工業(yè)4.0是精益的自然延伸，而“工業(yè)4.0”這個術語比較新，但“信息-物理系統(tǒng)(CPS)”的探索由來已久。
鑒于大量文章關于工業(yè)4.0,IIOT(工業(yè)物聯(lián)網),云計算,人工智能,機器學習,數字孿生, 機器人過程自動化等的話題,大量的公司如雨后春筍般向你出售專門的軟件或服務及設備，個別工具可能很容易應用。請注意，這些東西不會成為優(yōu)化的點，加速生產流程的一個功能并不會提高系統(tǒng)輸出，除非它是瓶頸流程。
要認識到信息-物理系統(tǒng)(CPS)在制造業(yè)中的潛力，一個簡單的方法是觀察出租車行業(yè)的轉型。當你需要一輛出租車時，我們認為有很多障礙是理所當然的。一個城市的某些地區(qū)有足夠的出租車漫游，你可以從路邊叫一輛。另一個選擇是找到一個電話(附在墻上或電話亭),找到一個電話簿，或者使用過谷歌找到一個電話號碼,在電話簿里尋找出租車服務的號碼,撥號,等待一個答案,告訴調度員你在哪里和你想去的地方。調度將找到一個開出租車要送到你的地址(準備好等待30分鐘),你會確認位置,他們將開始計費(費用是基于英里和時間,曾經是更多因素),當你到達時候，你將根據計價器付費。我們只是把每一步動作當作體系的一部分。
比較舊的出租車方法(所有步驟)和今天的選擇。你拿出你的智能手機，打開叫車應用，輸入你想去的地點，然后接受提供的價格。在許多應用程序中，你可以看到出租車的當前位置和預計到達時間。
現在，想象一下如何在生產過程中轉換所有必要的通溝通。如果你知道所有的材料在任何時候的確切位置，你能做什么?如果任務可以在后臺自動完成，您可以消除哪些障礙?要開始將轉換集成到現有系統(tǒng)中，有幾個先決條件。
豐田創(chuàng)建了一個“溝通和信息流”圖表，繪制在工廠和供應商之間以及物料流動之間信息。這后來被改編成“價值流圖”(VSM)，它集中于工廠內的步驟，并顯示與供應商和客戶的鏈接。您可能已經確定了一些材料和信息流，但是VSM缺少位置數據和數據格式。
數字化先決條件(工業(yè)4.0)
定義的位置
早期工業(yè)4.0應用中影響最大的是物流。雖然優(yōu)化和調度算法已經存在多年，但如果將它們與地理位置相結合，則可以實現顯著的節(jié)省。追溯系統(tǒng)作為通行證轉換點已經存在多年。您可能在等待重要的交付時使用過它。你輸入一個獨特的跟蹤號碼，系統(tǒng)就會告訴你它最后被看到的地方……不是實時的，但比不知道要好。
許多物流解決方案使用GPS(全球定位衛(wèi)星)來定義3米(約10英尺)內的位置。雖然這適用于移動貨物，但GPS不夠精確，無法用于生產區(qū)域的內部位置跟蹤。如果你已經做了一些精益，你可能已經做了一些5S和噴涂為位置編號來指示出材料和機器的位置。高級使用將有“定義停車”指定。這可能是位置的唯一編碼。
在生產操作中，定義所有材料的位置、半成品的位置和成品的存儲位置是基本的起點。大多數工廠對生產層(以及需要的樓層)和倉庫中額外的貨架位置使用網格格式。知道東西在哪里是數字化的基本需要。先畫一張設施圖，然后覆蓋工作地點。
裝卸地點(碼頭)被編號并分配給特定的訂單或裝運。為了減少?？繒r間，一種選擇是定義排隊位置來加載或卸載。當您有一個正常運行的準時系統(tǒng)時，生產系統(tǒng)將根據接收或交付時間來決定排隊位置。
路由-工作順序
既然您已經定義了具體的工作活動是在哪里完成的，材料是存儲在哪里的，等等?，F在是時候映射每個SKU的工作序列了(Stock Keeping Unit—您應該為您生產多種多樣的每個產品設定一個惟一的編號)。定義了路由之后，您就知道了材料從開始到結束的路徑。
路由是一種擴展，它知道在哪里，工作在哪里完成，材料從哪里來，成品去哪里(或分裝)。每個產品都有一個惟一的工作完成順序(路由)。許多人會有共同的基因序列，我們可以把這些基因組合起來，并給它們貼上“家族”的標簽。這些可以鏈接到材料流動位置的數據庫。
精益認識到，類似的路由可以組合起來簡化布局。
定義在何處使用、度量或創(chuàng)建信息
可以是零件編號、零件數量、參數值、機器性能等。第一步是定義在何處創(chuàng)建或使用有用的信息，然后在何處需要這些信息。不要將此限制在經理和支持人員需要的范圍內，確保您了解生產人員需要什么才能做出正確的決策。使用您的路由映射來定義哪里需要、使用和創(chuàng)建信息。確定哪些地方的數據不可用，一但需要這些數據，確定使用或創(chuàng)建的數據格式。
一旦你可以定義信息源和需求，將它們覆蓋到你的路由圖上。你現在知道你需要在你的數字系統(tǒng)的“輸入/輸出”。
最低的信息級別是部件消耗、成品創(chuàng)建和關鍵質量數據(帶有位置)。規(guī)劃和銷售可以告訴你哪些信息對他們做決策是有用的。質量可以告訴您要監(jiān)視的關鍵流程和通過/失敗值。生產可以告訴你需要定期裝運完成貨物(或分裝)的速度。
定義在每一步做出實際決策所需的最小信息。這包括對生產的支持功能。第一步是了解需要哪些信息以及可以在何處創(chuàng)建這些信息。然后，您可以確定缺少的環(huán)節(jié)，并采取步驟來彌補差距。
最初的目標是實時跟蹤生產過程。您將了解現有的材料、在制品和成品庫存。有了這些事實，你就可以開始訂購了，分配運輸標簽的一般產品，因為他們是包裝在最后一步。每個生產區(qū)域在流程序列的開始和結束階段都需要一些數據功能。
典型的工廠將有許多不同的數字系統(tǒng)，從ERP/MRP/MES等到PLC的運行自動化，再到一般的傳感器。高層次的障礙是不同數字格式之間的通信。標準的解決方案是找到或創(chuàng)建一個API(應用程序編程接口)來在不同格式之間共享數據。標準化數據生成端可以減少與主系統(tǒng)交互所需的API數量。在將遺留系統(tǒng)連接在一起時，您的選擇可能會受到限制。
基本級別的障礙是選擇如何捕獲數據。有些機器已經有了傳感器，可以將數據輸入主系統(tǒng)。其他方面可能要求您在如何捕獲和傳輸數據方面具有創(chuàng)造性。例如，什么時候計算完成的產品?你是在分裝箱的包裝機上清點數量，還是在分裝箱的輸送帶上清點數量?
定義誰需要什么信息，以及你將如何向他們提供實時信息。在技術方面，一些有魄力的公司正在使用智能手機、手表和平板電腦進行數據采集，并通過WI-FI將數據發(fā)送到一個中央程序。
工業(yè)4.0的價值在于擁有實時可用的事實信息來做出決策。
不要急于自動化
計算機行業(yè)有句老話:“輸入的是垃圾，輸出的也一定是垃圾”……匆忙地自動化過程而不改進它們，只會通過隱藏它們而使糟糕的過程更加糟糕。
大野耐一的豐田生產系統(tǒng)的主要目標是創(chuàng)造流動。他認識到您必須擁有強壯的流程和設計，以確保每一步都能100%地工作。
看板規(guī)則#1:不要將有缺陷的產品發(fā)送到下一個工序。標準的工作是建立在質量上的結構。用工作指導來定義你對每個任務的期望，為標準工作打下基礎。
看板系統(tǒng)的目標是創(chuàng)建一個將斷開連接的流程連接在一起的虛擬傳輸器。數字化可以方便地消除實物卡，通知上游工序生產。有關看板系統(tǒng)的更多信息，請閱讀TPS手冊。
觀察每個任務并定義實現零缺陷的期望結果所需的關鍵點的結果之一是看到許多改進過程的機會。只有真正理解了工作內容，才能有效地改進流程。
豐田有一套關于使用自動化的指導方針。是在你完成了基本操作并手動地掌握了任務之后。
第一步:手動驅動，以人力換取機械動力。
第二步:手動進給到動力進給-這是更適用于車床和銑床，但也可以在沖壓看到。
第三步:自動停止，然后返回開始——這是你讓機器做一個循環(huán)，然后回到它的起點，為下一個部分做準備。
第四步:自動卸載 —— 一旦循環(huán)完成，將一個部件彈出或移除是最容易添加到庫存的自動化操作。
第五步:自動加載——這是第一個更高層次的復雜性……要求將零件定位送至機器，并將其正確放置到夾具、夾具、卡盤或其他零件夾具中，使其具有足夠的精度，以滿足生產要求(速度)和質量。
第六步:自動問題檢測——實際上有兩個層次;在產生缺陷后進行檢測，并檢測產生缺陷的可能性很高的條件。有一個不成文的期望，如果有缺陷的部分或條件存在，機器將停止。這一步的設計是為了消除機器的初始設定。(這個步驟是Jidoka的一部分，也就是豐田汽車的自主控制支柱。)
第七步:自動運輸——這應該是最后一步;將一系列的自動化機器連接在一起，在不需要人工干預的情況下，通過多臺機器完成生產順序。有一種趨勢是，在一系列的機器有能力檢測它們自己的問題或產生高水平的加工能力之前，它們會先連接起來。
自動化是工廠數字化的一個步驟
自主就是“給自動化增加一個大腦和一個心臟”。
如果你已經有一臺機器來做這項工作，但必須有一個操作員來照看(保姆)，以確保它工作正常，不會損壞(自身或工作)。
自主的第一步是添加安全功能，它可以檢測操作員可能發(fā)現的相同故障并停止機器。
第二步是了解每次破損的原因和方式，然后識別導致破損的非標準因素，并開發(fā)傳感器，在破損發(fā)生前停止機器，或移除產生破損的材料，使機器繼續(xù)運轉。這是把大腦植入機器。
第三步是給它一個心臟，或傳感能力，這就變成了一個動態(tài)的100%的工作檢查過程(最短的反饋回路將在工作過程中進行測量)。
具有感知能力可以創(chuàng)建數據。您的選擇是這些信息對于后續(xù)步驟或后續(xù)決策是否有用，以及數據以何種形式有用。
精益轉型的一部分就是讓所有的東西都在它的位置上，所有的東西都放在一個地方，避免浪費時間到處尋找東西或信息。與叫車應用一樣，數字化可以減少在生產環(huán)境中了解事物位置和數量的障礙。把它作為一個額外的工具，幫助你根據事實做出正確的決定，而不是去猜測或尋找材料或信息。
做這些基礎工作將發(fā)現許多需要解決的問題(機會)，以從您的數字化工作中獲得全部價值。這并不是實現工業(yè)4.0的路線圖，它的目的是指出如何構建基本結構來開始利用數字工具。
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數字化要一盤棋更要各自為戰(zhàn)
