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灯塔领航:先进自动化点亮未来智造

2022/3/16    来源:麦肯锡    作者:侯文皓  Karel  Eloot  Jonathan  Tilley  尤晨  邓颖聪      
关键字:自动化  智能制造  
后疫情时代,企业如何获得创新的原动力?自动化用例又该如何落地?

    自动化作为数字技术的重要组成部分,已为众多制造企业的价值链上下游带来颠覆性变革。后疫情时代,企业如何获得创新的原动力?自动化用例又该如何落地?

调研洞见:新需求孕育新增长     

    近期,麦肯锡对全球15个国家、9个行业的108名受访者开展了自动化专题调研。结果显示,企业选择自动化的原因发生了显著变化。疫情暴发前,降低劳动力成本、提升生产效率、确保全流程质量稳定是企业的主要目标;疫情后,强化生产运营体系的抗风险能力,确保组织能够从容应对冲击逐渐成为首要目标,“无人接触”和“黑灯工厂”开始被反复提及。

    事实上,疫情并未成为自动化在制造业发展的桎梏,反而倒逼工业企业加速创新,孕育出后疫情时代的新增长来源。调研受访者认为,2021~2023年间,全球各地的自动化需求将持续增长。约77%的受访者认为增长将超过10%,而认为增长将超过20%的受访者则占47%(见图1),说明自动化能力的打造有望成为企业制胜的关键因素。

图1

灯塔故事:技术赋能书写制造奇迹  

    全球灯塔企业无疑是工业自动化的领军者,他们在积极应对行业新常态的同时书写多个“灯塔故事”。譬如,某钢铁灯塔依托物联网和人工智能技术,提高了机器的自主运营能力,减少了人为接触,在疫情期间实现“零停工”、“零感染”;面对疫情忧患、劳动力短缺、市场需求激增等不确定因素,另一家电子灯塔开拓了“黑灯生产”模式,改进了设备运营效率和产品质量,实现了无忧运营。

    2021年9月底,世界经济论坛公布了最新一批全球灯塔企业名单。至此,全球灯塔网络已经涵盖了不同工业领域的90家第四次工业革命领军企业。从灯塔企业用例中我们看到,先进自动化的重要性在日益提升:生产端对机器视觉检测、协作机器人、过程自动控制等先进自动化技术的应用,以及仿真测试、自动采购、无接触式主计划、智慧物流、客服机器人等新兴自动化技术在价值链上下游的积极部署,均为企业带来了卓有成效的业务影响(点击“此处”了解全球灯塔详情)。

三方合力实现自动化创新      

    机器人和自动化极大地推动了制造业的数字化转型。这些技术的创新力源何在?在与灯塔企业高管、技术供应商及相关学界人士进行访谈后,我们发现,机器人和自动化在工业领域的增长和创新,得益于市场拉动、内部驱动和科技推动的三方合力(见图2)。

图2

市场拉动:客制化与快速交付

    随着数字经济的蓬勃发展,强调客制化与快速交付的新兴消费者越来越注重“体验”。这就对制造商提出了三大要求:

    1.敏捷柔性:多品类、小批次必将是未来的订单主流。工厂需要利用数字化和柔性自动化,提升生产系统的敏捷程度,克服同一产线加工海量品类的挑战。

    2.快速交付:消费者对快速交付的需求,倒逼制造商利用机器人和自动控制缩短生产周期,并通过设备间的互联互通打造数字物流体系。

    3.直达用户:电商订单要求大幅减少物流中间触点,并实现最后一公里直送。企业需要接入商业互联网,重塑涵盖智能仓储、智能物流、智能供应商管理的数字化供应链,实现用户体验的跨越式升级。

【灯塔聚焦】高度柔性的轮毂涂装线

    近年来,汽车行业成为客制化和个性化的创新高地,为整个汽车产业链带来了深远影响。

    面对挑战,某灯塔企业打造了柔性涂装一体线:一是利用AI机器视觉实现产品自动抓取和轮型识别,二是打通MES系统实现不停线工艺自动切换,三是利用多喷嘴机器人组实现最多32种颜色组合同时加工。此外,他们还综合应用射频识别(RFID)、视觉识别和二维码等技术,结合地链、挂链和自动转线机器人等先进设备,实现自主智能的物料流转。最终,该企业不仅可以在同一生产线上同时生产来自30多个主机厂品牌的200多种轮型产,还将最小起订量从原先的300件下降到1件。

    内部驱动:卓越运营强化劳动力韧性

    打造卓越运营,强化劳动力韧性能够触发制造商的内部驱动力,而机器人和自动化设备可以释放人力资源,填补高技能人才空缺。这为生产自动化创造了三个行动方向:

    1.效率为先:与劳动力相比,机器在重复性高强度工作上拥有天然的效率优势,不仅能够提升生产效率,还能减少员工事故。

    2.质量至臻:机器能够满足工业级质量管理要求的高精度和稳定性。依托大数据和先进分析,企业可打造全自动闭环质量管控,提升并稳定良率。

    3.以人为本:企业在部署自动化场景时,可利用技术有效减轻员工劳动强度外,不断实现员工的知识与技能升级,吸引和留住更多人才。

【灯塔聚焦】以人为本的动态生产调度

    对生产环节而言,大规模定制会扰乱固定的生产节拍,带来人员效率的损失。这一问题在人工依赖度较高的服装行业尤为突出。

    某服装灯塔创新部署了一系列在柔性环境下提高人效的数字化场景:首先,基于智能算法和数字化档案,调度擅长该工序的同一个工人进行连续生产,稳定生产效率;其次,利用仿真引擎分析实时数据,预测未来线平衡状态和潜在瓶颈,再通过运筹算法形成调度计划,实现生产节拍的持续动态寻优;最后,“货到人”模式助力厂内实现物流高效运营,系统自动指派移动机器人将目标货架运到工作站。与同行相比,该柔性智能工厂的生产效率要高出100%,生产周期时间也缩短了50%。

    科技推动:技术迭代和人机协作

    机器人和自动化领域的技术迭代离不开学界和业界人员的积极引领。随着人机协作模式的不断创新,我们观察到了三种催生业务创新的演进方式:

    1.技术突破:机器人技术的难点攻关能让很多业务场景成为现实。例如,在重型行业,AGV的应用曾是一片荒芜。但随着重载AGV、AI和5G技术不断取得突破,大型物料无人物流已在钢铁等行业成为现实。

    2.高速传输:5G通信技术的成熟为机器人注入了“生命”。高速传输、云计算和大数据等技术让机器人进化成了能够完成高强度分析、输出预见性行动的半智慧体,使机器人的智能化发展再上一阶。

    3.用户友好:机器人和自动化的大规模推广需要不断降低终端使用者的技术门槛。精简的业务流程、设计界面、指令和协作方式能让机器人的应用更为平民化,更快更好地下沉至广大一线员工群体。

【灯塔聚焦】5G赋能的自优化AMR

    AMR(自主移动机器人)是AGV的加强版,具备自主分析和决策能力。在这一点上,能够实现设备与云端算力和算法高速连接的5G技术至关重要。

    某通信产品灯塔打造了一家未来工厂,为每一台AMR都搭载了私用5G网络。一方面,5G的强连接性使得AMR可以随意移动而不掉线,实现全天候实时监测;另一方面,5G带宽大、低延迟的优势能够提升设备与边缘或云平台的交互频率,实时处理和传输海量数据,提高自导航效率、减轻人工负担并提升安全性。

自动化用例落地:11步规划与执行路径

    我们认为,尽管机器人和自动化应用场景层出不穷,但只要遵循下述11步,便能有条不紊地实现自动化方案的规划与落地(见图3)。

        1.构想:明确可被自动化的区域和产线列表,开展效益评估
        2.概念设计:明确产线绩效(OEE、UPH等),初步勾勒产线概念设计,在此基础上完善各工作站自动化解决方案的高层次描述 。
       3.商业论证:计算并确定自动化方案的投资回报率,提交相关领导层,完成预算、范围和概念设计的批准 。
        4.优先排序:基于产能、成效和业务需求等维度,筛选出优先项目。
        5.规格制定:制定可执行方案,按工作站逐次定义详细的项目规范(包括产品范畴、零件重量、零件尺寸等) 。
        6.供应商采购:确定供应商清单,在发出招标书、召开研讨会进行相关说明,共同细化、迭代、优化规范、收到技术提案和报价后,完成评估,选定供应商。
        7.产线设计:与供应商共同审核与审批详细设计。
        8.产线构建:供应商构建产线,甲方开展中间审核,确保施工质量,直至设备的预验收发生并获得批准。
        9.产线安装:完成产线安装、机械和电气类质检、合格验收、竣工查核、培训等步骤,移交给生产部门。
        10.编撰成文和标准化:完成解决方案的标准化文档编写并与其他工厂共享,总结经验教训并整理成文,更新相关流程和文件。
        11.保持/提升:制定产线维护计划,定期改善产线并追踪绩效变动情况。 

图3

结语

    面对先进自动化在工业领域的广泛应用,制造商亟需用机器之光点亮未来智造。我们期待更多制造企业拥抱变革、创新业务,在灯塔企业的引领下书写更多辉煌,共同构建行业、技术和人才的灯塔网络。唯有不忘初心、坚守信念、凝心聚力,才能从容向制造迈向智造!

    本文改编自侯文皓出席“2021世界机器人大会主论坛领航峰会时的演讲。
 

    作者:

    侯文皓是麦肯锡全球资深专家,常驻上海分公司。

    Karel Eloot是麦肯锡全球资深董事合伙人,常驻深圳分公司。

    Jonathan Tilley是麦肯锡全球董事合伙人,常驻南加州分公司。

    尤晨是麦肯锡咨询顾问,常驻上海分公司。

    邓颖聪是麦肯锡咨询顾问,常驻上海分公司。

责任编辑:杨培
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