今年是第十一个新年文告。
每年的最后一周,都在思考,都在问我内心,今年最想与同事们分享什么内容。思考的结果是,今年最想分享的,也是我近几年一直在钻研的一个课题,也是一个模型:全业务链的模块化驱动自动化。从以下几个方面阐述。
制造业模块化的历史至少有数十年了。根据哈佛商学院两任院长的研究,最初的模块化概念在企业的具体应用始于IBM360主机的开发。电脑、打印机等几乎从一开始走的就是模块化道路。后来,模块化应用比较成功的是汽车企业,从零部件加工到最后的总装,由于其生产链条很长,几十年前,我在日本工作时期,到车厂参观,看到日本车企就已经开始走模块化之路了。再后来,工程机械和农机企业,比如,卡特彼勒、约翰迪尔等,还有电梯企业,如日立电梯、迅达电梯等都成功实施了产品,从制造到销售,全业务链的模块化。再后来,中国家电龙头企业也都陆续走上模块化道路。我发现,模块化的广泛应用主要是在离散制造行业,而非类似钢铁、化工那样的流程型行业。因此,我的研究专注在从零部件加工,到半组装,再到总装的离散制造型企业。
笔者最近5-6年直接或间接参与了一些离散制造企业的智能制造或数字化工厂建设项目。项目过程中发现这样一个现象:工厂和线体的自动化,从规划到实施,都是基于现有生产模式,就是说,在没有对产线工艺和生产体制做任何改变的情况下推进自动化。具体说,就是,线体有200米长,还是维持200米,在200米基础上考虑自动化。线体为什么长,就是前工序没有剥离,从零部件加工一直延续到最后总装,都在这条线上完成。尽管园区已有VMI【供应商管理库存】,有些供应商也直接送货到线旁,但由于生产模式没有改变,送来的都还是零部件。这种情况下的自动化,一个直接后果就是,人员、资金和时间投入都很大,但产出效果不理想:秒节拍没有大幅提升,人均效率(台/人时)没有显著改善,省人化效果不明显,质量改善效果有限。
针对这种现象,和参加过智能制造规划和实施的一些同行交流,对照标杆企业的实践,我发现,这些投入很大,产出效果不好的企业,有一个共同特点,就是没有进行生产模式的模块化改造,而匆匆实施自动化。这期间,笔者又碰到另外一种现象:笔者比较了解的几家工程机械企业,还有几家家电制造企业,它们认真学习车企经验,很早就关注了模块化,但关注的重点是模块化研发设计。到以自动化和信息化为主线的智能制造或数字化工厂蓬勃开展之时,工厂和线体依然是传统零组件生产模式,就是说,模块化仅仅是在自己研发设计的小院高墙之内进行,与营销销售,与生产制造,与供应商采购处于脱节状态。这期间,笔者也欣慰地碰到这样的案例:以精益化为基础,以模块化驱动自动化,投入产出效果非常好。三年时间,通过这种模式,省人化一项就实现了人员优化11520人,实现降本13.84亿,每年平均省人化降本4.61亿。秒节拍由第一年的19秒提升到第三年的14秒。台/人时效率由第一年的1.03提升到第三年的1.65。这三年线体长度基本实现了减半。
这家企业的基本经验就是,在大规模开展自动化之时,没有热血沸腾,没有盲目投入,而是在总结以往经验教训基础上,开创了一条实施全业务链模块化,并以全业务链模块化驱动自动化,并且将精益化与模块化建立了逻辑关联。
简言之,就是从营销端开始,到研发设计端,到生产制造端,到采购端,甚至到质量检测,到经营财务,全业务链条推进模块化,而不是仅仅注重研发端的模块化。
笔者长期对标杆企业模块化的研究,创建了如下模型:
该模型有如下几个特征:
全业务链分为四个板块
模块化企划(来自营销) → 模块化设计开发 → 模块化制造 → 模块化采购。
四个板块的结构与逻辑
模块化的撬动点不是研发,而是模块化制造中的SKD剥离【Semi-Knocked Down,半散裝】。SKD剥离的基本原则是,首先,凡是证明没有必要存在的都应剥离出去,而证明必须存在的都应实现自动化。其次,基于SKD剥离,生产线体要由长变短,而且尽可能专线专产,快速切换,高效柔性。第三、线体尽可能实现省人化,即最大限度减少组装人员、减少连线人员、减少检测人员。基于这些原则,SKD剥离时要考虑接口标准,比如模块间连接动作要<10秒。
这些原则要求设计开发部门要运用DFA【Design for Assembly 便于组装的设计】方法做模块划分。DFA通过一套优化设计准则,通过缩短装配周期来降低成本。运用DFA做模块划分的八个关键点是:①零件/紧固件最少;②零件/紧固件/材料标准化;③单向化组装;④定位面接近基准面;⑤可拆性设计;⑥避免组装后的调整;⑦二次操作和组装最小化;⑧预防错误。模块划分时还要考虑不同产品模块的通用性;考虑一个模块能支持多少个型号;考虑供应商有没有能力接盘。
检验模块划分的标准应该有:①总装level架构的模块数是否明确;②是否有先进的自动装配方案;③是否有个性化定制方案;④总装连接工时是否明显减少,操作人员是否减少;⑤是否有自动检测方案和包装方案。
模块划分之所以重要,是因为实现了模块划分,我们才能确定低成本、差异化、技术领先的三大模块策略;才能决定哪些模块是自制,而哪些模块需要外包;也才能确定模块的接口。
模块策略的制定也非常重要,因为它决定模块的生产策略,也就是必须实现单元化、自动化和流水线生产,最大限度提高效率;同时它还决定模块怎么配置,而模块怎么配置才决定总装SKD的模块组装能否最终实现。
模块策略+自制/采购策略决定模块生产策略,而模块生产策略则决定供应商策略,就是要开发出低成本供应商/敏捷供应商/策略供应商。基于供应商策略才能进行供应商网络布局,并完善模块供应商漏斗的建设,而模块供应商漏斗+标准接口(开发设计规则)才能解决供应商前端设计问题。车企的一个根本经验就是调动供应商的积极性,参与模块化设计研发,以实现大量的模块外包,使传统的零部件供应商也跟着转型为模块化供应商。
模块策略+供应商前端设计就可以确定模块配置,模块配置原则就是,最少的模块创造更多的产品解决方案。模块配置则决定模块化企划中的产品配置矩阵;模块供应商漏斗则决定模块化供货,最终,模块配置+模块生产布局+模块化供货,三者共同决定总装SKD模块组装,一旦实现了总装SKD模块组装就等于实现了模块化制造,即工厂布局的模块化、生产制造的模块化和管理组织的模块化。模块配置还意味着实现了模块化产品管理,而模块化供货意味着实现了模块化采购。
全业务链的模块化
这么大工程,不可能一蹴而就,一般分为三阶段:首先是SKD剥离方案及模块化策略阶段,这个阶段的特点就是吃透原则、原理,确定方案;接着是模块化实施阶段,也就是方案全面落地,产生效果阶段;第三阶段是模块化体系创建,即总结提炼、螺旋上升,形成体系的阶段。最终要形成六大体系:①模块化研发体系;②模块化制造体系;③模块化采购体系;④模块化检测体系;⑤配置式销售体系;⑥模块化财务体系。
这个主流程由三个节点构成:SKD模块装配 → 接口连接 → 检测包装。基于一个企业的最佳实践。
第一个主节点SKD模块装配的目标或指标有三个
①人员减50%;②线体长度减50%;③SKD模块数≤8个。流程端到端闭环是,型号剥离 → SKD剥离 → SKD组装 → 模块生产区 → 布局优化。实现流程闭环的关键工艺有四个:①线体工位、工艺标准化:尽可能实现精益生产的少走动、不等待、无废料。②模块预先组装,总装线上只安装模块:按SKD剥离模型100%剥离,剥离模块不管是否模块供货必须预先组装。③总装线组装过程中无检验:模块供货要对模块提前检测,模块加工区要有模块检测标准及方案。④差异化模块放在生产线最后安装:个性化定制模块可配置,延迟组装差异化模块。
第二个主节点接口连接的指标有两个
①零件数优化>45%;②工时优化>50%。流程端到端闭环是,标杆对照/LOB分析【线平衡分析】→ DFA设计/ECRS【ECRS分析原则是指取消(Eliminate)合并(Combine)、调整顺序(Rearrange)、简化(Simplify)】
→ 改善项目落地。接口连接的根本原则就是接口标准化。第一个判定标准是接口组装简化:接口可接受不同产品,经历技术发展仍可使用,稳定性好。不同模块实体由相同接口连接。紧固件最少,无螺钉/无单独连接件;紧固件标准化、易组装。第二个判定标准是遵守DFA设计准则,产品组装简化:对产品进行容易化的优化设计。对模块进行易于装配的优化设计。
第三个主节点检测包装的指标也有两个
①少人或无人;②信息互联互通。流程端到端闭环是,标杆对照 → 形成方案 → 立项合同 → 采购实施落地。检测的根本原则就是全流程所有设备和仪器尽可能自动化和智能化:模块检测自动化、产品试验自动化、过程检测自动化、抽样检测自动化、质量控制数字化、检测信息互联互通、实时检测追溯。包装自动化主要指,自动打包/封箱/入库、透明包装、可循环回收包装等。
模块化设计的目标就是三个下降
①物料数下降;②设计工时下降;③连接件下降。
模块化设计第一个关键要素是创建产品模块化架构
模块划分过程完整;模块有对应的设计参数;有个性化定制模块的设计参数。
模块化设计第二个关键要素是创建模块接口标准
模块符合独立性、互换性、通用性;预留模块商设计接口;模块实体优化数尽可能超过50%;模块划分要细化到功能模块和SKD模块。
模块化设计第三个关键要素是执行DFx设计规范
【DFx是Design for X的简称,是指面向产品生命
周期的设计,这里X指产品生命周期中的任一环节】
系统原则:减少装配件;搬运原则:使零部件易搬运取放;插装原则:使零部件易插装;连接原则:使零件更容易连接。
模块化设计第四个关键要素是创建模块配置器
明确模块间的配置关系;配置关系最好在PLM【Product Lifecycle Management:产品全生命周期管理】流程中管理;最好在系统中实现个性化产品的配置。
模块化采购的目标有五个
①模块商资源100%满足需求;②模块商必须参加前端设计;③模块成本每年优化至少5%;④模块商响应周期;⑤模块品质小于多少ppm【百万分之几就叫做几个PPM,衡量质量的指标】。
模块化采购第一个关键要素:模块商参与前端设计
每年定期进行模块商策略优化和能力提升,使模块商具备与用户、与模块商交互的能力,使模块商具备协同设计能力,使模块商具备质量保障能力。建立模块商评价机制。
模块化设计的第二个关键要素是模块商的成套
供货/SKD供货
厂内模块商必须具有自动省人化能力;自身资源专注于具有核心竞争力的模块;不断优化的供应商网络布局。
模块化采购的第三个关键要素是供应商布局
第一、总装线边供货模块商应具备先进的生产组织能力和SKD整合再设计能力,具备时序物料运维需求;第二、厂内(自制)模块供货商应有自动化设备,有标准化包装运输方式,可长期合作;第三、园区内模块供货商:应有自动化设备,有标准化包装运输方式,具备分时供货能力;第四、园区内大件模块供货商应具备自动化设备工装器具,有标准化包装运输方式,运输距离小于多少KM;第五、VMI模块供货模应是国际化物流企业,有为大中型企业提供仓储服务的能力,有标准化包装运输方式,满足按时序配送及循环取货的需求。
1. 所谓模块化驱动自动化,主要是根据模块是否可变,还是不变来确定自动化的可行性。技术发展速度快和设计变更频繁的都是可变模块,而可变模块的自动化投入要慎之又慎。主要原因是,技术发展速度快,自动化设备投入就要一再换代,设计变更频繁就可能导致自动化设备难以沿用。例如,装配自动化设备投入与否的判定原则就是,首先看相邻模块是否可变,可变则机会小;不可变则机会大。
2. 一般情况,沿用原有设计应实施自动化,可使用专用设备,大规模进行自动化改善;开发共用零组件,可使用自动化设备,但需考虑产品换代问题;品质检测应尽可能导入自动化检测设备。
3. 如果技术规格不同,要选择性实施自动化。如果技术规格及模块规划蓝图明确,可据此使用自动化设备,但通常难度会升高。如果产品风格不同,也要选择性实施自动化。因风格变化随市场喜好波动,如果可以明确界定风格变化的范围和程度,就可以选择性实施自动化。
4. 模块化驱动自动化,还要根据接口是否可变,还是不变来确定自动化的可行性。接口可变则自动化投资要慎重,不可变则鼓励自动化投资。而可变的模块与接口则要倒逼研发再优化。
5. 一旦确定自动化投资可行性,参照标杆企业的经验,就要采用自动化投资项目六步骤模型进行:①自动化可行性研究;②自动化需求和规格定义;③产品、工艺、设备的设计;④工厂、设备、工艺、工装的详细设计和投资;⑤试生产、验收;⑥量产、提升产能。
6. 设备自动化一般分为五类:①通用单机:投资风险小,应尽快实施,最好是打包寻源,打包招标;②专用单机:必须有总体供应链规划,制造方案定义及制造流程、工艺及物流架构,必须有制造工艺流程验收计划、样机和小批量制造计划;总生产线架构;设备验收报告等。③模块加工和 ④总装自动化:慎重投入,研发设计部门必须参与,自动化设备供应商应该参与,同时倒逼市场订单,实现设备满负荷。⑤物流自动化。
7. 模块化+自动化驱动的省人化,其基本逻辑是,先确定模块优化,之后确定接口优化,之后确定自动化,最终确定每个工位能省多少人。可以看一个具体案例:假定压缩机模块的优化:优化方案是,附件与压机总成;压机与电源线3个端子改为1个接插件;压机与箱体线4个端子改为1个接插件等。基于压缩机模块的优化,自动化方案为:自动上压机底板和自动压机预装。压缩机模块化+自动化优化后,秒节拍提升到10秒,模块化省人3人,自动化省人4人。
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