Щадящо производство в ерата на индустриалната автоматизация: изграждане на високоефективни производствени системи

Защо бережливото производство остава от съществено значение в съвременната индустрия

Производството се промени драстично през последните две десетилетия. Дигиталната трансформация, индустриалната автоматизация, модерната аналитика и технологиите за интелигентни фабрики промениха начина, по който продуктите се проектират, произвеждат и доставят. Въпреки тези постижения производителите продължават да се сблъскват със същото фундаментално предизвикателство: да произвеждат висококачествени продукти ефективно, като контролират разходите и отговарят на очакванията на клиентите.

Това предизвикателство обяснява защо бережливото производство остава една от най-влиятелните оперативни философии в съвременната индустрия. Бережливото производство се съсредоточава върху максимизирането на стойността за клиента при едновременно минимизиране на загубите. Всяка дейност, процес и ресурс трябва пряко или косвено да допринася за предоставянето на стойност на крайния клиент.

Въпреки че концепцията изглежда проста, постигането на истинска бережлива ефективност изисква задълбочено разбиране на производствените процеси, потока на материалите, надеждността на оборудването и организационното поведение. Компаниите, които успешно прилагат принципите на бережливото производство, често откриват, че премахването на загубите не е еднократен проект. Вместо това то се превръща в непрекъснат процес на наблюдение, измерване, анализ и подобрение.

Днес производителите все по-често разчитат на технологии за индустриална автоматизация, за да подкрепят тези усилия. PLC, разпределените системи за управление (DCS), платформите за надзорен контрол и събиране на данни (SCADA), системите за управление на производството (MES) и индустриалните комуникационни мрежи осигуряват необходимата видимост за идентифициране на неефективностите и подобряване на оперативните резултати.

Вместо да заменя принципите на бережливото производство, индустриалната автоматизация засилва тяхната ефективност. Данните в реално време позволяват по-бързо вземане на решения, прогнозната аналитика разкрива скрити неефективности, а свързаните системи осигуряват безпрецедентна видимост върху производствените операции.

В резултат на това съвременното бережливо производство вече не се ограничава до картографиране на процесите и подобряване на работните потоци. То се е превърнало във всеобхватна стратегия, която съчетава оперативно съвършенство с модерни индустриални технологии.

Разбиране на стойността от гледната точка на клиента

Всяка успешна инициатива за бережливо производство започва с прост въпрос: Какво всъщност цени клиентът?

Производителите често се съсредоточават върху вътрешните си процеси, като обръщат внимание на производствените графици, използването на оборудването, нивата на запасите и представянето на отделите. Макар че тези показатели остават важни, бережливото производство насърчава организациите да оценяват операциите от гледната точка на клиента.

Клиентите рядко се интересуват от вътрешната сложност. Те държат да получават висококачествени продукти на конкурентни цени, доставени навреме и работещи според очакванията.

Всяка дейност, която пряко допринася за тези резултати, може да се счита за дейност с добавена стойност. Дейностите, които изразходват ресурси, без да подобряват продукта или клиентското изживяване, представляват потенциални загуби.

Често срещаните форми на производствени загуби включват:

• Свръхпроизводство
• Прекомерни запаси
• Ненужен транспорт
• Време на изчакване
• Дефекти и повторна обработка
• Прекомерни движения
• Свръхобработка

Идентифицирането на тези източници на загуби създава основата за непрекъснато подобрение.

Съвременната индустриална автоматизация значително подобрява този процес на идентифициране. Сензорите, контролерите и системите за мониторинг непрекъснато събират оперативни данни, които разкриват неефективности, често невидими при ръчни наблюдения.

Например производственият мениджър може да смята, че опаковъчната машина работи ефективно, тъй като рядко спира напълно. Данните за производителността, генерирани от PLC, обаче могат да разкрият чести микроспирания, намалени работни скорости или повтарящи се намеси на операторите, които съвкупно намаляват производителността.

Без точни оперативни данни тези скрити загуби често остават неоткрити.

Организациите, които модернизират производствените среди, често внедряват усъвършенствани PLC и PAC системи, за да подобрят видимостта и да подпомогнат вземането на решения на базата на данни във всички производствени операции.

Картографиране на потоците на стойността в свързана производствена среда

След като идентифицират стойността за клиента, специалистите по Lean се съсредоточават върху разбирането на това как стойността се движи през организацията. Този процес обикновено се нарича картографиране на потока на стойността (VSM).

Традиционните карти на потока на стойността визуализират движението на материалите от доставчиците през производствените процеси и в крайна сметка до клиентите. Тези карти помагат на организациите да идентифицират закъснения, тесни места, дублирания и дейности без добавена стойност.

Въпреки че традиционното картографиране на потока на стойността остава изключително ефективно, съвременните производители трябва да отчитат и цифровите информационни потоци.

Производствените среди вече генерират огромни обеми оперативни данни от сензори, PLC, системи за машинно зрение, роботика, задвижвания, анализатори и корпоративни софтуерни платформи.

Цялостният цифров поток на стойността включва:

• Материален поток
• Информация за производственото планиране
• Записи за качеството
• Данни за поддръжката
• Информация за наличностите
• Параметри за управление на процеса
• Показатели за производителността на оборудването

Производителите, които интегрират тези информационни потоци, получават по-пълно разбиране за оперативната производителност.

Да разгледаме доставчик на автомобилни компоненти, който произвежда прецизни детайли в множество обработващи клетки. Традиционният анализ на потока на стойността може да установи забавяния между станциите за обработка и инспекция. Дигиталният анализ обаче може да разкрие, че пренастройките на машините, наличността на инструментите и конфликтите в графиците допринасят за значително повече престои от забавянията при транспортиране.

Тази по-широка видимост позволява по-ефективни инициативи за подобрение.

Много организации вече използват системи за изпълнение на производството (MES) заедно с платформи SCADA, за да създават цифрови представяния на производствените операции в реално време. Тези системи осигуряват непрекъсната видимост върху производствения статус, производителността на оборудването и ефективността на работния процес.

С нарастването на сложността на производството способността за картографиране както на физическите, така и на дигиталните потоци на стойността става все по-важна.

Постигане на плавен и предвидим производствен поток

Потокът е едно от най-важните понятия в икономичното производство. Когато производството протича гладко, продуктите преминават ефективно през операциите с минимални закъснения, прекъсвания или тесни места.

За съжаление, много производствени предприятия изпитват затруднения с непостоянния производствен поток. Материалите изчакват на опашки, оборудването има престои, операторите се сблъскват с конфликти в графиците, а производствените приоритети често се променят.

Всяко прекъсване намалява ефективността и същевременно увеличава оперативните разходи.

Индустриалната автоматизация предоставя мощни инструменти за подобряване на потока в производствените системи.

Съвременните системи за управление непрекъснато следят производителността, състоянието на оборудването и условията на процеса. Информацията в реално време позволява на ръководителите да идентифицират възникващи тесни места, преди те да окажат значително влияние върху производството.

Например конвейерните системи, оборудвани със сензори, могат да откриват натрупване на материали и автоматично да регулират производствените темпове на предходните етапи. Опаковъчните системи могат да комуникират директно с оборудването за пълнене, за да поддържат балансиран производствен поток. Платформите за автоматизирано планиране могат динамично да разпределят ресурсите въз основа на променящите се производствени изисквания.

Тези възможности помагат на производителите да намалят времето за изчакване, да сведат до минимум незавършеното производство и да подобрят цялостната производствена ефективност.

Индустрия 4.0 разширява възможностите на икономичното производство

Бережливото производство възниква много преди концепции като Индустриалния интернет на нещата (IIoT), облачните изчисления, изкуствения интелект и периферната аналитика да навлязат в индустриалната терминология. Въпреки това целите остават забележително сходни. И бережливото производство, и Индустрия 4.0 се стремят да подобрят ефективността, да елиминират отпадъците, да повишат видимостта и да подпомагат непрекъснатото усъвършенстване.

Разликата се състои в наличните инструменти.

Технологиите на Индустрия 4.0 позволяват на производителите да идентифицират неефективностите с много по-голяма прецизност от традиционните методи. Сензорите непрекъснато събират данни за процесите, индустриалните мрежи предават информация между производствените обекти, а аналитичните платформи преобразуват необработената информация в приложима информация за вземане на решения.

В резултат на това производителите могат да идентифицират проблемите с производителността много преди те да се превърнат в значими оперативни проблеми.

Например производствена линия може да продължи да работи в допустимите граници, като постепенно губи ефективност поради увеличаване на времената на цикъла, нарастване на процента бракувана продукция или незабележимо влошаване на състоянието на оборудването. Традиционните методи за отчетност може да не разкрият тези тенденции, докато производствените цели не бъдат пропуснати.

Съвременните аналитични платформи могат автоматично да откриват тези промени и да предупреждават персонала, преди спадовете в производителността да станат значителни.

Този проактивен подход напълно съответства на принципите на бережливото производство, като елиминира отпадъците, преди те да се натрупат.

Изкуствен интелект и усъвършенствана аналитика в производството

Изкуственият интелект се превърна в една от най-обсъжданите технологии в съвременното производство. Макар че терминът често се свързва с футуристични концепции, практическите индустриални приложения вече носят измерима стойност.

Системите с изкуствен интелект се отличават с идентифицирането на закономерности в големи набори от данни, които би било трудно за човешките оператори да открият.

В производствена среда тези възможности подпомагат:

• Програми за предиктивна поддръжка
• Оптимизация на качеството
• Управление на енергията
• Планиране на производството
• Прогнозиране на запасите
• Оптимизация на процесите

Например система за качество, базирана на изкуствен интелект, може едновременно да анализира хиляди променливи на процеса, за да определи кои работни условия оказват най-силно влияние върху качеството на продукта.

След това инженерите могат проактивно да коригират работните параметри, за да намалят дефектите и да подобрят постоянството.

По подобен начин алгоритмите за машинно обучение могат да оценяват дългогодишни записи за поддръжка, оперативни тенденции и данни за работата на оборудването, за да предсказват повреди, преди да възникнат.

Резултатът е по-висока наличност на оборудването, по-ниски разходи за поддръжка и намаляване на оперативните отпадъци.

Важно е да се отбележи, че изкуственият интелект не заменя методологиите за бережливо производство. Вместо това той предоставя на производителите по-усъвършенствани инструменти в подкрепа на инициативите за непрекъснато усъвършенстване.

Цифровите двойници променят начина, по който производителите подобряват процесите

Едно от най-обещаващите развития в индустриалната автоматизация е внедряването на технологията на цифровите двойници.

Цифровият двойник е виртуално представяне на физически актив, машина, процес или производствено съоръжение. Цифровият модел непрекъснато получава оперативни данни от физическата система, създавайки точно представяне в реално време на действителните работни условия.

Тази възможност създава значителни перспективи за програмите за Lean производство.

Вместо да експериментират директно с производствените активи, инженерите могат да оценяват промените в процесите във виртуална среда.

Производителите могат да симулират:

• Модификации на производствените линии
• Модернизация на оборудването
• Въвеждане на нови продукти
• Промени в материалния поток
• Проекти за разширяване на капацитета
• Стратегии за поддръжка

Потенциалните проблеми могат да бъдат идентифицирани преди внедряването, което намалява риска за проекта и същевременно ускорява инициативите за подобрение.

За организациите, стремящи се към оперативно съвършенство, цифровите двойници предоставят мощен механизъм за подпомагане на вземането на решения, основано на данни.

С непрекъснатото подобряване на точността на симулациите се очаква технологията на цифровите двойници да се превърне във все по-важен компонент на стратегиите за интелигентно производство.

Интелигентните фабрики зависят от свързани системи за автоматизация

Концепцията за интелигентна фабрика се простира далеч отвъд автоматизацията на оборудването.

Наистина интелигентната фабрика интегрира производствените системи, операциите по поддръжката, процесите за управление на качеството, системите за управление на запасите и бизнес приложенията в свързана екосистема.

Информацията протича безпрепятствено през организационните граници, което позволява по-бързо вземане на решения и подобрена оперативна координация.

Основните технологии, поддържащи средите за интелигентно производство, включват:

• PLC и PAC системи
• Разпределени системи за управление (DCS)
• SCADA платформи
• Системи за изпълнение на производството
• Индустриални Ethernet мрежи
• Облачни аналитични платформи
• Решения за индустриална киберсигурност

Тези технологии работят съвместно, за да създадат прозрачност във всички производствени операции.

Вземащите решения получават достъп до оперативна информация в реално време, а производствените екипи получават приложими на практика анализи, които подпомагат усилията за непрекъснато усъвършенстване.

Предприятията, които модернизират своята инфраструктура за автоматизация, често оценяват усъвършенствани разпределени системи за управление и интегрирани архитектури за управление, способни да поддържат бъдещи инициативи за цифрова трансформация.

Казус: Lean подобрения чрез модернизация на DCS на Honeywell

Производител на специализирани химикали, експлоатиращ множество производствени единици за партидно производство, се сблъскваше с постоянни предизвикателства, свързани с вариативността на процесите, непостоянното качество на продуктите и прекомерната намеса на операторите.

Предприятието разчиташе на остаряла инфраструктура за управление, която ограничаваше видимостта върху производителността на процесите.

За да се справи с тези предизвикателства, организацията внедри програма за модернизация, съсредоточена върху нова разпределена система за управление на Honeywell.

Проектът включваше:

• Подобрено наблюдение на процесите
• Подобрено управление на алармите
• Усъвършенствани стратегии за управление на процесите
• Централизирани операторски интерфейси
• Събиране на исторически данни

След внедряването операторите получиха значително по-добра видимост върху състоянието на процесите. Отклоненията в процесите се установяваха по-рано, ефективността на управлението се подобри, а производствената вариативност намаля.

Ръководството получи и достъп до историческа информация за производителността, която подпомогна анализите на първопричините и инициативите за непрекъснато усъвършенстване.

Резултатът беше измеримо намаляване на отпадъците, по-добра еднородност на продуктите и повишена производствена ефективност.

Този пример показва как съвременните системи за управление могат пряко да подпомогнат целите на стройното производство.

Практически пример: автоматизация и оптимизация на производството с ABB

Голямо предприятие за целулоза и хартия се стремеше да подобри производствената ефективност, като същевременно намали потреблението на енергия и непланираните престои.

Въпреки че вече бяха внедрени няколко програми за подобрение, ръководството нямаше достатъчна видимост върху взаимодействието между производителността на процесите, надеждността на оборудването и оперативната ефективност.

Предприятието внедри интегрирано решение за автоматизация на ABB, което свърза системите за управление на процесите, платформите за поддръжка и инструментите за производствени отчети.

Информацията в реално време стана достъпна в няколко отдела, което позволи на производствения персонал, екипите по поддръжката и ръководителите на предприятието да си сътрудничат по-ефективно.

Последваха няколко важни подобрения:

• Намалена вариативност на процесите
• По-добро използване на оборудването
• По-ниско потребление на енергия
• По-бързо разрешаване на проблеми
• Подобрено производствено планиране

В крайна сметка организацията постигна значителни подобрения както в производителността, така и в оперативната надеждност.

Може би още по-важно е, че предприятието изгради култура, в която решенията все повече се основаваха на оперативни данни, а не на предположения.

Тази културна промяна остава един от най-ценните резултати от всяка успешна инициатива за трансформация към стройно производство.

Изграждане на култура на непрекъснато усъвършенстване

Само технологията не може да създаде стройна организация.

Усъвършенстваните системи за управление, платформите за предиктивна поддръжка, индустриалните мрежи и аналитичният софтуер предоставят мощни възможности, но устойчивият успех в крайна сметка зависи от хората.

Организациите, които постоянно постигат оперативно съвършенство, изграждат култура на непрекъснато усъвършенстване на всяко ниво на бизнеса.

Служителите се насърчават да идентифицират неефективностите, да предлагат подобрения и да участват активно в дейности по решаване на проблеми.

Операторите често притежават ценни практически познания за производствените процеси. Техниците по поддръжката разбират поведението на оборудването. Инженерите допринасят с техническа експертиза. Мениджърите осигуряват стратегическа насока.

Когато тези перспективи се съчетаят, организациите създават мощни екосистеми за усъвършенстване, способни да се адаптират към променящите се бизнес изисквания.

Методологията „Планирай–Изпълни–Провери–Действай“ остава изключително актуална, тъй като насърчава структурираното експериментиране и непрекъснатото учене.

Всяка инициатива за подобрение генерира нови знания, които могат да бъдат приложени към бъдещи предизвикателства.

С течение на времето този цикъл създава самоподдържаща се култура, насочена към оперативно съвършенство.

Заключителни мисли

Стройното производство продължава да бъде една от най-ефективните рамки за подобряване на индустриалните резултати. Макар фундаменталните принципи да остават непроменени, инструментите, достъпни за производителите, се развиха драматично.

Технологиите за индустриална автоматизация вече осигуряват безпрецедентна видимост върху производствените операции, състоянието на оборудването, качествените показатели и използването на ресурсите. PLC, SCADA системите, DCS платформите, технологиите за предиктивна поддръжка, индустриалните комуникационни мрежи и решенията за Индустрия 4.0 преобразиха начина, по който организациите идентифицират загубите и се стремят към непрекъснато усъвършенстване.

Най-успешните производители разбират, че стройното производство и индустриалната автоматизация не са конкуриращи се стратегии. Те са взаимно допълващи се дисциплини, които се подсилват една друга.

Принципите на стройното производство определят какво трябва да подобрят организациите. Индустриалната автоматизация осигурява необходимата видимост, интелигентност и контрол за ефективното постигане на тези подобрения.

С развитието на производството към все по-свързани и управлявани от данни операции интегрирането на методологиите за стройно производство с усъвършенствани технологии за автоматизация ще остане критично конкурентно предимство.

Организациите, способни да съчетаят оперативно съвършенство, надеждност на активите, дигитална трансформация и непрекъснато усъвършенстване, ще бъдат най-добре подготвени да просперират в следващото поколение на индустриалното производство.