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书名:精益制造074:中小型工厂数字化改造pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:资金少、设备旧、操作难……中小型工厂实现IoT化的思路与方案

作者:(日)木村哲也,丁汝峰,陈世纪等译

出版社:东方出版社

出版时间:2021-09-01

书籍编号:30751732

ISBN:9787520723374

正文语种:中文

字数:50555

版次:1

所属分类:经济管理-经济学

全书内容:

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版权信息






























前言


笔者在丰田汽车公司(以下简称“丰田汽车”)技术部工作了18年(含常驻海外工作的时间),主要从事与驾驶稳定性和乘坐舒适度的产品开发实验相关的工作。最后三年调动到生产调查部,从事运用丰田生产方式进行的改善活动。


此后,我于2013年调动到旭铁工公司(以下简称“旭铁工”),历任董事、副总经理,后任总经理,负责整体经营。


旭铁工是年销售额150亿日元规模的中小企业,负责进行锻造、铝压铸、机械加工、塑料成型、装配等加工,作为丰田汽车的一级供应商,主要生产发动机、变速器、悬挂、车身等多种零部件。此外,旭铁工还在泰国开设了当地法人企业SAM(Siam Asahi Manufacturing)。


本书是笔者调动到旭铁工后,致力于实现生产线IoT化的相关介绍。


建立这套系统后,笔者所在工厂的生产数量、循环时间、停止时间的改善速度均得到了大幅提高,给现场人员带来了动力,为其技术能力的提升带来了积极影响。


我们开发的系统有以下三大特点:


①初期投资少;


②旧设备也能导入;


③导入简便。


也就是说,无论多么小规模的现场都可以导入该系统,这一特点是其最大的优势。


在本公司生产线使用该系统的过程中,我们收集了技术和应用两方面的数据并加以改进,完成了生产线远程监视系统。


我们希望这套系统能帮助更多的公司提高生产效率。于是,在2016年(平成二十八年)9月,我们创办了以提供该系统和该系统应用技巧为目的的“i Smart Technologies公司(信息智能技术公司)”,且已为约100家企业提供了监控服务。


自2018年开始,除了系统及其运用,我们还启动了提供数据分析和改善建议的“生产线诊断服务”,以及帮助企业应用数据、快速营造改善活动环境的“混合咨询服务”两大业务。


笔者最大的愿望,是本书的内容能大幅提高你所在的生产现场的水平,并且能让你切实感受到其中的变化。


2018年5月


旭铁工公司/i Smart Technologies公司董事长兼总经理


木村哲也

序章 中小企业必须进行IoT化

序.1 IoT是中小企业经营的救世主


(1)IoT是什么?


“IoT”是“Internet of Things”的缩写。


各大媒体都将其翻译为“物联网”,但是这个解释似是而非。


其实,“物联网”只是一个比喻,“个体信息的识别、收集、活用”才是IoT的真正意思:


“个体信息”是指温度、湿度、振动频率、材质等;“识别”由各种传感器进行;“收集”由互联网和公司的内网承担;“活用”则是人和人工智能的任务。


如果你觉得这个解释很难理解,可以想象一下人的身体状况管理:


“个体信息”是指体温和血压;进行“识别”的是体温计和血压计;通过智能手表和互联网“收集”这些个体信息,由人工智能和医生进行远程会诊,一旦发现异常,就会发出警告(“活用”)。这是IoT的典型系统之一。


而把这个系统运用到生产现场,就是本文所说的“IoT化”的意思。


(2)中小企业应该推进“IoT”化的理由


以往一般认为,IoT系统的导入和活用是应由大企业做的事情,而中小企业:


①无法进行大规模的投资;


②人才稀少且招聘困难。


只要能解决以上课题,IoT化还是有很多能让中小企业发生改变的有利之处的。例如:


①生产效率提高的空间很大;


②小范围进行改变的可能性高;


等等。


旭铁工在推进IoT化的时候,既没有支付大额预算的余地,也没有精通IT的人才。但是为了解决围绕中小企业的各种各样的课题,推进IoT化是最快捷的方法。于是,旭铁工下决心不断进行挑战,并最终以必要的最低限度的经营资源实现了IoT化,大幅削减了设备投资和加班费。此外,在质量和其他方面,旭铁工也取得了显著成果。最令人高兴的是,公司内部的氛围发生了巨大的变化。


(3)IoT化带来的成果


我们把引进IoT技术的目的设定为“提高生产线每小时的产量”,并且取得了成功。


但在这个过程中,我们发现IoT技术除了能实现这个目的以外,还可以根据生产现场的条件和用途解决各种各样的问题。例如,保持适当的设备规模、用很少的人员维持或提高品质和生产效率等。而且,初期的投资很少。


从这些方面来看,我们认为中小企业更应该活用IoT,也希望其他中小企业能够掌握我们在IoT化过程中积累的诀窍。由此,我们设立了i Smart Technologies公司(信息智能技术公司,以下简称“iSTC公司”)。本书就IoT化的过程、积累的经验,以及iSTC公司支持中小企业完成IoT化的做法展开了具体论述。

序.2 获得日本制造业大奖特别奖


2018年2月5日,本公司研发的“使用IoT和人工智能技术的设备运行状况监视及报告系统”被授予了日本经济产业省主办的“第7届日本制造业大奖[1]特别奖”(制造+企业部门[2])。

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2018年2月5日,本公司被授予日本制造大奖特别奖

(右3为经济产业大臣世耕弘成,其左邻为笔者木村哲也)


【案例名称】


“使用IoT和人工智能技术的设备运行状况监视及报告系统”


【概要】


“通过在现有的老式机器上安装通用传感器(光传感器和磁传感器),构建发送接收器与云相结合的简易系统,在不引入新设备投资和高价监视系统技术的情况下实现了IoT化,并将其引入了铸造、模具、食品加工等多种行业的生产线。旭铁工作为中小制造型企业成立了提供该服务的新公司,活用制造型企业的经验、联合其他公司顾问,构建了生产线监视服务事业新的商业模式。”


此外,在授予仪式上,日本经济产业大臣世耕弘成致辞,其宗旨意在使今后的日本生产现场实现:


①强有力的现场和数字技术的融合;


②生产效率的飞跃性提高;


③新的生产模式的创造。


令人吃惊的是,这些和本公司的目标以及我们提供服务的目标是一致的。


我们确信,本书所阐述的内容一定能够为众多制造型企业(我们的目标是超越这个范围)的未来做出贡献。

第1章 iSTC公司的IoT系统简史

Ⅰ.为什么要致力于IoT化


1.1 契机


(1)“请写生产管理板”


2013年年末,来我们公司进行改善指导的丰田汽车主管向我下达了“请写生产管理板,执行PDCA循环”的指示。


“生产管理板”是按照丰田生产方式进行“改善”时使用的工具。现场作业人员要在设定的时间段内划分出运转时间并记录各个时间段内的计划数(应完成的个数)、成绩(实际完成的个数)、启动时间、停止理由(数量不足的理由)和生产线的停止时间,使问题“可视化”(图1-1)。

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图1-1 生产管理板

(2)说起来容易做起来难


我在丰田汽车的生产调查部参与改善活动,明白了写生产管理板的重要性。但是,我也知道准确记录并不容易,原因主要有以下三点。


①无法准时读取设备的计数器


要想记录规定时间段内的生产个数(如5:30~6:30的生产个数),就需要准确读取、记录设备计数器上显示的生产数量,然后用计算器计算出生产管理板上的差值。但是我们公司的自动化设备很多,有些地方一个人要负责10条生产线,这就变成了一个障碍。因为气门导管生产线[3]的节奏是每4秒生产一个产品,如果读计数器晚1分钟,数字就会相差15个。我也尝试过在读计数器的同时进行记录,但效果不太理想。也就是说,刚好在恰当的时间依靠人来读取计数器,这在物理上是不可能实现的。而且,把如此不合理的工作强加给作业人员也是行不通的。如果是大企业,可以分配人员专门填写生产管理板,这样的例子我也有所耳闻。但是,旭铁工既没有多余的人力,也花不起这个成本。


②没有正确测定停止时间的手段


如果能在设备面前进行监视,或许能计算出正确的停止时间。但是如上所述,1个人实际要负责10条生产线,所以大部分情况下都只能“注意到对面停线了”,负责人只能凭直觉说出“大概”的停止时间。此外,也没有检查记录是否有遗漏及与实际停止时间进行比较验证的手段。


③不知道正确的循环时间


为了计算规定时间段内的生产个数,需要掌握每条生产线上每个产品编号的“循环时间”[4]。但是为了计量循环时间,需要有人一直在生产线上用秒表进行测量。这样做不仅费时费力,误差、测量失误、测量者的存在也会对生产操作者产生无法消除的负面影响。而且测量太费工夫,很难再次进行测量,这就是无法即时获知正确数值的原因。


(3)人应该做附加价值高的工作


一边读取生产个数的计数器,一边测定、记录停止时间的工作本身没有附加价值。我一直强调:


“人应该做附加价值高的工作。”


人应该参与的工作,是从测量和记录中发现问题,思考解决方法并付诸实践,人力资源有限的中小企业更是如此。


由此,我们考虑将“生产个数和停止时间记录自动化”。


1.2 参观展览会和研讨会时明白的事情


我们考虑的问题是:用现在流行的IoT能否实现“生产个数和停止时间记录的自动化”?


于是,我参加了各种展览会和研讨会,而且查看了周围已经在市面上销售的IoT系统。


结果,我发现了三个问题:


①规模大的价格高


光是监视系统,价格就在2000万到7000万日元不等,像我们公司这样的中小企业根本无从下手。而且,当我在展会上询问“虽然这些数据看上去很整齐地显示出来了,但要如何使用呢?”时,供应商只会回答“这是个问题”或者“一起考虑吧”。这样一来,费用就不合算了。


②昭和的机器不好加装


本公司约50%的生产设备使用了20年以上,而且其中一半是“昭和时期的机器(即使用了30年以上的机器)”。但是,现在市面上销售的IoT系统大多适用于最新的生产设备。在没有网络的时代制造出来的昭和机器,是不可能互联在一起的。为了使用IoT监视器而去更新生产设备,更是本末倒置的做法。


③看不到想要的数据


如上所述,为了记入生产管理板,需要掌握规定时间段内的生产个数和停止时间的数据。但是,能看到这些数据的系统并没有在市面上销售。市面上有的,大多是无法进行详细确认的系统,要么只是用折线图来表示每天的进度,要么是用甘特图[5]来标注设备运转和停止情况。而我们在现场必须看的那些数据,市面上销售的系统都显示不了。

Ⅱ.做什么、如何应用


1.3 第一代“可动率监视器”的开发


(1)制作自己想要的东西


出于以上理由,我向本公司的“制造改革室”[6]成员下达了“制作自己想要的东西吧!”的指示。


我们公司没有IT部门,也没有具备专业知识的人才。但我们了解到,在气门导管生产线[7]中,正常/异常的信号可以进入信号塔(图1-2)。我们相信,可以依靠自己的力量制作出收集这些信号的“可动率[8]监视器”。

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图1-2 信号塔

(2)三个条件


我们考虑系统应具备以下三个条件。


①无线连接


成为旭铁工的经营者后,我发现将电气安装工程委托给专业公司不仅会花费高昂的费用,还会因为专业公司的不重视导致工期推迟,这样的事情时有发生。因此,我们没有选择电气安装工程(铺设局域网电缆和延长电缆),而是决定采用无线连接的方式。


②智能手机


同时,我们也没有在办公室安装电脑等专用终端设备,一是因为这样做成本太高,二是因为我们想在现场进行数据调查。最终,我们采用了把数据传送到已经非常普及的智能手机上的方法。这样一来,既能节约成本,又能方便我们随时随地确认数据。


③云


我们公司内部已经有几个服务器在运行了。但是,使用专用服务器需要投入大量的初期投资和维护费用。而且为了收回投资部分,我们还必须在使用服务器的前提下思考问题。考虑到目前没有必要使用这些服务器,我们决定将数据收集到云上。


然而,当时我们并没有意识到,还有一点也会对成功与否产生重要影响[9]


作为附加条件,我将第四个条件单独列出,供你参考:


④减少数据的种类


一开始就以收集多种数据为前提构建系统,会花费巨额的初期投资和运营成本。此外,漫无目的地收集数据往往会遗漏重要因素。在这种情况下,做一切都是白费工夫。因此,要尽量减少收集数据的种类。


(3)从生产设备中提取数据


如上所述,由于正常/异常信号会从生产设备中发出,进入信号塔,所以我们决定用电波模块发出信号。


我们改造了信号塔的布线,将这个电波模块插入其中。制作存放电波模块的壳体时使用的是3D打印机,但是3D打印机使用的材料价格非常昂贵,而且制作一个需要6小时,非常不经济。事后回想起来,我们认为当时没有必要专门制造这样的壳体……通过实践,我们明白了很多事情。


(4)使用“树莓派”


通过电波模块发出的信号由名为“树莓派”[10]的教育专用小型个人电脑接收,然后通过互联网上传到云端(图1-3)。


之所以使用“树莓派”,是因为它的价格非常便宜。我们从东京、秋叶原购买了实物和教程,一边阅读教程,一边让LED闪烁,尝试联网,反复试错。

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图1-3 树莓派

事实上,前面提到的电波模块的使用方法,我们也是用同样的方法掌握的。在尝试的过程中总会找到突破口,这是我们实践过后才明白的道理。


(5)“可动率监视器”的完成


历经种种曲折,我们手中最初版本的IoT系统——“可动率监视器”完成了。


【系统概要】


从生产设备中获得正常/异常信号。该信号从电波模块发送到配备有“树莓派”的接收器,在那里进行数据汇集,然后再经由互联网传至云端。上传后的数据可以通过智能手机查阅(图1-4)。

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图1-4 第一代“可动率监视器”的结构

这个系统的大致结构到现在也没有改变。


图1-5为2014年年末,“可动率监视器”在智能手机中的显示情况。配合现场的时间段进行了时间分割(汇集时段),可以直观看到各个时间段内正确的移动时间和停止时间。

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图1-5 “可动率监视器”的显示界面

1.4 看到不意味着解决——IoT系统的运用


(1)IoT=IT(信息)+OT(应用)


俗话说:人解决不了自己看不到的问题。


最近,“可视化”越来越受重视,但只是看到并不能解决任何问题。无论是生产管理板,还是制造“可动率监视器”,仅

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