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2020年2月5日 星期三

What is Manufacturing Quality 
for Industry 4.0?

0935-970-603 施正偉

源:质量管理心得 作者:质量牛  

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隨著工業製造的越來越智慧化,很多新事物在傳統的工業製造當中出現的越來越多,比如大數據、人工智慧、機器人、工業雲平台等等。

作為身在傳統行業中的我們,是否能夠即時的調整自己的行為,來適應不斷變化的環境呢

我們從汽車工業製造的發展說起,之所以提到汽車工業,因為可以將其視作工業發展的一個代表。雖然說我們可以從工業革命開始,但是畢竟涵蓋範圍太大,我們姑且縮小一些來看。

汽車工業不得不說是當今世界上規模最大的製造業集群,那麼汽車行業的發展,也間接代表了工業發展的進步。回顧一個世紀以來汽車行業的發展歷史,如果我們簡單的記住幾個時刻,那麼他們一定是:

1913年,福特汽車開始使用流水線,T型車引領了一個時代。

20世紀80年代開始,豐田汽車採用精益生產的方式,成功的超越一眾老牌廠商成為世界第一。

2003年,特斯拉汽車開創電動新能源車的新時代。並且帶領全球的汽車行業向新能源方向發展。

這些時刻,即便是敘述起來,也帶著怦然心動的感覺。作為品質人,我們也可以從中看到品質管理的發展歷史。

流水線時代的品質管理

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流水線的發展,帶來了生產效率的大規模提高。在流水線上的品質控制,關鍵在於工藝步驟的詳細分解,並且形成完善的 SOP,即標準化作業流程 。為了提高效率並且降低廢品率,各種文件的規定務必要詳細無比。

因為唯有這樣,才能成功的將生產線上的工人,完全當成是機器人使用。標準化的動作規範,詳細的時間要求,程序化的思維,整合了這些,才能保證流水線的高速有效運轉。

老福特說過一句話:「我要的是一雙手,為什麼卻來了一個人。」

為了達成這個目的,當時的品質人員的工作重心,就是將標準化工作進行到底。不僅是 SOP,包括工廠內的任何流程,能夠文件化的就寫成文件固化下來。

如果大家學習過 ISO9000 品質管理體系,1987 版和 1994 版的要求就會明白這個道理。舉例來說,在 1994 版的品質體系當中,有 14 項需要「形成文件的程序」要求。

也就是說,體系嚴格的規定了企業,在哪些方面需要形成書面的文件規定。這也是在當時的生產水準條件下,品質管理的方法所形成的固有思想。

雖然 1913 年福特的流水線就建立成功了,但是直到 1994 年的國際品質體系標準才形成規範。也就是說流水線發展了 80 年,才讓全世界對這種生產方式,真正認可並且推廣開來。

隨後的發展過程開始加快了,正如人類發展的腳步,開始以指數級的速度增加。

豐田生產方式的精益品質管理

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1950年,日本的豐田英二考察了美國底特律的福特公司的轎車廠。當時這個廠每個月能生產 9000 輛轎車,比日本豐田公司一年的產量還要多。但豐田在他的考察報告中卻寫道:「那裡的生產體制,還有改進的可能」。

正是這個改進的可能 ,以及後續豐田幾代汽車人的不懈努力,80 年代開始,豐田精益生產方式開始成形。精益生產教會我們追求零庫存,快速反應,消除浪費並且以人為本。為了達成這些目標,我們開始接觸到許多豐田汽車的新詞彙 -- Kaizen、Kanban、Muda、 JIT、 One Piece Flow, ……

當豐田生產方式開始發揮出它的巨大力量時候,豐田汽車公司就開始了它的飛速發展。1957 年,豐田剛把汽車賣到美國市場,1984 年,豐田汽車已經開始在美國建造工廠,到 2008 年,已經超越當時的全球第一汽車公司通用汽車,而成為了新的世界第一。

這也引起了一股全球學習豐田生產方式 (Toyata Production System) 的熱潮。作為品質管理人員,我們從中學到了什麼呢

首先,標準化的作用是不言而喻的,但標準化並不是一種限制和束縛 ,而是將企業中最優秀的做法固定下來,使得不同的人來做都可以做得最好,發揮最大成效和效率。而且,標準化也不是僵化、一成不變的,標準需要不斷地創新和改進。

然後,關注流程,消除流程中的不增值行為,創建無間斷流程以快速應變。 改造流程、提高品質,才能夠達到降低庫存的目的。如何提高品質的方法則,是克勞士比的「一次就把事情做對」(Do It Right The First Time)。

接下來,在豐田公司,員工實行自主管理,在組織的職責範圍內自行其是,不必擔心因工作上的失誤而受到懲罰。 出錯一定有其內在的原因,只要找到原因施以對策,下次就不會出現了。所以說,精益的企業雇傭的是"一整個人",不精益的企業只雇傭了員工的"一雙手"。並且在精益企業中,靈活的團隊工作,已經變成了一種最常見的組織形式,有時候同一個人同時分屬於不同的團隊,負責完成不同的任務。

從以上的描述中我們已經看出,豐田生產方式對於流水線方式的改善與進步。隨後全球掀起了一股,學習豐田生產方式的熱潮,這也同時帶來了品質管理思想的進步。

馬上,國際標準組織也做出了反應,品質標準也要跟上時代的步伐,2000 年 ISO9000 再次改版。這次的變化雖然大,但是仍然處於改良階段。為什麼這麼說仍然舉上一個例子,「形成文件的程序」要求,從 14 個改為了 6 個,這給了企業更大的自由度,來決定自己的標準應該怎麼寫,需要寫什麼,而不是教條主義的給予一個硬性規定。其他方面的要求也盡可能向著釋放束縛,發展和發揮人員自身的能動性,符合企業的各種狀況的方向轉變。

這樣的改變,也使得 ISO9000 成為了各個行業,都能夠應用的品質國際標準,從此,包括銀行、政府、服務業等等,都開始紛紛認證 ISO9001 標準。上次到新華書店買書,一進門就看到「品質方針」四個大字買了一箱水果,包裝箱上也印著,本企業已經通過 ISO9001 國際品質體系認證的字樣。

自動化和智慧製造環境下的品質管理
進入到了 21 世紀,在 2013 年 4 月的漢諾威工業博覽會上,德國政府正式提出「工業 4.0」策略,這是德國試圖以高科技,帶動工業生產發展的國家策略,而不是國際標準。

隨後許多國家都發表了,類似的綱領性文件,只不過各有不同的提法,如美國的「先進製造業國家策略計劃」、日本的「科技工業聯盟」、英國的「工業2050策略」和中國的「中國製造2025」等等。

工業4.0的主要特徵,就是綜合利用第一次和第二次工業革命創造的「實體系統」,和第三次工業革命帶來的日益完備的「資訊系統」,透過兩者的融合,實現智慧化生產。

智慧工廠 ,重點研究智慧化生產系統及過程,以及網路化分布式生產設施的實現

智慧生產 ,主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動,以及 3D 技術在工業生產過程中的應用等

智慧物流 ,主要透過互聯網、物聯網、物流網,整合物流資源,充分發揮現有物流資源供應方的效率,而需求方,則能夠快速獲得服務匹配,得到物流支持。

讓我們回到現實來看看智慧製造的應用情況。

許多大公司已經上線了 ERP 系統來進行企業管理,比如 SAP 或者 Oracle。但是 ERP 系統中的品質管理模組,並不是很好用,筆者有幸兩個軟體都接觸過,感覺很多還是需要手工操作來進行調整。現有的品質管理方法,應該更多的和行動網路進行結合。運用一切可以運用的新技術、新方法進行智慧製造品質管理。

比如無線射頻辨識技術 RFID、二維碼、條碼,用於產品的標識與追溯。

比如在線數據收集表,行動文檔,用於質量記錄的收集與整理。

比如行動雲端平台,進行即時大數據處理,將滯後的品質數據,變成直觀可見的趨勢。

智慧已來,品質並不是無憂無慮。

舉例來說,雖然公司上了 SAP 或者 Oracle 系統,對於品質方面的檢查,並沒有即時有效的回饋到生產過程中。並且由於 ERP 系統和生產製造,存在一定程度的脫節,這也是為什麼要發展 MES 生產執行系統的原因。而今,如果 ERP 和 MES 都已經執行到位,品質控制該如何做怎麼做

將品質控制內建到 MES 系統中。 MES 關注更多的,在於將 ERP 系統中的生產計劃,變成生產可執行的動作。但是品質控制的動作,在 MES 系統中仍然非常困難。原因在於

品質檢查有一定的滯後性。品質檢查需要在流水線上取樣,送到實驗室使用專門的儀器檢測,然後才能將結果輸入系統中。而生產線此時是沒有停下來等待檢測結果的。

這樣就造成了一旦產品的檢測數據出了問題,就需要對於已經生產的產品進行追溯。而這樣的追溯行為,由於受到系統不能夠靈活操作的影響,往往還是手工佈置追溯任務,然後再手工調整系統。如此以來,帶來的系統混亂更是無法解釋的了。

品質檢查的判斷標準不明確。有些檢查項目為主觀項目,比如外觀等,無法有效的輸入系統,或者說是制訂相應的標準。這樣一來,導致系統或者是檢測設備不能做到有效的檢測,也就難以形成自動化的生產。

針對這些情況,需要採用新的方法才能解決。

對於品質異常,系統需要智慧判斷需要追溯的範圍。 可以在生產線上佈置在線上的檢測設備,並且在系統中設置異常追溯的規則。比如在線檢測設備的檢測,間隔時間是 2 小時,那麼出現異常的產品,就應該追溯到上一個檢測合格的產品為止,也就是兩個小時內的產品。

同時,系統採取物理隔離措施,將 2 小時內的產品隔離到另外一個區域。還有,智慧系統需要馬上停機運行故障診斷程序,如果是系統軟體能夠解決的問題,則系統重置軟體,迅速解決並重新開機運行。

如果是系統不能自行解決的硬體問題,則系統呼叫設備維護機器人,對常見問題比如更換易損配件等,予以解決。問題若大到設備維護機器人也解決不了,那會即時發出警報信號,觸發安燈系統,然後由維修工程師到現場解決。

對於不容易檢查的檢測項目,比如外觀項目,可以將標準圖片輸入系統,讓智慧圖像系統進行判斷。圖像系統需要進行不斷學習與優化,能夠處理複雜的主觀檢測項目。

這些是檢測技術需要解決的辦法,其實還有一個更大的問題。

機器人能夠做檢測分析了,還需要品質人員嗎

回答是當然需要

系統的功能,包括人工智慧的算法,都是人類給予的,也可以說是人類的執行力的體現。只不過一些低端的工作,比如現場的檢驗人員,可能是不需要了。但品質規則的設置,問題的處理方法,突發事件的處理等等,都需要專業的品質人員先進行設計,然後在系統和人工智慧中實現。

這就對於品質管理人員的要求更加嚴格了,因為我們不能像以前一樣,從學校畢業進入企業,花費大量的時間,在基層摸爬滾打來熟悉和掌握專業知識。一但智慧化的系統已經成熟應用,剛進入職場的新人,就要迅速開始進入控制,和管理的核心角色,指揮系統並且改良系統了。

可是回想一下過去,每次革命性的進步,都會帶來人類分工的變化。車輪發明瞭以後,很多人力搬運的人沒工作了; 蒸汽機發明出來,很多事情都由機器替代電力系統發展後,替代人的工作越來越多,更不要說自動化系統來了後的情況了。

人類能夠良好的適應環境的變化,智慧時代的到來,只是將人類的分工變了個模樣。我們要做的是持續的學習和發展自己的能力,做到在形勢轉變下的自我轉變,才能夠不被時代淘汰。

轉念想想,

為什麼各個時代都需要品質管理
一、任何時代都會有不同的需求,人的需求帶來了工業的發展和進步。 福特、豐田和特斯拉汽車,都在滿足不同時代客戶的不同需求。而品質,正是在滿足客戶需求的路上,產生的一些變差。因此,品質管理人員就是要去採用成本最低的方式,來消除這些變差帶來的負面影響,最終實現客戶的需求。

二、工業的進步總是不能夠完全滿足客戶的要求。 人類的需求雖然看起來很簡單,但是透過產品來進行實現,卻還有很長的一段路要走。蘋果手機為什麼能異軍突起因為喬幫主提前定義了未來的需求。我們要用第一性原理思維,什麼是第一性原理思維

第一性原理思維是一種「追本溯源」的思考方式,萬事都要尋找到根本性問題,也可以叫本質思考法。

品質方面,第一性原理思維,是顧客只購買更好的產品和服務。

以此為中心來考慮問題,才能撥雲見日,看到事情的本來面目。

比如說豐田精益生產方式,對於傳統流水線的思考與改進,正體現了這一點。我們平常所做的工作,公司需要達到的目標,都是在為了不斷的滿足,日益成長的顧客要求而努力。

時代需要品質管理,也更需要更多的具有專業知識的品質管理人員。不管是過去還是未來,讓我們終身學習,做好品質管理

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