1、精益生产概述

　　众所周知，精益生产力求消除生产过程中的一切浪费，追求零缺陷、零库存；使用最少的资源和最小的成本，生产出最具价值的产品，并在最合适的时间交付给客户。精益生产的目标是实现生产制造的最大合理性和高效性。

　　精益生产最初是美国麻省理工学院在一项名为“国际汽车计划”的研究项目中提出来的。1985年，在美国麻省理工学院丹尼尔鲁斯教授的领导下，组织了几十名专家学者，用了五年时间对十几个国家的众多汽车装配厂进行实地考察，做了大量的调查研究，对西方的流水线生产方式与日本的丰田生产方式进行对比分析。最后，在1990年出版了《改变世界的机器》一书，书中第一次把丰田生产方式定名为 Lean Production，即精益生产方式。

　　在追求生产最大合理性和高效性基础上，精益生产方式还必须支持灵活生产和快速应对各种需求变化。做为一种先进生产方式和管理技术，精益生产方式的基本原理和诸多方法对现代制造企业具有非常积极的意义。

　　精益生产理念一经提出就在制造业引起了轰动，掀起学习实践精益生产方式的持续热潮，帮助很多企业取得了巨大的成功和经济效益。目前，越来越多的制造企业都在迈向和实施精益生产。

　　2、数字化转型趋势：精益数字化工厂

　　随着计算机技术在工业领域应用不断延伸和深入，对提升生产力的影响也越发重要。目前，企业数字化转型正方兴未艾，蓬勃发展，此乃大势所趋；数字化转型成功意味着企业在未来的竞争中占得先机，立于不败之地。但不管企业在其数字化转型上采取怎样的具体路线和措施，其根本目标仍然是通过打造数字化工厂和数字化企业，实现增强企业的综合盈利能力和综合竞争力。这个根本目标的实现仍然要通过提升效率、降低成本、缩短上市时间和提升产品质量等这些具体内容来逐步达到，与传统精益生产模式所追求的目标是一致的；不同的是，在数字化转型驱动下，实现这些具体目标有了更便捷以及可量化的IT手段，我们可称之为数字化精益生产。

　　相比于传统精益生产，数字化精益生产方式具有更丰富更直观更强大的工具和方法帮助企业识别浪费、消除浪费、降低成本、提升效率等。具体来讲，传统精益专注于消除生产低效性，防患于未然，并动员整个生产团队的参与；典型的精益工具包括：快速换模、价值流图分析、5S、看板管理、持续改善和根本原因分析等。而数字化精益生产则更专注于量化数据分析和系统整体效能改进优化，通过改善工作流，量化分析现有流程步骤、作业顺序和作业参数等，进一步优化整个制造生产系统的运营方式。

　　数字化精益生产可以更快更好地提升企业的综合盈利能力和综合竞争力，从这个方面来讲，企业数字化转型就是逐步打造具有精益生产模式的数字化工厂。数字化精益生产是通往数字化工厂和数字化企业运营的必由之路，帮助制造企业将传统分析工具转换成可量化的数字化工具，在数字化环境下全面评估生产假设预案、仿真生产场景和动态计算生产效率、成本等数据，降低企业在数字化转型和技术升级过程中的风险。

　　同时，数字化精益生产也是数字化制造的重要组成部分，也是数字化供应链的关键支柱之一。实际上，数字化精益生产正在开创的一整套崭新的方法和工具，帮助制造企业持续改进生产方式，优化生产运营，直至实现完美精益数字化工厂。

　　3、PlantSimulation 工厂仿真解决方案

　　工欲善其事，必先利其器；数字化精益生产不仅有其理论和原则，也有其相应的实践方法和工具。企业若想切实推行数字化精益生产，首先需要对自身运营环境和制造生产状态有非常透彻的了解，借助计算机技术量化识别出增值、非增值活动，识别出各种浪费等，然后在此基础上，对识别出的各种浪费进行消除，尽量减少非增值活动，以数字来直观呈现最佳精益生产方案，这直接决定了企业推行精益生产的成败以及所能取得的效果。在这方面，Plant Simulation工厂仿真软件提供了众多的数字化精益生产工具，能够帮助企业更好地实施数字化精益生产。

　　PlantSimulation是西门子Tecnomatix数字化制造解决方案重要组成部分，用于生产和物流系统的建模仿真，是面向对象图形化的离散事件仿真系统。Plant Simulation可以应用到各种规模的工厂和生产线，可对所给定产系统下的产能、节拍、物流、库存等进行建模仿真；仿真运行输出为可量化分析的状态数值、表格、图表和曲线等数据，并以动态可视化的形式进行展示。通过对仿真输出进行分析评估，可以方便快捷地找出系统存在的问题并对其进行改进和优化，从而达到精益生产所追求的完美目的；因此，Plant Simulation工厂仿真软件是企业数字化转型实现数字化精益生产过程中必不可少的量化器和助推器。

　　西门子Plant Simulation是当前同类产品中应用最广，评价最高的解决方案。在国际主流汽车主机厂中，已基本都采用了本产品来提升工厂的精益性。经历众多实践，西门子Plant Simulation已发展具备如下独特的特点和优势：

　　（1）高效的建模和丰富的数据展示方式

　　PlantSimulation是对生产过程和物流系统进行建模仿真的专业工厂仿真软件工具，用于创建工厂生产物流系统的数字孪生模型，对其进行仿真分析，洞察系统特征并优化其性能。Plant Simulation具有面向对象的三维建模功能和强大的随机数理统计分析功能，内置丰富的基本对象和应用对象库；在不中断生产的前提下或在实际生产系统安装前，进行系统建模、运行仿真试验和假设预案，运用内置的强大分析和优化工具评估各种生产方案。

　　PlantSimulation可以仿真各种规模的工厂和生产线，可以对各种生产系统，生产线的节拍、批量、生产单元、机群等进行仿真、分析和优化。可以在考虑不同大小的订单与混流生产的复杂情况下优化生产布局、资源利用率、产能以及整个物流和供需链。

　　PlantSimulation通过建模仿真可以动态量化分析企业的生产制造过程状况，可以准确统计制造对象的数据，例如生产时间，资源利用率，设备的等待、故障、堵塞、闲置和有效使用时间等。基于所统计的数据和仿真结果，可从不同角度，如生产线工作负荷，设备故障、空闲与维修时间，缓存区、设备、劳动力的利用率等进行动态统计分析和图示化；Plant Simulation具有丰富的数据展示手段和方式，包括山积图、饼状图、柱状图、曲线图等，帮助用户快速直观发现和理解所关注的目标情况。

　　（2）专业的产线分析工具

　　PlantSimulation还提供了瓶颈分析仪，Sankey流量图和甘特图等分析工具，直观便捷分析产线的运行状态。

　　•   瓶颈分析仪以动态图示化的形式显示出生产线上各设备或工位的工作、空闲、堵塞以及故障等状态，显示出资源的利用情况，以2D、3D的方式显示或以数据表格的方式保存，可以方便快捷地识别、分析出系统的瓶颈所在。

　　•  Sankey流量图以动态图示化的形式显示出生产线上不同物料的流动情况，将物流密度可视化，直观地显示当前配置下的物料传输量及传输方向，方便快捷地分析系统的物料流动情况。

　　•   甘特图（Gantt）显示功能用图示化的方式表示生产计划并可对其进行交互操作；可以用两种不同的方法来表示生产顺序和资源安排：资源视图和订单视图；在资源视图里面，资源显示在垂直轴上，而水平时间轴则显示其执行订单；在订单视图中，订单显示在垂直轴上，而水平时间轴则显示订单占用的资源。

　　使用这些分析工具，可以直观快捷地对工厂进行生产线平衡分析，物流运输密度和流向分析，生产计划执行以及资源利用监控等，可视化展示产线的问题所在并进行改善。

　　（3）多种仿真优化和评估工具

　　PlantSimulation拥有多种仿真优化工具，帮助客户高效便捷地改善产线；“遗传算法”（Genetic Algorithms），可以对生产系统和生产方案进行自动优化；试验管理器可以进行仿真试验和因子分析，找出最佳的系统参数配置等。

　　另外，Plant Simulation还拥有专用于数字化工厂精益生产的工具：PlantSimulation VSM（Value Stream Mapping）价值流图。

　　价值流图又称价值流程图，用于可视化描述贯穿于整个生产制造过程的物流和信息流，在系统层面观察分析企业的整个生产流程，识别出增值、非增值活动，识别出各种浪费并进行改善的必备精益生产工具。

　　传统的价值流图是通过各种符号与图形，形象化描述生产制造过程中的物流、信息流和过程流以及时间，只能对企业价值流进行静态计算和分析，不能反应价值链的动态状况和根原因分析，难以发挥价值流图的最大功能和效益。

　　PlantSimulation VSM带有标准价值流图符号库，易于使用和重用；采用拖拽式、向导式参数化设置的建模方法快速构建价值流图。

　　Plant Simulation VSM可以对构建的价值流图进行动态仿真和分析评估，内置众多的价值流分析工具；仿真过程中动态分析显示资源利用率、缓冲区使用、吞吐量与生产时间等情况，识别增值与非增值业务并可沿着价值流追踪产品流转过程；另外，Plant Simulation VSM支持对多个不同的价值流方案进行仿真分析。

　　PlantSimulation VSM包括完整的价值流分析流程，通过动态建模仿真发现和消除浪费，缩短和优化整体生产通过时间，最小化在制品库存等，提升企业的精益生产水平，帮助企业快速迈向精益数字化工厂。

　　（4）集成化延伸全生命周期应用

　　PlantSimulation是一个开放的建模仿真环境，具有丰富的外部接口用于数据交换和系统集成，接口包括：HTML/XML、动态数据交换DDE（DynamicData Exchange）、ODBC、SQL数据库、OPC接口等，方便与ERP、MES的系统集成。同时，Plant Simulation还提供了PLM系统Teamcenter平台的专用接口Teamcenter Interface，用于集成TCM（Teamcenter Manufacturing）系统；通过这个接口，Plant Simulation可基于TCM中的结构化工厂工艺数据（Plant BOP）和结构化产线数据BOE（Bill Of Equipment）进行建模仿真，分析优化生产物流系统，仿真优化结果可保存在TCM系统中管理，实现工厂模型全生命周期管理。

　　另外，Plant Simulation还可以集成业界著名的多学科分析和优化软件---西门子HEEDS，利用HEEDS高级搜索算法在给定参数设计空间内快速完成实验设计(DOE)以及搜索到最佳解决方案；再结合HEEDS后处理功能, 对多种生产数据进行相关性分析，深入洞察分析工厂生产系统各参数的内在关联性，识别出系统问题的根原因并进行改进，快捷优化工厂，帮助企业做出更好的决策。

　　4、小结

　　PlantSimulation工厂仿真通过对生产物流系统的数字孪生建模仿真，为企业工程师和管理人员提供了量化的分析优化工具，在虚拟数字化工厂中就可以看到提前规划的结果，提早发现问题，解决问题并进行优化；在实际生产开始前确保生产过程的最优，帮助企业提升精益生产水平，助力企业及早实现精益数字化工厂。

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