小产品大制造 工厂数字化转型的爬升

作者

林雪萍：南山工业书院发起人，北京联讯动力咨询公司总经理 

这貌似是一家平淡无奇的法国工厂，生产几类日常不起眼的产品：小开关、接触器、工业按钮和指示灯。这应该是国内制造商最擅长的场景。而这个工厂2019年总产值已达12亿元，人均产值近200万元。那么这样一个看上去似乎并没有高科技含量的产品，如何能在中国制造拼出核心竞争力？或许在这个工厂中，可以找到答案。

从拼装开始的工厂进化

法国企业似乎难免给人留下奢侈和豪华的印象。然而这家工厂，最早还真是拼凑出来的家当。2011年跟随西部大开发而落地武汉的时候，一切从简，生产线都是从外地搬迁过来的：微型断路器来自天津，接触器则来自上海。这些装备拆卸后，搬运过来重新组装。

这里的工厂，似乎从来没有把最先进的机器当成最重要的投资。

2012年施耐德电气武汉工厂在临时厂房开始量产，当年产值就达到5个亿，2013年底迁入新厂房，仍然保持连续几年的双位数增长，产能也一直在跳跃式的发展。可以说，这个工厂激发了最昂贵“工具”的活力，那就是激活了人的思想。全员改善思想贯彻到人，利用好一切合手的工具，从精益，到自动化，到数字精益，再到绿色智能制造，在循序渐进中，同样的机器，可以撬动复杂的效率因果。

一门难啃的生产体系

通常，中国工厂最熟悉的质量认证体系主要有ISO14000和ISO9000等。但这种体系其实只是一个基本门槛，只要按流程走，就相对容易实现。而如果想要在行业内胜出，仅靠这些ISO体系，是完全难以胜任的。

施耐德电气有一套绩效体系SPS，这可以说是企业为自己挖下一个坑。因为据称这是全球工厂最难通过的审核。这原本就是一套生产体系，类似丰田生产系统TPS。它由内部专家团队结合外部经验和多年实践，提炼出来的一套工厂绩效规范。

它内部设立专门的审核委员会，进行每年的体系升级和定期审核。达到了先进水平的工厂，可以每3年进行一次审核；而如果只达到入门级，则需要年年被审核。最高分为1200分，但目前全球最好的工厂也只是大约900分。这种将标准化工业体系，像英雄揭榜一样明镜高悬，为推动工厂全员参与改善，提升了暗自比拼的动力。武汉工厂在第一次审核就达到了697分，现在已经超过800分，它就像一个身高指示器，标定了持续增长的空间。

机器慢一下，等人跟上来

方圆之前，规矩先行。

在迁入更多生产线之后，这里的工厂并没有立刻开始自动化设备的升级。而是大张旗鼓地导入了绩效系统，让每个人都能够熟悉工业体系的含义。

只要有大的投入，机器效率可以呈现出指数级的提升；但人的认识，则只能适应线性地扩容。如果说自动化是对机器的效率提升，那么绩效体系就是对人的思想改造。而思想的改造，则是一个缓慢的过程。这是一个机器等人的过程。如果不考虑其他因素，分期投资生产线的效率，其实比一次性投资要低。但采用分阶段、循序渐进的自动化和智能化，其实就是为了让机器同步伴随人的成长。

在武汉工厂，当绩效系统引入完毕之后，大规模的自动化改造才开始跟上。

用工具、设备来改造人，其实是很难搞定的。打卡，就是一种简单粗暴饱受争议的约束。而简单粗暴的KPI，也会让人产生应对性和消极性的举措。只有用工业思想改造，用管理工具协助，才能有效发挥员工效率。不是唯工具论，而是用系统论，来看待一个工厂、一台机器、一个员工的最大产出，是一次系统工程科学的大会。

供应链弹性，体现在三级物流

如果去观察这个工厂的供应链弹性，那需要从微观尺度、看到大尺度，再到宏观社会的三个尺度，就会发现内部物流的及时性，外部物流的韧性，和全局物流的预判性。

内部物流的及时性。供应链弹性，在一个工厂内部，可以在物料的及时性和生产线的柔性能力。这里的物流系统，分为三种。第一种是水蜘蛛模式，满载而来空载而去。生产车间各工位触发物料需求信息时，系统自动计算出最优的取料顺序，发送到水蜘蛛的PDA终端，并在最短的时间内完成取料，送料到需求工位。第二种是AGV，满载而来满载而去。它通过磁条导航连接原物料仓库、生产车间和成品仓库，定时带来物料，并带走成品。第三种模式为智能AGV，灵活的物流精灵。它有自己独立的物料供求管理系统，通过WIFI和地面二维码矩阵来代替人力，完成半成品运送、补货管理等。而这背后，机器的互联也是重要的支撑因素，600多台工厂设备，全部进行了连接。这使得物料的补充，可以根据整个生产线的机器效率而进行的平衡计算。

在厂房的边上，仍然保留着一个早期断路器的旧生产线，这是根据法国的原有设计建造的。它采用了悬空导轨的物流输送方式，思路别有新意。这个“老古董”的存在，意味深长地表明：工厂持续改善的边界，是没有的。它也指引着工厂精益系统的改善者，将眼光从地面物流，转向高阶悬空物流。那是一个更为高阶的挑战。

供应链的外部韧性，同样值得考量。经过多年的发展，武汉工厂已实现了95%的原材料在中国采购。2020年疫情期间，从3月份开始启动复工复产，用了3周时间就实现了从启动到跑满程的运营，而经过两个月就达到满产。供应链保持了顽强的柔韧性，在极端条件下仍然保持张力。这种外部韧性，得益于日常良好的规划。武汉工厂80家供应商，其中有一半的采购金额在武汉周边，很多只有30公里的采购半径。一个工厂的智能制造的效率，其实有两个天花板，一个在内，一个在外。工厂的自动化水平很高，但如果上游的原料、零部件供应跟不上，工厂再快没有用；同样，如果生产的大量成品，形成库存积压无法及时运出去，也会造成巨大浪费。良好的供应链设计，需要内外兼顾。

只有这两点，对于一个国际化公司，仍然是不够的。供应链的弹性，在全球化分布的体系中，会呈现出不可预测的风险。就像炸药的引线和爆炸点，并不在于同一个地点，延迟会产生巨大的误判。

武汉工厂这里有一个运输控制塔，与全球的物流体系保持紧密的关联。它监控多个指标，对物流的流动性保持预警；与此同时，增加社会事件性的异常点的监控，例如巴黎航空员工罢工，会对全球200个工厂，产生何种干扰。这是在中央控制塔要去解决的问题。

通过三级物流体系，让车间各种来往的物料小车，连接到宏大的叙事画卷中，构建一个有弹性的供应链体系。

工厂运营，就是围绕着人的系统

这个工厂的成长性，呈现年轮性的回归。这个8年前落地的工厂，也有了一个不断成长与发展的历程，其精益生产的盘旋上升令人瞩目。精益是一个工厂的立足之本，是驱动业务流程的基本逻辑。精益在自动化之前，而自动化之后，数字化精益再次登场。

这里并没有传统MES软件，而是以精益数字化系统LDS的软件形式出现。这里的MES系统跟精益直接结合在一起。这里主要由四个模块组成，包括安灯、效率、自动排单、电子看板，其它辅导性内容则包括电子作业指导书等。指导书以前是手册，现在都是数字化内容，操作员在操作的时候，通过平板电脑，成为摆手就来的工具。

电子绩效模块，可以对线下工人，进行异常提醒，定制的手表可以直接接受安灯的信息。而通过机器顾问和自动化解决方案，员工可以随时随地通过手机了解到全厂200多台设备的状态；工艺人员能够实时监测振动、噪音、温度、主机电流，一旦出现异常，会立即响应。

这里，并没有令人意外的特殊模块。如果说特色，加强现场的能动性，则随时可见。大部分决策，都在现场边上，“站着”把问题解决。

与一般工厂到信息中心“中央大脑”不同，这里更加强调 “线边小脑”。这里的生产线并不复杂，有的6-8个工序就完成一件产品。每一条生产线旁边往往有两个显示屏，一个是生产执行的数据，一个是机器异常的数据。这样，每条生产线的能耗、良品率，和设备运行状态，都是一目了然。这样，让身边的人，简单明了地完成判断。现场开会，就地决策，不需要报表。让员工的注意力，更多围绕在生产上。

那么员工如何跟企业领导沟通？这里设置了一个五步循环信息流，使得一线工人的问题，直达总经理。这便是即时管理体系SIM（Short Interval Management），可以认为是“趁热打铁管理法”。残余问题参与下一个循环。它由一系列会议组成，形成了从下到上反映问题、从上到下承诺和支持并解决问题的流程。

作为SPS绩效管理的一部分，它跟生产管理系统TPS的最大差异，就是为了跟人沟通。从SIM1-SIM3都是车间级的问题，每天解决每天改善；而所有未解决的问题，不会超过五天，就会流转到SIM5最高管理层。而SIM3作为一个前后连通的环节，起到把管理者“拉到现场看问题”的作用。

 

图1  SIM5管理

（Source：施耐德电气内部资料）

 

围绕人的活力而建设工厂系统的思路，大大推动了工厂现场创新。比如小开关产品的测试线，就经历了这样一个三级跳的过程。最初都是从法国直接进口的。后来从法国购买图纸，团队与本地集成商一起进行设备制造。几年实战，团队可以自己设计自动生产线。而到了2010年，新产品全球同步上市，全球生产线的设计也要标准化。中国团队决定对冷却生产线的工站进行改造。法国原始设计是龙门式，产品被提升到空中，在设备顶端的传送带上进行冷却，然后落回来进行检测。这种设计是典型的三高：费用高、停机率高、维护频率高。而中国工业化团队自主研发了一款游轮式冷却线，费用降低58%，停机率和维护频率接近0。法国团队看到后，也采纳了这个设计。在中国工厂的现场火花，所激发的中国制造能力，完成了反向输出。

制造现场创造的价值不容忽视。索尼当年制造晶体管收音机的时候，生产率非常不稳定，良品率只有5%。工程师反复调整工艺，也不得其法。最后还是一位女工凭借天分和恒心，仔细检查了所有的工序，才找出产品缺陷的原因：锑元素恶化了成品率。后来改换成磷之后，索尼的晶体管收音机大获成功。车间现场，总是充满了意外的蓬勃活力。

成熟只是下一个开始的跳板。当施耐德电气于2012年在武汉建厂之后，初期设备调试，要靠东部成熟工厂的支持。但随着团队的不断成长，武汉工厂也开始挑战那些已经成熟的生产线，最后生产线的速率再次提升达到15%。中国的工厂众多，如果能够着眼于就地改善，也会是一块等待开发的沃土。

漏不掉的新人培养

同样重要的问题是，如何快速让新人快速上手。这里根据培训难度，将岗位设立为ABCD四档，人员逐步升级。培训一般最短1周，最长1个月。工厂有专门的培训中心，而且培训技能站就设立在现场流水线之中。每一种展示的器具，都贴上了功能标签，例如脚踏板的高度设计上，会贴一张“人机工程让人更放松”标签。几十种技能的培训道具，其功能对新人可以说一目了然。

 

图2  新人培训技能站

这种快速培训，在疫情期间发挥了巨大作用。由于许多员工无法回厂，随着复工复产进程的加快和订单需求的增多，当时1个月需要招工300人。如果没有合理的培训管理，新人其实就是一种捣乱。成熟的人员培训机制，才会使得工厂人员在突然受到冲击的时候，可以做到慌而不乱。

就像是有旅客喜欢精美的美食而追随新加坡航空一样，许多来这里参观的人员，会喜欢上这里的培训课程。

走向绿色智能制造

从发展历程看，武汉工厂2014年实现精益提升SPS（Schneider Performance System），2015年上马自动化，2016年落实精益数字化系统LDS，2017年开始与全球工厂同步部署施耐德电气的智能制造EcoStruxure系统。

从绩效系统、精益思想出发，到自动化，到数字精益，历经三年。直到第四年，网络化与智能化升级，才开始推行。这是一个反复夯实地基的过程。

最难的不是机器的效率，而是工业文化的渗透与落地。2017年这里进行数字化智能化改造的时候，一开始工厂也不知道如何落实。而公司领导则反复开会，到处都是关于智能制造的宣传品、纪录片。自上向下，层层渗透。有了思想的意识，在工厂不能停工的情况下，工厂数字化升级采用了“数字化引领的能效与自动化双驱动”的一体两翼策略。通过分析全厂瓶颈，数字系统打全面战役，自动化系统打局部战役，能耗管理则采用最小颗粒度方式，逐层级、逐产线进行渗透智能化的改造。

从武汉工厂的生产线数字化改造看，数字化的渗透比较细。上通工厂级，下通设备级和产品级，包括生产设备的互联互通、车间无纸化、工厂网络升级、数字化精益系统LDS的应用、厂务设备智能化、机器顾问系统、能源精细颗粒度管控等。

能源转型和制造升级，是中国面临的一个双转型。一个工厂的能源管理，一类就是工厂的大型能耗设备，一类是厂房工程里面的厂房、楼宇等辅助设施。能源与自动化的融合，成为一个连体系统，会产生更大的价值。这里屋顶光伏可提供15%-20%的电能，而且完全接入企业能源监控系统，而第三方提供方的暖通、水和压缩空气，也都支持系统的通信协议，全部都接入到一套系统中。而为了实现这一点，这个工厂一共安装了五百多块电表，用于监控设备和生产线能耗，同时提供电力顾问专家系统，解决能耗的日常处理。这些精细颗粒度的能耗计量和监控手段，使得这里的能源消耗只占整体产值的3.9%。

而走向智能制造的工具，同样是无处不在。虽然工厂生产的零部件种类并不多，但生产过程中至少需要3000种备件。有些备件，紧急情况下就采用3D打印直接制造。这种方式已经解决了5%的备件替代。

人机协同的机器人，形成了移走式的工作站，可以快速编程，实现插拔式工位，有效地解决生产线瓶颈问题。而人机增强型操作助手AOA，作为一块平板电脑，既可以读取诸如运行状态、参数等数据，调用一台设备的数字孪生，也可以调用图纸包括Video。更重要的是，它可以看成是一个增强型的上位机SCADA，除了监控之外，还兼具了作业助手的功能。

在这里，似乎到处可以看到智能制造的影子；但又并非浓墨重彩。它们看上去并不是主角，而人，才是C位之焦点。

小结：循序渐进推绿色智能制造

在工厂转一圈出来，几点印象深刻：

第一条是工序可以逐步自动化，不求一步到位。也不必一次性投资过大。要寻找合理的成本估算点。

第二条：永不停歇的优化：先精益，后自动化，然后数字化精益；交织进行。人、机、料、法、环、测，相互交织，同进同上，螺旋上升。持续进行改善，永远不会驻足。显然，持续优化需要一个拉长的时间轴。从这个意义来看，单纯为一个工厂做数字化和智能化的评测，几乎毫无意义。必须立足于优化目标和投入决心，评测才是有价值的，因为它必须立刻指向一个优化的行动。

第三是能源管理的颗粒化细化。只有能测量，才能做管理。能效管理，最能体现这一点。一是让能耗可视化，就能起到很好的警醒作用；而进一步，则把能源碎片化和颗粒化，例如电表开关一体化，局部分布式计量，从而进行计量化。

第四是柔性工位，而不是柔性产线。寻找影响产能的瓶颈工位。采用插拔式工位，可以串联式的局部放大产能，从而使得全部生产线保持高效节拍。这可以通过增加移动机器人、移动工位等方式来实现。

最后一点，也是最重要的一点：设立宏大目标，然后上下同心。武汉工厂每年设定复合增长的目标。在能源节省方面，施耐德电气全球是3.3%的平均值；而武汉工厂能达到10%的优化。但即使如此，这里仍然每年要做到12%的直接工时节约，实现15%的质量提升，以及单位产值能耗降低10%。厂长每天都在想如何将这些指标分解及实现。有了这种商业向上的宏大目标，才能激发从工位、到车间、到供应链的全员响应。通过清晰可见的文化影响和KPI分解，落实到一线员工，从而形成全民合力。

不起眼的小产品，照样创造利润，绿色智能制造如虎添翼。这背后，是一套工厂现场的深度挖潜，以及对供应链的管控。这正是平淡制造的大学问。