福井村田制作所實施的IoT化

自IoT一詞普及以來，各個領域都指出了實現(xiàn)IoT化的必要性。IoT是指在現(xiàn)有的機器上增加通信功能和數(shù)據(jù)獲取功能，從而能夠通過互聯(lián)網(wǎng)查看情況或分析數(shù)據(jù)。操控大量機器的制造車間同樣也是需要實現(xiàn)IoT化的領域之一。

作為村田制作所的主工廠，福井村田制作所從2016年開始就對制造車間實施了大規(guī)模的IoT化。該工廠還引進了“預測性維護”，利用傳感功能對每臺設備的運行情況分別進行數(shù)據(jù)分析，并在發(fā)生故障或突然停機之前改善問題。

我們就推進IoT化的關(guān)鍵因素，采訪了推進該項目的工業(yè)工程師久保寺。

福井村田制作所工業(yè)工程師久保寺

定期檢查將產(chǎn)生“過多”損失

――首先，請向我們介紹一下福井村田制作所實施的IoT化。

在福井工廠，絕大部分的產(chǎn)品都是通過機器生產(chǎn)的。我們在各種機器上都安裝了傳感器等機械裝置，以感測機器的運行情況、速度、扭矩、振動、溫度和濕度等數(shù)值。這樣就可以通過獲取的數(shù)據(jù)“預測”機器故障，進行提前發(fā)出警報的設置。感測到警報時，被稱為“維修負責人”的維修技術(shù)人員就會趕來進行檢查和維修。 我們并沒有給所有機器都配備統(tǒng)一的裝置，而是針對關(guān)系到質(zhì)量的方面，為每臺機器分別安裝了傳感器等。我們設定了“閾值”這一時刻測量數(shù)值并發(fā)出警報的基準線。這一IoT化使得預測故障并防范于未然的“預測性維護（或預知性監(jiān)測維護、狀態(tài)監(jiān)測維護）”成為可能。

福井村田制作所――到目前為止，你們是怎樣解決設備故障的呢？

大致有兩種方法。一種是“事后維修”，即發(fā)生故障后由維修負責人進行處理。另一種方法是通過定期檢查等方式防止故障發(fā)生的“預防性維護”。 這兩種方法在許多工廠中都已成為主流，但二者都存在各自的問題。 先說事后維修，由于故障和停機都是突發(fā)的，因此工廠的生產(chǎn)計劃相應地就會被打亂。福井村田制作所一年365天，一天24小時不間斷運轉(zhuǎn)，如果停機兩個小時，這一部分的損失就必須通過其他方法彌補。機器不見得立刻就能被修復，而且如果問題很嚴重，還必須更換原本計劃使用的機器，即“更改機器的生產(chǎn)計劃”。而且在發(fā)生停機之前，還有可能已經(jīng)出現(xiàn)過小故障。 此外，維修負責人的人數(shù)也是有限的。由于是突發(fā)性故障，維修負責人此時可能無暇處理，從而產(chǎn)生“等待維修”的時間。維修負責人每天要忙于處理多個事后維修，因此無法立即確保人手的情況也并不少見。這可以說是一個很大的損失。 ――就防止突發(fā)性故障造成損失這一層意義而言，另一個方法，也就是“預防性維護（通過定期檢查等方式防止故障發(fā)生）”似乎更為有效。但是你剛才提到，這個方法也存在問題。

預防性維護的問題在于過度處理。 因為是以預防為目的，所以定期檢查的時間很容易變?yōu)樽疃讨芷?。比如，一臺原本每兩個月檢查一次的機器如果在一個半月后出現(xiàn)了故障，哪怕只有一次，那么就必須進一步縮短檢查周期，比如一個月一次。 這將有可能導致過度維護，從而增加成本。此外，維修負責人的工作量也有可能增加，“等待維修”的問題反而會變得更嚴重。 ――也就是說，“預測性維護”是解決這一問題的手段。

是的。與出現(xiàn)故障后才進行修理的事后維修，以及定期進行的預防性維護不同的是，預測性維護是通過發(fā)出“隨時都有可能出現(xiàn)故障”的警報來防止故障發(fā)生的。 我們在2016年引進了這一技術(shù)，通過對維修負責人的工作情況進行觀察，我們發(fā)現(xiàn)和引進前相比，事后維修的作業(yè)時間減少到了一半以下。我們將這部分多余的時間投入到了預測性維護上。最重要的是，每臺機器的平均維修時間也有所減少。

由于大力推行了預測性維護，與出現(xiàn)故障后才進行處理的“事后維修”相比，每臺設備的平均維修時間在兩年內(nèi)減少了一半左右。而且用于維修的總時間也減少了16%。因突發(fā)性故障造成生產(chǎn)線停工或生產(chǎn)線變更等的次數(shù)明顯減少，從而提高了能力利用率，并減少了生產(chǎn)損失。由于突發(fā)性故障的減少，作為定期檢查的“預防性維護”所花費的時間略有增加，但現(xiàn)在我們正在努力將這部分時間利用到預測性維護中。

事后維修：出現(xiàn)故障后才進行處理的維修方法。

預防性維護：定期進行維護的維修方法。

預測性維護：利用IoT等預測故障或缺陷，以防犯于未然的維修方法。

減少事后維修意味著突發(fā)性設備停機將不再發(fā)生。由于通過警報可以事先得知維修需要，因此維修負責人可以在觀察工廠整體的生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)線的運轉(zhuǎn)情況后，有計劃地在特定的時間進行維修。從突然出現(xiàn)故障到維修負責人有空處理為止的待機情況也將減少。這將提高工廠的生產(chǎn)率，有助于增加收入和利益。 推行IoT化的目的并不在于其本身，而是為了提高工廠的生產(chǎn)率，進行更有計劃性的生產(chǎn)。而IoT化則是實現(xiàn)這一目的的一種手段。

數(shù)據(jù)的運用不僅可以用于預測，還有助于判斷故障原因

――你所說的有助于計劃性生產(chǎn)具體指的是什么呢？

我在開頭提到的“更改機器的生產(chǎn)計劃”方面也能體現(xiàn)這一點，在引進這一技術(shù)之前，約有30%的機器被重新制定了生產(chǎn)計劃，但現(xiàn)在這個數(shù)字已經(jīng)減少到10%左右。另外，通常機器數(shù)量增加后，維修負責人的人均維修時間也會增加，但預測性維護的效果使得維修時間反而有所減少。 預測性維護本身并非一項全新的技術(shù)，它已經(jīng)在許多方面都取得了實績。例如，據(jù)說航空業(yè)從20世紀70年代起就引進了預測性維護。飛機必須避免發(fā)生任何故障，當然事后維修也并不是主流的方法。另一方面，隨著零部件變得越來越高級復雜，定期檢查等預防性維護每年都會更加細化，導致成本變得昂貴。 在航空業(yè)，有分析指出預測性維護的比重正在增加，并可以在控制成本的同時防止故障的發(fā)生。 ――這次的預測性維護構(gòu)建了根據(jù)感測的數(shù)據(jù)發(fā)出警報的系統(tǒng)，那么發(fā)出警報的基準線，也就是閾值是怎樣決定的呢？

首先，我們根據(jù)維修負責人的經(jīng)驗與知識決定了閾值。然而，要將他們的感覺轉(zhuǎn)換為數(shù)字卻并非易事，剛剛引進時不可避免地會發(fā)出錯誤警報。比如在發(fā)出警報之前就出現(xiàn)了故障，或者警報發(fā)出得過早等問題。不過，在積累數(shù)據(jù)的過程中，我們做到了設置更有科學依據(jù)的閾值，警報的準確性也有所提高。 在過去，要想找到機器發(fā)生故障的原因，只能靠維修負責人的經(jīng)驗、感覺和五感來分析原因。然而，通過推行IoT化，現(xiàn)在則可以根據(jù)動作和狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行科學分析。

不僅可以預測，還能在故障發(fā)生后回顧數(shù)值的變化過程，詳細探討原因及問題所在。應該說，這些正是得益于通過IoT實現(xiàn)的機器狀態(tài)“可視化”。

――你是說IoT在查明故障原因方面也將發(fā)揮作用。

是的。所以我們也在考慮今后增加更多數(shù)據(jù)分析人員。除了完全掌握機器和工廠方面的專業(yè)知識的維修負責人之外，我們還需要能夠通過觀察數(shù)據(jù)，分析趨勢和規(guī)律的專家。從某種意義上來說，二者屬于不同的領域，但我認為把他們聯(lián)系在一起也是我們的職責所在。 ――對數(shù)據(jù)的運用似乎也會成為提高維修質(zhì)量的關(guān)鍵。

從這一角度出發(fā)，我們還很重視維修負責人之間的數(shù)據(jù)共享。我們使用了配合IoT化引進的提高維修質(zhì)量的支持系統(tǒng)——“TEAM”（TEAM是由福井村田制作所策劃并通過改制合作伙伴的解決方案推出的系統(tǒng)）。 就像醫(yī)院的病例一樣，我們將每臺機器到目前為止的維修和更換記錄以數(shù)字化的形式記錄下來，可以隨時在平板電腦等設備上查看。此外，針對基本零部件的更換等，我們還準備了電子指南，經(jīng)驗尚淺的工作人員也可以通過閱讀指南進行操作。 之前也有過記錄每臺機器的維修、更換記錄的系統(tǒng)。但是，由于數(shù)字化進行得不夠徹底，還發(fā)生過維修負責人為了查看資料，不得不從車間回到辦公室的情況。在一間大工廠里，這種移動就是一種損失，而記錄也并沒有得到較好的利用。 利用TEAM，就可以在平板電腦上隨時隨地查看資料，這一點也有助于提高效率。最重要的是，記錄的有效利用形成循環(huán)后，負責記錄的人自然就會想要更加詳細地記錄。所以我們能切實感受到“病歷”的質(zhì)量正在逐漸提高。 ――這種“共享”有助于縮短維修時間，提高質(zhì)量。

是的。另外還有一個功能，那就是TEAM可以向維修團隊顯示當前需要完成的任務的列表。維修團隊可以看著列表決定任務的優(yōu)先順序，并合理地分配維修負責人。以往都是在發(fā)生故障后直接聯(lián)系維修負責人本人，這就導致了任務集中在一個人身上，或者需要優(yōu)先處理的任務被推延的情況。 由于現(xiàn)在對任務進行的是集中管理，因此維修負責人之間就可以協(xié)調(diào)分配工作。當然，預測性維護的警報響起時，這一情況也會反映在TEAM中，這樣維修負責人就可以迅速地處理問題。

2016年，福田村田制作所制造車間的IoT化實際成形，引進IoT所帶來的數(shù)字上的變化顯示了IoT化的優(yōu)點。但是，另一方面，即使了解了IoT的優(yōu)點，卻難以將其實際引進的煩惱，也困擾著許多人，并存在難以得到上級理解的情況。那么，福井村田制作所是如何成功推行IoT化的呢？

福井村田制作所為實現(xiàn)完整的IoT化而描繪“夢想”

前面，我們詢問了福井村田制作所推行的通過IoT化實現(xiàn)預測性維護的具體系統(tǒng)和成果。接下來，我們將回顧制造車間實現(xiàn)IoT化的過程。 有許多人表示，“雖然知道IoT化的必要性，但卻很難具體落實”。那么在推廣IoT的過程中，他們看重的是什么呢 ――IoT化的重要性雖然被多方提及，但應該也有很多車間在為難以具體落實IoT化而煩惱。從這次的案例來看，你認為推行IoT化的關(guān)鍵要素是什么呢？

有幾個關(guān)鍵要素，我認為其中最重要的應該是“能否描繪出最終形態(tài)的夢想”。IoT化本身并不是最終目的，我們要為了實現(xiàn)企業(yè)所描繪的夢想和理想而推行IoT化。我們認為這一點是很重要的。

并不是因為IoT普及了所以才引進，也不是因為市面上有了好的設備和傳感器所以才使用。

再進一步說，僅僅是為了解決眼前的問題這一動機也不夠充分。我們的預測性維護也面臨過“突發(fā)故障難以處理”、“等待維修的設備太多”等眼前的問題。

不過，并不僅僅是為了解決這些問題所以才需要推行IoT化，這樣做是為了設想10年后公司的理想形態(tài)，描繪出一個最終形態(tài)的夢想，并努力將其實現(xiàn)。我認為這一點才是讓公司全體都參與進來的關(guān)鍵要素。 如果能明確地說明這一點，那么上級領導和管理層也就有可能接受這一想法，從而產(chǎn)生推動力。 ――在這次案例中，你們所設想的最終形態(tài)和夢想是什么呢？

首先是提高人均生產(chǎn)率。 隨著人口的不斷減少，我們必須要用較少的人數(shù)實現(xiàn)與以往相同或者高于以往的產(chǎn)量。我認為IoT化是實現(xiàn)這一目的的一種手段。比方說，如果我們能夠利用IoT將以往的一部分操作自動化，那么操作人員就有余力進行其他工作。 此外，如果能夠通過IoT獲取每臺設備的動作或狀態(tài)的數(shù)據(jù)，即使沒有豐富的經(jīng)驗和知識，也有可能完成簡單的檢查和確認。 因為不需要接觸設備，只要通過數(shù)據(jù)就可以判斷發(fā)生故障的可能性。我談到了通過IoT將設備的狀態(tài)“可視化”，如果能夠盡可能地用簡單易懂的方式顯示數(shù)據(jù)，或者將描述修理方法的指南以數(shù)字化的方式顯示出來，那么就有更多的人能夠進行該項作業(yè)。 這樣一來，我剛才提到的那些操作人員就可以分擔一部分技術(shù)工人的工作。同樣地，利用IoT，技術(shù)工人也可以逐漸地多做一些其他工作，這樣每個人的工作范圍都會一點點地擴大。我想這就是所謂的提高人均生產(chǎn)率。 ――也就是說，我們要描繪、設定這種最終形態(tài)。

是的。在此基礎上，還需要創(chuàng)建詳細的、有邏輯說服力的數(shù)據(jù)，說明現(xiàn)行方法產(chǎn)生了多少損失，以及到目前為止的不足之處。在這次的預測性維護案例中，我們調(diào)查了設備停止運行的停機時間，并計算出其中事后維修所占時間的百分比。 而且，我們還具體估算出如果減少事后維修所造成的停機時間，一個月將增加多少產(chǎn)量，并用這個數(shù)字說服了大家。設定最終形態(tài)的目標，并全面徹底地考察現(xiàn)狀。通過這種方式，IoT化的必要性最終得到了大家的理解。 ――具體落實到業(yè)務時，你們遇到過困難嗎？

當然遇到了。從車間工人的角度看來，即使明白了道理，也很難邁出第一步。因為工作方式將徹底改變。所以我們想到了“專職化”的概念。 我認為像這樣的改革很難用其他工作的余暇時間來完成。例如，就預測性維護而言，眼前的設備出現(xiàn)的故障尚未解決，就不可能有余力對尚未發(fā)生故障的設備進行預測性維護。這就是為什么我們增設了只負責預測性維護的人員。 首先，我們在工廠里設置了一條預測性維護的示范生產(chǎn)線。然后派出7名掌握了專業(yè)技能的成員，組成專門負責預測性維護的團隊。他們的工作包括選擇安裝到每臺設備上的傳感器、收集數(shù)據(jù)、針對各個數(shù)據(jù)設置發(fā)出警報的閾值，以及在發(fā)出警報時進行維修。 我們能夠有今天的成果，正是因為有他們來專門負責預測性維護。此外，這7名成員也都熟知各個流程。這是因為我們希望能由有話語權(quán)和影響力的人員來負責這項工作。當示范生產(chǎn)線獲得成果時，我希望有人能夠?qū)⒔Y(jié)果和有效性準確地傳達給周圍的人。所以我們邀請了有較大說服力和影響力的成員加入了團隊。 ――這7個人對這次案例的推行有何感想？他們是在接受了你的想法后開始這次的項目的嗎？

是的。我們的團隊就我剛才提到的最終形態(tài)和IoT化的意義，以及當前的問題進行了反復討論。就好像是培養(yǎng)信徒一樣，沒有任何技巧。當這7個人有了相同的愿景后，我們就開始了實踐。

在一條生產(chǎn)線上進行實際驗證，并用驗證的實際結(jié)果獲得支持者

――最開始進行預測性維護的生產(chǎn)線在全工廠只有一條嗎？

是的。我們從小規(guī)模做起，首先在一條生產(chǎn)線上進行了驗證。 我們對這條生產(chǎn)線實施了預測性維護，并拿出了事后維修有所減少，能力利用率和生產(chǎn)率有所提高的實際結(jié)果。這是一種類似于實際驗證的形式。以實際結(jié)果作為說服大家的材料，我們將預測性維護擴大到了其他生產(chǎn)線上。我們以“預測真好”為口號，逐漸地獲得了更多的支持者。 IoT化的推行離不開公司的這些后援。要想獲得協(xié)助，還是得清晰地描繪出最終形態(tài)的夢想，并向公司上級傳達IoT化的必要性。 ――反過來說，在推行通過IoT進行的預測性維護的過程中，你注意到了些什么呢？

和成本之間的平衡。 就預測性維護來說，將傳感器安裝到越靠近設備末端的位置，就越能獲得詳細的數(shù)據(jù)。然而，另一方面，這也會增加成本負擔。 在推行IoT化時，我們首先舉出了該設備中存在的最大的問題。比如成品數(shù)量不足、設備發(fā)熱等。我們挑選出一個問題，思考發(fā)生問題的原因和應當設置的傳感器。這時就要考慮到兼顧成本的問題。 以汽車為例，假設汽車存在行駛過程中乘坐感容易下降的問題。為了找到問題的原因，理想的方法應該是在懸架和每個輪胎上分別安裝一個傳感器并收集數(shù)據(jù)。 但是這樣一來成本就會增加。如果是這樣的話，可以選擇只在方向盤上安裝傳感器，在方向盤是正著的但汽車卻轉(zhuǎn)向了一邊，或者方向盤的動作出現(xiàn)異常等時候，根據(jù)方向盤的數(shù)據(jù)發(fā)出警報。 當然，僅靠這樣并不能弄清問題是出在輪胎、懸架還是其他地方。不過，在檢測出方向盤出現(xiàn)異常時，維修負責人等技術(shù)人員就可以立刻進行調(diào)查。這種方法成本較低，而且還可以預測故障。 ――也就是說，并不需要用傳感器感測所有原因，而是應該考慮和成本之間的平衡，再決定在哪里安裝傳感器。

是的。不僅是成本方面，在培養(yǎng)人才方面也需要考慮平衡。 雖然在末端安裝的傳感器越多，就越容易確定設備出現(xiàn)故障的原因，但從培養(yǎng)維修負責人的角度來講，或許應該更多地考慮一些其他因素。雖然應當通過IoT簡化作業(yè)以提高人均生產(chǎn)率，但提高每個人的個人能力對于提高生產(chǎn)率也是有積極作用的。關(guān)于這一點，我認為應該配合公司的方針等進行調(diào)整。 ――最后請談一下你對未來的展望。

我們的目標還是要提高人均生產(chǎn)率。為此，目前的主要任務雖然是實現(xiàn)設備、生產(chǎn)線和生產(chǎn)流程的IoT化，但我認為我們也可以引進更多將重點放到個人身上的IoT。例如，我們可以通過確認身心狀況的可穿戴設備，將公司員工健康情況的管理數(shù)據(jù)化，幫助員工在工作時發(fā)揮更好的表現(xiàn)。 在通過引進IoT來提高效率的方面，我們經(jīng)常會聽到“省人化”這個詞，也就是節(jié)省人力資源的意思。但除此之外，我認為靈活利用人力資源的“活人化”這一角度也非常重要。如何成為讓每個人都能發(fā)揮強項的公司？我希望能以此為目標來推行IoT化。

福井村田制作所 工業(yè)工程師久保寺。1994年加入福井村田制作所。在從事制造、維修、制造合理化的第一線工作之后，現(xiàn)在在推進設備維修業(yè)務的流程創(chuàng)新方面發(fā)揮著核心作用。為了完成從事后維修到提前發(fā)現(xiàn)問題、防患于未然的維修業(yè)務的轉(zhuǎn)型，他引進了“預測性維護”。此外還推行了明確預測性維護流程、建立預知性監(jiān)測技術(shù)、推行落實實際應用的方針等方面的工作。另外，他還參與了維修業(yè)務支持系統(tǒng)的開發(fā)工作。項目開始3年后，事后維修時間成功地減少到了原來的一半。

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