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社會創新

    • 生產
    • 大數據分析

    現今客戶需求日趨多樣化,全球化競爭日益激烈。如何滿足瞬息萬變的需求和客戶的多樣要求,已經逐漸成為眾多製造業企業面臨的共同難題。近年來,對「大規模定制化(mass customization)」的需求越來越旺盛,即在多品項少批量生產中實現與大批量生產媲美的高生產率。在這一形勢下,部分企業開始透過將物聯網、大數據、AI(人工智能)等最新科技與純熟技能深度融合,發揮日本獨一無二的製造優勢。其中一個例子,便是大型機床製造商大隈株式會社(以下簡稱「大隈」)。機床製造是一種典型的超多品項少批量製造模式,需對成千上萬的零件進行加工、組裝和製造,同時精準滿足各種各樣的客戶要求。在這裡我們將介紹大隈如何實現「大規模定制化」,一同探索在未來的變革時代中製造業如何脫穎而出。

    大隈為提供最佳製造服務而建成的新工廠內觀

    案例介紹

    • 難題
      採用以物聯網為首的最新科技,打造符合「大規模定制化」需求的新一代工廠
    • 解決方案
      將日立大甕事業所的相關措施與大隈自身累積的經驗和技巧融合,打造將「工廠控制週期的高速化」及「促進生產的可視化」具體實現的新一代工廠──DS2 (Dream Site2)。
    • 成果
      進一步升級自動化、無人化系統,在項目超過4,000種的大規模定制化生產中提高生產率,縮短生產開發週期。
    • 展望
      新一代工廠 (DS2) 中累積的經驗預計將推廣到該公司的其他工廠。同時,我們將着眼於推進客戶企業的智能化製造、開拓打造新一代工廠所需的新型服務

    難題

    為實現「大規模定制化」,加強製造創新

    大隈是一家擁有約120年悠久歷史的綜合機床製造商,其總部位於愛知縣丹羽郡大口町。公司的業務範圍遍及全球,擁有NC車床、複合加工機、加工中心、磨床等種類繁多的機床產品陣容。作為此領域的全球性大型製造商,大隈不斷取得令人矚目的飛躍性發展。

    該公司於2013年建造了新型工廠「Dream Site1」(以下簡稱「DS1」),並將其定位為「建在日本,贏在全球」的工廠。當時,史無前例的日圓升值嚴重衝擊了日本製造業,不少企業都希望把生產基地轉移到海外。但大隈則認為,在日本累積多年的製造技術才是競爭力之根本,因而大膽逆時代潮流而行,果斷在日本國內的生產基地開展大規模投資。

    該公司的專務取締役家城淳先生回顧道:「拋開全球形勢不提,當時我們考慮的是如果降低眼前的浪費現象,日本製造業復蘇的希望仍然很大。」這果斷英明的決定帶來了十分顯著的成效,在生產複合加工機、大中型車床和立式車床的DS1內,透過生產設備的自動化、無人化以及運轉情況的可視化,工廠的生產率和運轉率成功大幅提升。

    2017年,為了實現機械設備的「大規模定制化」,該公司將DS1進一步升級,建造了最先進的新一代工廠「Dream Site2」(以下簡稱「DS2」)。DS1可對約1,000種零件進行多品項少批量加工,而DS2因生產多樣化的中小型車床、磨床,需要對約4,000種零件進行大規模定制化生產。這要求工廠做到「僅在必要時期,對必要產品,生產必要數量」,最終實現了一套能夠靈活應對因交貨期短促的插單、交貨期和規格更改而調整生產計劃的「終極高效生產模式」。

    解決方案

    融合大隈和日立的智慧,打造先進製造模式

    在構建實現「大規模定制化」的新一代工廠階段,大隈有三大關鍵點,即:「透過自動化、無人化、智能化和工序集中提高生產率」、「工廠控制週期的高速化(*)」、「促進整體優化的生產可視化」。

    DS2以大隈擅長的智能化、工序集中的智能機為中心,深度運用機械人和FMS(彈性製造系統,Flexible Manufacturing System),推動自動化和無人化進程不斷發展。在以往難以應用的多品種少批量的重型零件加工中,工廠亦通過有效利用機械人提高了生產率。

    那麼其餘兩項──「工廠控制週期的高速化」和「促進整體優化的生產可視化」該如何實現呢?在這一方面,公司面臨巨大的難題。由於需要挑戰這未曾接觸過的領域,大隈決定探索與外部企業共同合作之道。

    家城淳先生提到:「我們向不少供應商諮詢了合作機會,但要優化整個工廠涉及領域非常廣泛,很難有企業能夠完整涵蓋我們設計的整體流程。在這一方面,日立精通製造現場的情況,掌握控制生產線和整個工廠的方法。將日立與我們的經驗結合在一起後,『工廠控制週期的高速化』和『促進生產的可視化』的目標就能落實了。」

    在這一方面,日立製作所、大甕事業所的因應措施發揮了積極的參考作用。大甕事業所從事鐵路、電力、水處理等社會基礎設施以及製造業控制系統的開發和製造,和大隈同樣擁有多品種少批量的生產現場。

    針對各式各樣的產品陣容,為了實現高效生產,大甕事業所在工廠內建立了一種採用了RFID(無線射頻識別)等技術的物聯網環境。該事業所還透過實時採集並運用工作人員(Man)、設備(Machine)、材料/零件(Material)的3M.數據,成功將代表性產品的開發週期縮短了50%。而實現高效生產的原因,就在於將驅動現場運轉的OT(控制及運用技術)與IT(數據分析及應用技術)有效結合。日立此措施對大隈來說亦非常具參考價值。

    大隈和日立借此機會邁出了協同創新的一步。在實際項目當中,雙方的核心人員反覆開會討論新型製造框架,從反覆確認經營目的,到對生產現場的機械排出切屑等問題一一進行驗證,具體如生產率的飛躍式提高、開發週期的縮短、生產工序的可視化等實現方式。

    在上述過程當中,日立製作所的大甕事業所累積的經驗和大隈透過DS1累積的經驗合二為一,建構出實現工廠控制週期高速化的「工序管理系統」和支持促進生產可視化的「進度、運轉情況監控系統」。

    *
    工廠控制週期的高速化:指迅速、準確地掌握零件在廠内的位置,處於何種狀態等。

    對新工廠極具参考意義的日立製作所、大甕事業所,在該工廠建立了採用RFID(無線射頻識別)等技術的物聯網環境,成功將代表性產品的開發週期縮短了50%。

    成果

    提高DS2的生產率,縮短生產開發週期

    生產設備的監控項目

    可透過向下鑽取確認詳細信息

    DS2投產後不久,效果便立竿見影。首先在「工廠控制週期的高速化」方面,以往的生產作業指示均是以日為單位進行,在變為以小時為單位後,作業指示更加迅速。

    此外,DS2還採用了已在日立大甕事業所引進的RFID(無線射頻識別)技術,對工廠內零件的所在位置進行統一管理。在此之前,DS2已經做到掌握哪一個零件在哪一道工序中,而如今更能以小時為單位,掌握在工序間移動的所有零件的信息。

    在「促進生產的可視化」方面,則是指運用物聯網技術,收集和聯動生產進度情況和設備運轉情況這兩項數據,實現統一可視化。同時,還研發出了一款能對所收集的數據進行深度分析的系統。透過上述措施,使鎖定工序方面的樽頸(上一道工序的延遲以及設備故障)、以及從整體優化的角度採取措施加快流程變成可行。

    未來,透過靈活運用人工智能(AI)相關技術,希望進一步使其發展成能夠根據時刻變化的現場情況,自動生成高精度生產日程的系統。

    在這些工序管理系統中,大隈還使用了利用日立物聯網平台「Lumada」的生產計劃優化解決方案。

    家城淳先生強調:「以前還有部分零件的加工時間要超過公司內的標準加工時間。但在引進生產計劃優化解決方案後,我們可以更加靈活地應對緊急計劃調整,嚴格遵守標準加工時間。如果今後能夠進一步縮短生產開發週期,那麼在日本國內的工廠生產,就要比全球任何其他地方還要高效。推動『工廠控制週期的高速化』和『促進生產的可視化』能夠加快工廠的PDCA循環,幫助提高整個工廠的處理能力。也就是說,這一措施在提高全球性成本競爭力方面具有十分重要的意義。」

    運用產業機械人,實現完全自動化

    展望

    新一代工廠的無限潛力在哪裡?

    未來,大隈將把DS2累積的經驗普及到其他工廠,進一步提高整個公司的生產率,精準滿足全球市場上客戶的多樣化需求。而這要求創造出一種新型服務,即對大隈的客戶企業的製造進行智能化。

    家城淳先生表示:「我們把『旨在提供最佳製造服務』作為全公司的方針。目前,商業價值的核心正在逐漸從產品轉向『智能』,這是與以往區別最大的一點。製造中的『智能』其實就是指來自現場的各類經驗技巧。如何將這種智能提供給客戶,將成為公司未來與日立開展協同創造的一項重要主題」。

    大隈以作為「大規模定制化」的典型事例,在機床製造現場引進物聯網,並取得了顯著的成果。從這一措施中,我們可以窺見新一代工廠的無限潛力。收集工廠內外存有的大數據進行分析,將其用於採購、製造、銷售、維護和物流等業務後,便能夠進行精準的需求預測以滿足客戶需求,並在全球範圍內開展跨區域優化生產。未來,若以日本的新一代工廠為樣板提高全球各地製造業的生產效率,日本製造業將會再續輝煌。這應該就是製造業「贏在全球」的精髓所在。

    將新工廠累積的經驗普及到其他工廠,旨在提供最佳製造服務

    公開日期: 2017年10月
    解決方案負責部門: 日立製作所 產業及流通業務單位