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日本制造业为什么那么强大?


来源:腾讯家居

本篇文章是由e-works数字化企业网和中国人工智能学会智能制造专业委员会联合主办的“2019第六届日本智能工厂考察”的观察文章。经过腾讯家居编辑,供行业人士参考。

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在为期8天的考察期间内,考察团先后走访了日本最大的紫外油墨和涂料制造商T&K TOKA、日本株式会社沙迪克(Sodick)、工程机械制造企业小松建机中心、日本最大的半导体制造商东芝、牧野厚木工厂和富士胜山工厂、雅马哈船外机工厂、丰田产业技术纪念馆、松下神视(Sunx)竜野工厂以及三菱电机福山制作所。通过现场参观、实际操作、技术讲座、问答和内部研讨等方式,深入探讨研究了日本制造企业如何建设智能工厂实现高效生产的最佳实践。

注重人机结合,实行柔性生产

日本制造企业在推进智能工厂建设时,多采用人机结合的模式,注重经济效益和投入产出比。针对大批量生产的产品,会采用自动化产线。但针对多品种、小批量生产的产品,会充分考虑产线、设备和工艺的柔性化需求,从而满足产品的装配需求、混线生产的排产需求,适应不同工艺流程及工艺参数的变化等。在提升工厂智能化水平的同时,日本企业并不盲目地追求“机器换人”,而是充分发挥人的作用,通过人机协作、人机共融的方式来让员工能够从繁重的劳作中解脱出来,愉快的开展各项工作。

例如,雅马哈公司的船外机就是典型的多品种、小批量产品,且产品结构复杂,装配过程难度极大。为此,工厂的组装线采用了零件自动配给系统,通过导轨将发动机整机装配零部件通过导轨随着每个加工环节有序供给,生产线还配备了数字拣货系统,既保证了加工效率,也防止了零件的漏装、错装,这套系统也帮助组装线针对不同型号产品的换线节拍缩短至2-3分钟。

作为日本著名的紫外油墨和涂料制造商,T&K TOKA的标准产品大约有10万种,特别订购产品大约有5万种。面对如此巨大的产品种类,T&K TOKA通过引入Asprova高级生产排程软件实现了高效排产,从容应对插单频发、生产计划临时变等问题。

在三菱电机株式会社福山制作所,其W75、W90和W105系列断路器根据不同的产品批次分为人工组装和全自动组装两种模式,整个装配过程广泛应用了六轴和SCARA机器人、机器视觉等技术。另外,在很多人工组装工位都架设了各种助力设备,减轻了工人的劳动强度,使工人能够更轻松、安全地完成产品装配。

保持匠人匠心,将细节发挥到极致

日本自从1889年就已经开始生产制造机床,如今的日本依然属于世界一流的机床工业强国,在全球高端机床市场领域,日本和德国几乎处于垄断地位,对于我国制造业而言有很多值得学习借鉴的地方。本次考察的重要一站就是参观牧野机床厚木工厂和富士胜山工厂的机床生产过程。

在牧野机床厚木工厂,那种对质量精益求精和追求细节的工匠精神令考察团印象深刻。在厚木工厂,其主轴装配是那些经过专业认证的操作工人来精确调整关键零部件的同心度,并进行动平衡检测以确保关键零件精度。而对于导轨面,牧野机床既通过自动化设备来完成刮研工艺过程,同时还保留了由高级工匠进行手工刮研的工艺,确保机床的精度要求达到亚微米级别。正是这种对品质精益求精的态度,使牧野机床的产品成为模具行业的标配。

李培根院士在考察牧野机床厚木工厂和富士胜山工厂后,用“质量”和“共生”两个词分享了考察心得。他强调,企业不能仅靠检查来保证产品质量而是要关注每道工序的加工质量,并且在研发设计阶段就需要充分考虑质量的细节问题。在李培根院士看来,质量不仅仅指产品本身的质量,一家企业的质量还应包含对客户服务的质量。比如牧业机床就非常用心地去满足航空航天、汽车等不同行业的客户需求。

对于企业“共生”关系,李培根院士从先进技术与工匠精神、企业与客户、企业与员工三个方面进行了阐述。首先,企业应用先进技术的同时,始终不要忘记匠心。例如牧野机床采用了多种自动化技术如柔性制造系统FMS、工业机器人、AGV等,但并没有丢掉工匠精神,仍然保持初心,在轨道研磨工序,仍通过工人手工达到更高的精度。此次考察不少其它日本企业也都坚持在层出不穷的新技术中,让匠心深行。其次,在服务客户的时候企业要进行换位思考,替客户着想。例如牧野机床在产品设计时就充分考虑客户的需求。最后,对于员工企业需要通过文化传承、培训学习等方式打造和谐的企业生态关系,让员工适应数字化浪潮下新的工作环境,提升员工的责任心和使命感,保持企业的可持续发展。

坚持创新驱动。强调新技术落地

创新是企业发展最原始,也是最大的推动力。在考察中我们发现许多日本企业创建之始能成功至今,甚至成长为百年企业,很大一部分取决于自身的创新能力。例如以“制造世界上没有的东西”为愿景的沙迪克,不仅在创立之初便研发了世界首台NC放电加工机,近年来更研发出兼顾高精度和高速加工的纳米加工机、电子束PIKA面加工装置EBM等(可以在瞬间实现金属表面的抛光)。在增材制造领域,沙迪克推出的OPM系列3D金属打印机可以实现复合加工,进行增材制造和铣削,大大提高了成型精度。

作为全球第二大工程机械制造企业,小松集团提出了Smart Construction,即智能施工解决方案。通过使用无人机对工地进行勘测,将数据传送至云端,生成三维的地理信息模型。通过与工程的地基模型进行比对,小松可以自动计算出需要挖掘的土方量以及所需要的工程机械,并生成项目计划,提升了整个施工过程的效率。

在牧野机床厚木工厂,考察团参观了其自主研发的搭载了协作机械手的AGV iAssist。这台AGV采用了传感器技术、机器视觉技术、机器学习技术、测量技术以及激光导航技术,定位精度达到了0.1mm。iAssist实现了刀具的自动抓取,运送刀具时会主动避让障碍物,自主规划行走路线。

在东芝集团总部,考察团聆听了东芝集团数字解决方案公司对物联网、人工智能、增强现实和数字孪生等技术的创新和应用案例。作为一家拥有144年历史的企业,东芝近年来通过数字化转型与技术创新,在工业物联网、提升设备OEE、点检自动化、运用AI进行不良解析等方面进行了深入实践。

坚持以人为本,注重人才培养

中国有着世界上最大的人口基数,但国内企业的创新能力并不强,归根结底是人才的不足,而企业则是人才培养最好的摇篮。在考察中我们发现,日本企业非常注重以人为本,有着清晰的人才培养路线。

例如在雅马哈船外机工厂,为每位工人定制了5级人才培养计划,促进他们从单线到多线最终掌握全工序的技能成长,致力于让每一位员工都成为多面手。此外,雅马哈还以人为本,为每个工位制定了“心情管理”计划,让每位员工都能够愉快的工作。

在考察完雅马哈船外机工厂之后,李培根院士点评,企业对内要注重员工的培养,提升员工能力的同时让员工有随同企业成长的认同与参与感,例如雅马哈从单一到复合型的人才培养计划。对外需要提升客户体验与满意度,如雅马哈提出的“感动创造企业”理念,雅马哈观察渔民对于船外机的使用,通过技术创新感动用户,让雅马哈产品使用者对生活工作有了更美好的向往。李培根院士强调中国企业家必须注重以人为本,思考如何通过自身产品让用户和员工找到“存在感”。李院士的点评让考察团员获益匪浅。

推进能源管理,践行绿色环保

日本企业非常重视能源管理与绿色制造。本次参观的松下神视(Sunx)竜野工厂和三菱电机福山制作所都从不同维度体现了他们的节能环保实践。松下神视竜野工厂通过各种传感器的应用,实现了工厂能源的可视化管控,可以对全厂能耗进行统一管理和监控,包括每一台设备、每一个工位,每一天的能耗情况,并能通过对一段时间的能耗大数据分析,对高能耗点的设备进行诊断与排查,寻找生产环节中的节能潜力,实现产线能耗优化。

三菱电机福山制作所从1997年便开始节能实践,在节能环保方面取得了突出成绩,其2015年的电量相较于1997年削减了1500kw,节约超过1亿日元。同时,福山制作所还将全体员工节能改善活动获得的技术诀窍应用到节能设备的研发上,推动其节能产品的发展。

李培根院士在参观三菱电机福山制作所后指出,企业管理者需要具备“系统”的观念和意识。他表示以往企业生产产品时只关注基本功能,当把产品放到更大的系统中时,产品功能需求就会赋予新的意义。例如三菱的绿色节能解决方案,细致地考虑到了大系统中的每个因素,将能耗等数据进行采集并分析,从而实现了系统优化目的。除了考虑系统本身外,李培根院士强调企业还需要注重系统与系统之间的联系。他认为企业需要通过各种手段将设备尽可能的连接起来,通过收集企业运营的所有数据信息,从而分析挖掘系统整体的联系,通过数据来驱动企业。

注重文化传承,勇于承担社会责任

企业文化是凝聚和激励员工的重要力量,也是每个企业长盛不衰的动力和源泉。对于企业文化的传承,不仅能够提升企业凝聚力和员工自豪感,更加拥有积极的社会效应。本次考察团通过参观东芝科学馆和丰田产业纪念馆,领略了两大巨头波澜壮阔的发展历程,感受到日本企业对于文化的传承态度和促进知识传播的责任心。

在日本川崎市的东芝科学馆,讲解员以东芝创始人田中久重先生制作的机器人偶和藤冈市助先生发明的白炽灯泡为起点,向考察团展示了东芝从1875年发展至今的各项技术成果,包括最早的感应电动机、X射线管、双线圈灯泡以及日本最早的电饭煲、洗衣机、电视机等家电产品。此外,考察团还参观了东芝最新研发的重粒子癌症治疗仪、独立型氢能源供给系统、地铁检票系统等高新技术产品,观摩了别开生面的超导技术应用实验,让考察团员大开眼界、流连忘返。

丰田产业纪念馆则宛如一部纺织与汽车发展史,纪念馆不仅展出了日本纺织工业的进化历程,包括纺纱机和织布机技术的基本原理以及纺织机械的演变。展馆也有相当完整的丰田经典车款收藏,并陈列了许多汽车生产所需的大型加工器具。考察团通过近距离观察这些机械的运作,进一步了解了纺织与汽车生产的过程。

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