理赋能“全覆盖”


在效率管理体系中,实施跨部门联合,自下而上、自上而下的双向信息交流模式,横向纵向全面入手,以效率目标为核心,全员参与为基础,使各级部门从注重规模化扩张的粗放化管理向注重效率提升的精细化管理转变,落实效率管理赋能“全覆盖”,形成可持续发展的效率体系管理模式。通过建立“智慧型生产体系”,企业可实现效率管理体系赋能“全覆盖”:目标明确清晰,跟踪实时透明,沟通简洁高效,措施快捷响应,决策灵活实现,资源优先调配,需求科学预测,人员全面赋能,效率持续精进,大大加强了企业整体的市场竞争力和抗风险力,有效地将市场影响减少到了最低,保障了企业及员工的利益。


3 结语


通过工业工程数字化赋能,将数字化、智能化的工具及系统引入传统的生产模式,利用生产制造执行系统 MES、数字化现场管理 eSFM 等推动员工能力的不断提升与管理组织的变革,逐渐形成一个学习型组织,让不同层级的员工都参与到问题解决流程中,不断地帮助企业进行持续的、系统性的改善。以创造价值为导向,通过以人为本的智能化生产模式、“智慧型生产体系”建 设,为实现“工业 4. 0”及“中国制造 2025”打下坚实的基础。



作者:上海大众动力总成有限公司 黄继荣 章丹玥


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