数字化系统MES、WMS、APS等如何让智能制造轻量化

随着技术的不断发展，虽然制造模式发生了演变，制造能力和制造工艺有了很大的提高，但不可否认的是整个制造过程变得臃肿。

一方面，由于制造能力的提高，企业接受订单的数量逐渐增加，但各种问题也随之而来，如物流不畅，物料供应得不到及时保证，生产计划越来越复杂，调度困难，全部库存难以转移和发送，等等。另一方面，随着制造要求越来越高，制造过程变得更加多样化和专业化，这导致对人员的要求更加苛刻。要么是工作内容不断增加变得繁重，要么是专业知识不断更新，难以接受学习和创新。

这也导致制造企业在生产执行过程中，很难找到专业的技术人员来支持产品的生产和迭代创新，或者拉长员工的工作时间来满足生产效率，导致招工难，人力资源成本臃肿。

在国际上，很多制造企业已经逐渐形成了完整的数字化建设，但是在数字化向智能化转型的过程中仍然存在很多“壁垒”。因此，如何选择适合自身企业发展的数字化、智能化转型模式，让制造真正变得“简洁”，让数字智能真正变得“可用”，是企业在进行产业转型时应该重点关注的。

“轻量化”制造的概念和特征

“轻量级”的概念源于赛车运动。赛车运动轻量化是在保证性能稳定和提高的基础上，尽可能节能地设计所有总成部件(例如降低汽车整备质量)，从而不断优化车型谱，提高汽车动力，降低油耗，减少尾气污染。

现在，“轻量化”是年轻时代流行的概念。说到“轻量化”，大众的第一反应是“轻量化办公”。

轻松的办公室工作有两种具体形式。一种是轻工作，即无纸化、远程化。它强调在线信息交流的高效性、准确性和及时性，能够满足用户对简单操作和复杂应用的需求。另一种是工作设备的轻量化，即工作不再需要传统的办公设备，如台式电脑、日历、堆叠文件、各种设备转换线、硬盘、接口等。员工只需要携带一台轻薄的移动设备和少量的无线外设，就可以完成一系列复杂的工作内容。

有意思的是，因为企业的数字化转型，“轻量化办公”的概念也应运而生。

映射到制造业，所谓“轻量化”的制造业应该包括几个特征:

(1)制造过程“轻量化”，生产执行顺畅，即可以建立快速、灵活的生产系统，可以对作业行为进行规划，对突发事件的响应和行为进行控制。

(2)数据信息“轻量级”。当然，制造业产生的数据信息不能减少，但可以让它们在流动性上“灵活”，不至于在传输过程中出现卡顿或延迟，从而避免信息孤岛。

(3)设备材料“轻量化”，硬件减少。制造企业在减少固定资产和材料储备的同时，可以节约大量的制造成本。

(4)通过给员工“减负”，释放他们的工作压力，提高他们的工作效率，帮助和指导他们的学习，他们可以从“消耗品”变成“资源”，使他们能够灵活适应各种工作岗位，从而节省企业的人力成本。

这些特点可能略显抽象，所以下面用制造业从业者熟悉的“精益制造”概念来具体举例说明。

精益制造和轻量化

轻量级选手

精益制造的原型是日本丰田汽车公司创造的丰田生产方式。它强调“社会需求”为动力，“人”为中心，“简化”为手段，“技术”为支撑。它主张淘汰一切不产生附加值的活动和资源，从系统的角度合理组合企业中的各项职能，以最少的资源和最低的成本为顾客提供高质量的产品和服务，使企业获得最大的利润和最佳的适应性。

在扩展构造法中，精益制造被描述为一幅以精益制造(LP)为屋顶，以准时制(JIT)、成组技术(GT)、全面质量管理(TQM)为支柱，以并行工程(CE)和团队工作为基础的建筑图景。

回到最开始，丰田的生产方式强调成本。只有降低成本，才能增加利润。基于此，丰田重点关注“人、库存、生产集群”三要素。

在丰田的设想中，公司的生产人员应该是多技能的。等待材料时，工作人员会参与其他流程。等材料的时候，会有其他工作人员过来帮忙生产。这就产生了一个问题，一个生产员工如何快速上手相应流程的操作。那么可以提出以下解决方案。

如果有现成的操作手册，并且所有操作人员都可以随时共享阅读，是否意味着所有操作人员都可以操作所有流程？这样是不是节省了很大一部分员工成本？这是其中之一。

其次，当工作人员熟悉了产品生产的所有操作后，是否可以随意安排和组织多个生产团队，实现多团队同时生产的柔性制造和并行制造？这样是否节省了生产周期，使生产周期可调，可以进一步优化生产周期？

第三，当所有制造员工都知道工艺流程、工艺操作、产品参数和配置方法时，是否意味着所有制造员工都可以进行研究，被引导成为“专家”，甚至提出产品质量改进和工艺创新的方法？

第四，当员工只需要输入工艺流程，其他制造执行步骤全部交给人工智能和机器人来完成，是否意味着一个员工就可以控制整个产品生产链？工作压力的减轻是否意味着员工工作效率的提高，人力资源和人员成本的问题是否意味着解决？

同样，考虑到库存，丰田认为产品的利润来源于“售价-成本”。在市场竞争压力大，售价无法压缩的情况下，只有降低成本才是增加利润的办法。重要的成本在于“降低库存”。理想情况下，库存为零。于是提出了“准时制(JIT)”的思想，即“当我需要它的时候，它就会出现，而当我不需要它的时候，它还没有产生。”

如何变现是库存端的问题。如果企业有一套系统，可以实时获取生产端的需求，当生产端想要生产一个零件或产品的“想法”产生时，库存端可以知晓，甚至在没有反应的情况下，在短时间内将物料送到生产端，从而达到像大江大河一样“川流不息”的效果。这种“JIT”能形成吗？考虑到可以实现的现实，当企业制定好生产计划，生产端的需求即将得到满足，但还没有确定的需求时，库存端会根据生产计划了解需求，把物料送到生产端。

上述“无反应时间”的情况能否实现？当然，这涉及到很多其他的问题，比如如何根据计划快速找到对应的存储物料，如何让存储的物料快速的从仓库里出来，是否可以建立一个仓库，而不是让物料“随时可用”？这些不断的提问，才能不断接近“0库存”的目标。

总而言之，所有的体系构建方式都是为了达到“0库存”的目标，没有库存就不会臃肿，也就是“轻量化”。

最后说说丰田的生产集群。丰田的总部位于日本丰田市。然而，32年前的昭和，丰田市因养蚕而被命名为“巨木市”，是明治时代的一个小镇。由于20世纪日本丝绸业的衰落，这座城市陷入了经济崩溃的巨大深渊。因为丰田汽车公司的成立和丰田带动的产业集群，巨木城被打造成为现代化的大都市“丰田城”。

值得一提的是，丰田只负责汽车的组装，大部分汽车零部件由丰田总部周边的二级或三级公司生产。如果不需要自己生产零件，就不需要零件库存，也不需要专业的制造设备。

依托日本独特的人文条件，丰田构建了一套以丰田为中心，其他零配件供应商以二级、三级形式向外扩张的“年轮”产业集群结构，并能做到及时联系和供应。这样做的好处是减少了应该由丰田承担的风险，而且可以利益共享，形成稳定的合作关系。同时可以实现“远洋运输公司”之间的良性竞争，提高产品质量。

但是，这种方式是丰田独有的。比如中国幅员辽阔，每个城市都有自己的产业规划。很难像丰田那样形成一个稳固的、完整的、高度集群化的产业集群，很多供需双方无法瞬间形成稳固的合作关系。

那么，是否可以有一个系统，可以紧密联系上游供应商、中游厂商、下游经销商，形成一个虚拟的“丰田城”，实现风险共担、利益共享，让大家都减负呢？答案是肯定的。

▲丰田公司的供应商

从以上丰田汽车公司关注的精益生产三点来看，假设企业“轻量化”中的数字化、智能化系统的一些解决方案，有些还在研究阶段，有些已经用数字化系统解决了，有些离完全解决还有一段距离。

以上假设涉及MES、APS、WMS、QMS、SRM、CRM、IOT等数字化系统。但是，有一点是上述讨论中没有涉及到的，那就是“信息的‘轻量’”，也就是信息的“移动性和灵活性”。为了实现制造企业的“轻量化”，应该使用这些系统。然而，系统之间的集成以及数据的交换和转换并不容易。

此外，考虑到智能中涉及的人工智能技术，系统间灵活数据交换的特性也是重中之重。如何实现系统间的兼容也是数字化向智能化过程中迫切需要解决的重要问题。