質(zhì)量4.0：以人為本的物聯(lián)網(wǎng)解決方案

物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、工業(yè)4.0、大數(shù)據(jù)……關(guān)于這些術(shù)語，每個從業(yè)者都有自己略微不同的定義。這里面有一個被大多數(shù)定義所錯過的含義，這個含義將改變質(zhì)量從業(yè)者對自己所使用的連接技術(shù)的看法，即：人與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，將為生產(chǎn)場所創(chuàng)造一個全面的解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)的困境

最初，互聯(lián)網(wǎng)是關(guān)于“物”的連接——節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)到計算機(jī)。實(shí)現(xiàn)這一切的骨干技術(shù)的基本原理大致保持不變，發(fā)生變化的（并且以令人瞠目結(jié)舌的速度發(fā)展的）是計算能力呈指數(shù)級增長，成本呈指數(shù)級下降。雖然“物聯(lián)網(wǎng)”這個詞可能是一個誤導(dǎo)，但物聯(lián)網(wǎng)是受這個宏觀趨勢驅(qū)動的。隨著計算設(shè)備的小型化和部署成本的降低，硬件和軟件制造商正在尋找物聯(lián)網(wǎng)的新用途。

在工廠車間，物聯(lián)網(wǎng)意味著將機(jī)器連接起來，同時收集機(jī)器的性能數(shù)據(jù)和傳感器的數(shù)據(jù)。衡量整體設(shè)備效率（OEE）等關(guān)鍵績效指標(biāo)將變得非常容易，因?yàn)榻y(tǒng)計所需的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是使用便宜且可獲取數(shù)據(jù)的傳感器自動收集的。OEE易于追蹤，并且可以粗略地代表運(yùn)營效率。通過類似OEE的簡單測量，工程人員和管理層為提高質(zhì)量和效率所采取的行動可以通過加分或減分來評價。這些簡單的度量標(biāo)準(zhǔn)是如此的成功，以至于提供不同復(fù)雜性等級的機(jī)器監(jiān)控應(yīng)用程序的供應(yīng)商，已經(jīng)形成了一個產(chǎn)業(yè)。

但是制造業(yè)中人的因素呢？你如何衡量整合了機(jī)器和人員的整體流程效率（OPE）？你如何知道換模程序是否被遵守？操作員是否正確使用了導(dǎo)熱膏？O形圈是否被正確放置？能夠持續(xù)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)商品的員工是誰？他的良好表現(xiàn)是否以時間成本為代價？對物聯(lián)網(wǎng)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)通常只關(guān)注機(jī)器，往往不能回答這些問題。

即使是自動化程度最高的設(shè)施，也需要操作人員負(fù)責(zé)正確裝配、維護(hù)和監(jiān)控。現(xiàn)在我們可以輕松地從機(jī)器收集大量數(shù)據(jù)，我們也可以密切監(jiān)視它們并在問題發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)測。不過，這不是工業(yè)4.0的承諾嗎？如果你沒有很好的方法讓操作員基于機(jī)器的數(shù)據(jù)采取必要措施，或者你沒有辦法驗(yàn)證過程是否被正確完成，那么機(jī)器數(shù)據(jù)就是無用的。此外，無論是出于合規(guī)性還是優(yōu)化運(yùn)營管理的考慮，你都需要對這些人員的操作進(jìn)行追溯。與機(jī)器不同，人類操作員沒有方便的通信接口，來讓我們理解他們正在做什么，以及出現(xiàn)了什么錯誤。雖然制造商通過物聯(lián)網(wǎng)對機(jī)器的了解程度越來越高，但制造環(huán)境中的人為因素仍然是一個黑匣子。

我們在工廠中使用的傳統(tǒng)質(zhì)量管理系統(tǒng)（QMS）采用的方法大多以操作員為中心，但它們也受限于僵硬的工作流，難以根據(jù)實(shí)際車間場景進(jìn)行定制。它們提供的是孤立的接口，不方便用戶使用，并且缺乏簡單和便宜地與機(jī)器、傳感器和工具集成系統(tǒng)相連的能力。事實(shí)上，質(zhì)量是一個不斷變化的目標(biāo)，需要一個靈活的軟件平臺來適應(yīng)不斷變化的工廠環(huán)境。信息技術(shù)引導(dǎo)的定制開發(fā)項(xiàng)目可以生成適合工廠獨(dú)特環(huán)境的質(zhì)量系統(tǒng)，但是它們往往昂貴并且部署非常耗時。同時，定制的屬性使它們難以維護(hù)和升級。

新一代質(zhì)量工具

展望未來，我想分享幾個將車間物聯(lián)網(wǎng)整合到一個靈活的、高質(zhì)量集成的、以人為中心的軟件系統(tǒng)中的實(shí)例。

在注塑成型公司Techniplas，手動裝配工作站配備了一個集成了傳感器的制造應(yīng)用程序，以幫助、指導(dǎo)操作員完成將軟管組裝到歧管的半自動化過程。該工作站的部件組裝形式多樣，每個產(chǎn)品變體在外觀上都很相似。此外，組裝機(jī)器的壓力供應(yīng)不足可能導(dǎo)致組裝好的部件看上去沒問題，但在下游的質(zhì)量控制中卻被發(fā)現(xiàn)不合格。Techniplas采取了下述集成解決方案：將一個小型物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備連接到壓力傳感器和簡單的按燈揀貨系統(tǒng)，用以選擇正確的零件；這些設(shè)備又連接到提供操作員交互式標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（SOP）的計算機(jī)。隨著裝配的進(jìn)行，按燈揀貨系統(tǒng)照亮正確的零件箱，傳感器確保氣動系統(tǒng)符合規(guī)格要求。如果超出規(guī)范，系統(tǒng)會呼叫主管，操作員也將收到視覺警示。內(nèi)置的分析引擎收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并將其實(shí)時提供給生產(chǎn)線主管。最終結(jié)果是：工作站實(shí)現(xiàn)了零缺陷。

Techniplas的制造工程師香農(nóng)?尼克爾斯說：“產(chǎn)量增加了，我們將缺陷減少到了零。系統(tǒng)持續(xù)收集數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的分析功能，我們可以查看每個部件、每個步驟所需的時間，以確定瓶頸并專注于單個步驟。該系統(tǒng)還能用于培訓(xùn)操作員，而不必專設(shè)一個操作員來當(dāng)培訓(xùn)師。作為負(fù)責(zé)生產(chǎn)線的工程師，我可以對制造應(yīng)用程序進(jìn)行完全控制，并且可以對其進(jìn)行定制，增加操作員工作流程和傳感器集成，而無須編寫任何代碼。”

未來質(zhì)量體系的另一個例子可以在Dentsply Sirona公司看到。該公司的牙齒綜合解決方案包括耗材、設(shè)備、技術(shù)和特殊產(chǎn)品。Dentsply Sirona的種植部門提供口腔種植全階段的解決方案，包括通過其Atlantis產(chǎn)品組合來設(shè)計和制造適合特定患者的牙基和牙冠。

Atlantis解決方案是為每位患者量身定制的，每個產(chǎn)品包都包含各種部件的組合，例如螺釘和種植指南——指導(dǎo)臨床醫(yī)師安裝牙齒種植體。每個包都是獨(dú)一無二的，并有數(shù)十萬種組合方式。顯然，在正確的部件盒子中拿取正確的部件至關(guān)重要。

為了成功實(shí)現(xiàn)包裝和交付的準(zhǔn)確性，Dentsply Sirona種植部門利用制造應(yīng)用平臺設(shè)計和部署了一個高質(zhì)量的應(yīng)用程序，以支持產(chǎn)品驗(yàn)證站，并對操作員進(jìn)行指導(dǎo)。在標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)上運(yùn)行的制造應(yīng)用程序會顯示簡單指導(dǎo)，其復(fù)雜的后端系統(tǒng)將直接與Dentsply Sirona 種植部門的ERP系統(tǒng)進(jìn)行對話。同時，集成的按燈揀貨系統(tǒng)會照亮所需部件的箱子。整個驗(yàn)證流程可以動態(tài)地指導(dǎo)操作員完成包裝順序，從而降低完成訂單時出現(xiàn)錯誤的風(fēng)險，使得整體質(zhì)量結(jié)果不再僅僅依賴于操作員。這可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程，減少新操作員的培訓(xùn)時間，提高產(chǎn)出，并實(shí)現(xiàn)更好的質(zhì)量結(jié)果。

Dentsply Sirona種植部門的高級過程工程師丹?羅恩說：“通過充分利用現(xiàn)有的后端系統(tǒng)，我們能夠控制一個非常復(fù)雜的、具有成千上萬產(chǎn)品變體的流程。該系統(tǒng)是自選式的，所以我們能夠根據(jù)需求定制制造應(yīng)用程序，自己解決問題，減少對外部供應(yīng)商的依賴，并更好地集中我們的信息技術(shù)資源。今天，我們有能力從我們的流程中獲得真實(shí)、有用的數(shù)據(jù)，幫助員工更好地了解流程效率，同時針對每一個訂單、每一個部件有效地實(shí)施管理。”

這兩個系統(tǒng)都將交互式工作指令（人為因素）與基于傳感器的防錯功能結(jié)合在一起，如此，一些簡單的系統(tǒng)也可能產(chǎn)生巨大影響。

制鞋公司新百倫面臨的挑戰(zhàn)是該公司的產(chǎn)品質(zhì)量在很大程度上依賴于一個手動的過程。使用紙張來收集數(shù)據(jù)很困難。此外，很難從所有收集到的數(shù)據(jù)中調(diào)取有用的信息，并在一條生產(chǎn)線與下一條生產(chǎn)線之間分享缺陷信息，更不用說工廠之間的信息共享。在生產(chǎn)車間，新百倫采用了一個高質(zhì)量的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有操作界面友好的特性，并使用分布在整個工作流中的平板電腦和觸摸屏計算機(jī)收集豐富的數(shù)據(jù)。在質(zhì)量檢查點(diǎn)，操作員只需點(diǎn)擊存在問題的鞋子圖像即可進(jìn)行分類并報告缺陷。這些簡單的 “數(shù)字表格”取代了書面表格，后者需要大量紙張，而且必須手動輸入計算機(jī)并在計算機(jī)上制表。新百倫公司制造創(chuàng)新副總裁伊迪絲?哈蒙說：“借助該系統(tǒng)，我們現(xiàn)在能夠捕獲所有的實(shí)時數(shù)據(jù)，并了解生產(chǎn)問題的根源。我們現(xiàn)在對數(shù)據(jù)有了更多的信心，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化分析。我們可以把全程數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計師；可以使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行工廠到工廠、價值流到價值流的追蹤；還可以將精益管理實(shí)踐數(shù)字化，并促進(jìn)整個設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以更好地衡量質(zhì)量和績效。”

未來將何去何從

這些案例中質(zhì)量軟件系統(tǒng)之間的共性，是采用了自選式制造應(yīng)用程序，使流程工程師能夠創(chuàng)建和維護(hù)以操作員為中心的質(zhì)量工作流程，完全根據(jù)特定的制造流程進(jìn)行定制，并利用車間即插即用集成的物聯(lián)網(wǎng)來跟蹤和驗(yàn)證操作員工作流程。每個人都能使用合適的技術(shù)直接將質(zhì)量要求嵌入到流程中——在某些情況下，就像平板電腦操作一樣簡單；在其他情況下，在多個傳感器和操作員界面之間提供直接反饋。對于制造商來說，這是所謂“物聯(lián)網(wǎng)”的難得機(jī)遇：實(shí)現(xiàn)了車間人員、工具、機(jī)器與使用的傳感器、執(zhí)行的程序之間“最后一公里”的連接。