质量4.0：以人为本的物联网解决方案

物联网、工业物联网、边缘计算、工业4.0、大数据……关于这些术语，每个从业者都有自己略微不同的定义。这里面有一个被大多数定义所错过的含义，这个含义将改变质量从业者对自己所使用的连接技术的看法，即：人与物联网的结合，将为生产场所创造一个全面的解决方案。

物联网的困境

最初，互联网是关于“物”的连接——节点到节点、节点到计算机。实现这一切的骨干技术的基本原理大致保持不变，发生变化的（并且以令人瞠目结舌的速度发展的）是计算能力呈指数级增长，成本呈指数级下降。虽然“物联网”这个词可能是一个误导，但物联网是受这个宏观趋势驱动的。随着计算设备的小型化和部署成本的降低，硬件和软件制造商正在寻找物联网的新用途。

在工厂车间，物联网意味着将机器连接起来，同时收集机器的性能数据和传感器的数据。衡量整体设备效率（OEE）等关键绩效指标将变得非常容易，因为统计所需的大部分数据都是使用便宜且可获取数据的传感器自动收集的。OEE易于追踪，并且可以粗略地代表运营效率。通过类似OEE的简单测量，工程人员和管理层为提高质量和效率所采取的行动可以通过加分或减分来评价。这些简单的度量标准是如此的成功，以至于提供不同复杂性等级的机器监控应用程序的供应商，已经形成了一个产业。

但是制造业中人的因素呢？你如何衡量整合了机器和人员的整体流程效率（OPE）？你如何知道换模程序是否被遵守？操作员是否正确使用了导热膏？O形圈是否被正确放置？能够持续生产优质商品的员工是谁？他的良好表现是否以时间成本为代价？对物联网的传统观点通常只关注机器，往往不能回答这些问题。

即使是自动化程度最高的设施，也需要操作人员负责正确装配、维护和监控。现在我们可以轻松地从机器收集大量数据，我们也可以密切监视它们并在问题发生之前进行预测。不过，这不是工业4.0的承诺吗？如果你没有很好的方法让操作员基于机器的数据采取必要措施，或者你没有办法验证过程是否被正确完成，那么机器数据就是无用的。此外，无论是出于合规性还是优化运营管理的考虑，你都需要对这些人员的操作进行追溯。与机器不同，人类操作员没有方便的通信接口，来让我们理解他们正在做什么，以及出现了什么错误。虽然制造商通过物联网对机器的了解程度越来越高，但制造环境中的人为因素仍然是一个黑匣子。

我们在工厂中使用的传统质量管理系统（QMS）采用的方法大多以操作员为中心，但它们也受限于僵硬的工作流，难以根据实际车间场景进行定制。它们提供的是孤立的接口，不方便用户使用，并且缺乏简单和便宜地与机器、传感器和工具集成系统相连的能力。事实上，质量是一个不断变化的目标，需要一个灵活的软件平台来适应不断变化的工厂环境。信息技术引导的定制开发项目可以生成适合工厂独特环境的质量系统，但是它们往往昂贵并且部署非常耗时。同时，定制的属性使它们难以维护和升级。

新一代质量工具

展望未来，我想分享几个将车间物联网整合到一个灵活的、高质量集成的、以人为中心的软件系统中的实例。

在注塑成型公司Techniplas，手动装配工作站配备了一个集成了传感器的制造应用程序，以帮助、指导操作员完成将软管组装到歧管的半自动化过程。该工作站的部件组装形式多样，每个产品变体在外观上都很相似。此外，组装机器的压力供应不足可能导致组装好的部件看上去没问题，但在下游的质量控制中却被发现不合格。Techniplas采取了下述集成解决方案：将一个小型物联网网关设备连接到压力传感器和简单的按灯拣货系统，用以选择正确的零件；这些设备又连接到提供操作员交互式标准作业程序（SOP）的计算机。随着装配的进行，按灯拣货系统照亮正确的零件箱，传感器确保气动系统符合规格要求。如果超出规范，系统会呼叫主管，操作员也将收到视觉警示。内置的分析引擎收集生产数据，并将其实时提供给生产线主管。最终结果是：工作站实现了零缺陷。

Techniplas的制造工程师香农•尼克尔斯说：“产量增加了，我们将缺陷减少到了零。系统持续收集数据，通过内置的分析功能，我们可以查看每个部件、每个步骤所需的时间，以确定瓶颈并专注于单个步骤。该系统还能用于培训操作员，而不必专设一个操作员来当培训师。作为负责生产线的工程师，我可以对制造应用程序进行完全控制，并且可以对其进行定制，增加操作员工作流程和传感器集成，而无须编写任何代码。”

未来质量体系的另一个例子可以在Dentsply Sirona公司看到。该公司的牙齿综合解决方案包括耗材、设备、技术和特殊产品。Dentsply Sirona的种植部门提供口腔种植全阶段的解决方案，包括通过其Atlantis产品组合来设计和制造适合特定患者的牙基和牙冠。

Atlantis解决方案是为每位患者量身定制的，每个产品包都包含各种部件的组合，例如螺钉和种植指南——指导临床医师安装牙齿种植体。每个包都是独一无二的，并有数十万种组合方式。显然，在正确的部件盒子中拿取正确的部件至关重要。

为了成功实现包装和交付的准确性，Dentsply Sirona种植部门利用制造应用平台设计和部署了一个高质量的应用程序，以支持产品验证站，并对操作员进行指导。在标准计算机上运行的制造应用程序会显示简单指导，其复杂的后端系统将直接与Dentsply Sirona 种植部门的ERP系统进行对话。同时，集成的按灯拣货系统会照亮所需部件的箱子。整个验证流程可以动态地指导操作员完成包装顺序，从而降低完成订单时出现错误的风险，使得整体质量结果不再仅仅依赖于操作员。这可以实现标准化的工作流程，减少新操作员的培训时间，提高产出，并实现更好的质量结果。

Dentsply Sirona种植部门的高级过程工程师丹•罗恩说：“通过充分利用现有的后端系统，我们能够控制一个非常复杂的、具有成千上万产品变体的流程。该系统是自选式的，所以我们能够根据需求定制制造应用程序，自己解决问题，减少对外部供应商的依赖，并更好地集中我们的信息技术资源。今天，我们有能力从我们的流程中获得真实、有用的数据，帮助员工更好地了解流程效率，同时针对每一个订单、每一个部件有效地实施管理。”

这两个系统都将交互式工作指令（人为因素）与基于传感器的防错功能结合在一起，如此，一些简单的系统也可能产生巨大影响。

制鞋公司新百伦面临的挑战是该公司的产品质量在很大程度上依赖于一个手动的过程。使用纸张来收集数据很困难。此外，很难从所有收集到的数据中调取有用的信息，并在一条生产线与下一条生产线之间分享缺陷信息，更不用说工厂之间的信息共享。在生产车间，新百伦采用了一个高质量的软件系统。该系统具有操作界面友好的特性，并使用分布在整个工作流中的平板电脑和触摸屏计算机收集丰富的数据。在质量检查点，操作员只需点击存在问题的鞋子图像即可进行分类并报告缺陷。这些简单的 “数字表格”取代了书面表格，后者需要大量纸张，而且必须手动输入计算机并在计算机上制表。新百伦公司制造创新副总裁伊迪丝•哈蒙说：“借助该系统，我们现在能够捕获所有的实时数据，并了解生产问题的根源。我们现在对数据有了更多的信心，并在此基础上进行数字化分析。我们可以把全程数据反馈给设计师；可以使用这些数据进行工厂到工厂、价值流到价值流的追踪；还可以将精益管理实践数字化，并促进整个设施的标准化工作，以更好地衡量质量和绩效。”

未来将何去何从

这些案例中质量软件系统之间的共性，是采用了自选式制造应用程序，使流程工程师能够创建和维护以操作员为中心的质量工作流程，完全根据特定的制造流程进行定制，并利用车间即插即用集成的物联网来跟踪和验证操作员工作流程。每个人都能使用合适的技术直接将质量要求嵌入到流程中——在某些情况下，就像平板电脑操作一样简单；在其他情况下，在多个传感器和操作员界面之间提供直接反馈。对于制造商来说，这是所谓“物联网”的难得机遇：实现了车间人员、工具、机器与使用的传感器、执行的程序之间“最后一公里”的连接。