制造业的卓越运营法译文改

流程制造业的卓越运营法通过实时可见掌控绩效来源：Aberdeen， 宋微编译摘要为了实现卓越经营，流程制造企业必须能够在满足客户期望的同时控制成本结构。 Aberdeen集团此前研究表明，一流的企业在制造过程中通过制造系统和业务系统之间即时地相互协作实现了可见性。 在本研究报告中，我们将介绍和衡量一流的流程制造企业是如何实现卓越运营的。一流绩效Aberdeen集团用四个关键绩效标准来区分一流的企业。一流的制造商平均做到了： 99 遵守生产日程安排； 99 完美订单率； 97 总产率； 94 设备综合效率（OEE） 。竞争力成熟度评估调查结果表明，拥有一流绩效的企业具备一些共同的特点： 一流制造商在制造过程中做到实时可见的比例超过落后者两倍； 一流制造商能够在组织中明确基于可见性的责任，以应付突发事件，其比例超过落后者 63%； 一流制造商能够做到产品设计系统和业务系统一体化，其比例超过落后者五倍。需要采取的行动除了本报告在第三章中提出的具体建议，为实现一流绩效，公司还必须做到： 注重降低成本措施，减少总资源的消耗； 对突发事件，以可见性为基础精确界定责任；对不合格产品，采取即时警告措施，以便于制定最优方案； 在关键系统中提供实时的互操作性，实现不同职能领域之间的可见性，例如设计系统与业务系统之间；供应系统与制造系统之间；制造系统与企业资源计划（ERP）之间。第一章：一流绩效评估经济背景流程制造业企业通常面临着全球化、资产密集、利润率低和高度动荡性问题。在现今能源成本和自然资源价格均飙升的经济背景下，面对日益全球化的市场，公司必须设法把降低营运成本作为一种手段来保持竞争力和增加收入。要取得成功，重要的是在生产过程中懂得如何利用自动化，强化管理，提高可见度，并且提升效率。Aberdeen此前研究表明， “一流绩效”的一个关键的与众不同在于，能够在多方面的生产中利用技术来获得操作的可见性。Aberdeen 集团 2008年 8月基准报告全球制造业务管理中曾提到，一流的企业能高水平地实现制造执行系统（MES）和其他企业系统的互操作性，如产品生命周期管理（PLM） ，能做到MES与 PLM互相协助的一流企业的比例比落后者多出 3倍；企业资源规划（ERP） ，能实现 MES与 ERP的互操作性的一流企业的比例比落后者要多出 33%；供应链管理（SCM） ，能实现 MES与 SCM之间互操作性的一流企业的比例将近落后者的 3倍。流程制造业中通常还使用其他系统来帮助管理与自动化层联系更紧密的制造过程。其中，控制系统（如集散控制系统 DCS、人机界面系统 HMI和数据采集与监控系统 SCADA）一般用来结合历史数据来控制产品流。作为整体业务解决方案的一部分，如何应用这些系统与这些系统的技术本身同样重要。本报告首先将评估流程制造业所面临的压力，并概述卓越运营的企业应对压力所采取的战略行动，另外还将阐述卓越运营如何发挥作用，让企业在制造业处于竞争优势地位。最后，将展示卓越运营如何将制造系统与业务系统结合起来，掌控并提升绩效。此外，报告还将介绍若干具体的技术手段，如连续操作中先进的控制技术，以及分批操作中的管理方法，这些技术手段能够帮助企业实现卓越运营。制造商压力如表 1，在制造商面临的几大压力中，降低生产成本的压力遥居首位。另一项成本压力是来自于全球低成本生产商的竞争（29 %） 。随着全球市场的成熟和供应链日益分散，制造企业意识到，如果不能成功应对全球价格竞争，或者做不到以差异化优势立足，则将快速失去市场份额。表 1 主要市场压力降低生产成本 76%控制流程作业的易变性 41%低成本源的全球竞争 29%法律规范 19%无法准确预测市场需求 18%环境影响 8%影响健康和安全的不良事件的最小成本预计 6%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月本着降低成本至上的原则，制造商可以转移视角至内部业务处理来解决其面对的巨大压力-减少和控制流程作业的易变性。流程制造业在给料和运行条件上存在很大的易变性，企业不得不系统地弥补这些变数，以保持高质量的生产。成熟级构架Aberdeen用 4个关键绩效标杆来区分一流的企业和行业中等水平者以及行业落后者。 生产日程安排详细规定每项工作完成的期限和效率； 完美订单要求完整无误并且准时完工； 总产率定义为实际产量 / 理论产量； 设备综合效益定义为有效性 X 性能 X 质量。上述标准不仅提供了衡量内部运作的基础，并且有助于在满足准时、无缺陷等客户需求的同时优化生产。根据这4项标准，我们将受访者归纳为三类（如表2所示）：行业一流者；行业中等者；行业落后者。表 2 各级别平均绩效水平成熟级界定 平均绩效水平一流者99 遵守生产日程安排99 完美订单率总体绩效评估中得分位于前 20%的企业 97 总产率94 设备综合效率（ OEE ）中等者总体绩效评估中得分位于中间 50%的企业94 遵守生产日程安排96 完美订单率91 总产率85 设备综合效率（ OEE ）落后者总体绩效评估中得分位于末尾 30%的企业81 遵守生产日程安排78 完美订单率84 总产率71 设备综合效率（ OEE ）来源：Aberdeen Group,2008 年 9月PACE模型面对日益增加的能源、原材料以及运输费用，要想降低生产成本就需要一套全面的战略计划来改进生产。表3详细列出了卓越运营所需的一流的战略行动、组织能力和技术利用。表 3 卓越运营的 PACE模型压力（Pressures）行动（Actions）能力（Capabilities）手段（Enablers）降低生产运营成本的需要作业绩效与企业绩效的目标同步化降低能源消耗有标准化流程，使整个制造过程的作业绩效最优化有跨职能的持续改进小组，负责改进作业绩效与企业绩效能够计量能源的消耗管理层使制造过程中的作业绩效达到实时可见各分工厂的绩效能够相互比较仿真建模技术（过程特性和控制系统动态特性）分析技术（操纵盘，EMI）高级过程控制（闭环校正算法，自适应算法，基于模型的控制）自动化控制以尽量减少非规格材料自动化控制以便优化级别过渡集散控制系统（DCS）人机界面/数据采集与监控系统（HMI / SCADA）历史数据库统计过程控制（SPC）来源：Aberdeen Group,2008 年 9月一流绩效战略如表 4，一流的企业采取了不同于一般企业的战略行动来处理市场压力。表 4 一流企业聚焦于多项战略行动战略行动 一流企业 其他企业将作业绩效与企业的绩效目标同步化 45% 28%降低能源消耗 42% 23%通过扩大生产量增加产能 39% 55%注重原材料管理（消除前置期，提高供应商质量） 24% 26%在操作过程中优化产品组合 24% 28%通过新建或改造增加产能 18% 16%建立或改进制造过程中基于可见性的角色职责 15% 17%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月对于前三项战略行动，一流企业有比较相似的采用率，一项针对组织，一项针对生产，一项直接回应最近三年内增加的能源成本；而其他企业趋向于更单一地以通过扩大生产量来提高产能为目标。一流企业将作业绩效与企业目标同步化，使业务与生产目标统一；他们同样通过优化生产总量来鼓励产能，通过大量生产来分散固定成本；同时他们也特别关注降低能源消耗的途径。值得一提的是一流的企业认识到降低能源消耗的重要性，并采取行动（其比例比其他企业高83%），他们认为高能源成本不仅在侵蚀公司利润，而且关联着其他成本消耗因素，如原材料价格和运输费用。Aberdeen观点战略在 Aberdeen制造业基准报告中，降低成本是一贯的主题。在此次调查中我们发现，降低能源消耗是一流企业面对成本压力所采取的首要战略行动。我们询问了制造商在过去一年里能源消耗的变化是如何影响特定成本的。表 5列出了该问题的结果。表 5 能源相关成本比去年增长比率成本 增长率生产成本 8%能源成本 19%运输成本 22%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月我们发现，一流的企业通过扩大生产的方式部分抵消了12.6%的增加成本，与落后企业（8.2%）相比高出了54%。另外，一流企业还把增长的8%的生产成本通过扩大产量而分散，有效地降低了其对单位成本的影响。在下一章中，我们将讨论一流企业在实现卓越运营的过程中业务流程与技术手段的关键所在。第二章：卓越运营的基准要求一流的企业胜过同行业者的竞争优势在于他们所具备的一些素质。 Aberdeen使用一个竞争性架构来描述这些卓越运营中所需的企业素质。个案研究沙特基础创新塑料沙特基础工业公司(SABIC)是全球生产化学品、化肥、塑料及金属品的领先生产商之一。而沙特基础创新塑料(SABIC Innovative Plastics) 正式成立于 2007年 9月,是沙特基础工业公司完成对通用电气（GE）塑料集团的收购后组成的一个新业务部门。该部门继续关注其主要的两大商业压力，并针对其 60多个分工厂的生产环节大规模地实施了绩效管理计划。在原有的公司方针（减少生产成本和改进设备正常运行时间）的基础上，沙特基础创新塑料（SABIC-IP）继续执行以作业绩效为中心的绩效管理计划。该计划在一个工厂内超过 1,700个过程控制环中应用。过程控制工程师，阿拉巴马州Burkville城的项目组长 Keith Phillips 说： “三年前我们启动了该计划的实施，因为管理层认识到我们需要优化和减弱由于操作的易变性而造成的不稳定性。”从控制系统和历史数据中收集的数据对绩效管理来说是不够的，SABIC-IP 需要在减少系统振荡并加强控制极限的问题上做出精明决策。在该计划实施之前，SABIC-IP都是用“感觉”来调整大多数过程控制环路的。然而关于上游操作中出现的问题将对下游操作产生何种影响，操作员并没有一个很好“感觉” 。很快SABIC-IP发现先进的监控能力能够解决这方面的许多问题。Phillips先生说：“氢压缩过程这一环有一个关键的环路，能部分地节省天然气能源。我们使用新的软件分析环路的互作用以后，发现上游风扇的一个简单的开关控制会导致氢压缩机温度上升。通过再调整风扇控制环路，能够加强我们的控制极限并减少对下游操作的影响。 我们发现，因为以前对氢压缩机有很大的控制极限，氢补充没有做到最大化，而通过加强上游控制和优化氢处理，我们每年能节省一百万美元的能源消耗成本” 。有了控制数据和结果作参考，过程控制工程师就能与工厂管理和行政部门进行沟通协调。 “以前我们不得不使用定性论据解释我们可能从哪里减少营业成本，但我们现在有了数据支持，可以为其展示通过加强控制来减小误差是如何省钱的”，Phillips 先生说。经过不懈的努力和改进，现在 SABIC-IP正着眼于更好的管理资产绩效。 “我们正专注于过程操作问题与建立或维护资产途径之间的纽带。当我们进行绩效管理过程中发现新的问题的时候，我们将此连接到资产绩效程序来对付问题根源。我们也为资产绩效程序建立了可靠性中心来掌控正常运行时间， 操作将辨认并区分出罪魁祸首，然后就交给维护来对付它了。 ”竞争性评估架构上一章中我们已使用一流绩效的架构来研究一流企业优于行业平均水平的各项素质。 除一般的绩效水平外，一流企业还共同具备五项关键能力：(1)流程(将流程标准化以使业务有效运营); (2)组织(成功的组织管理让不同部门成员协同一致，更有效地驾驭企业绩效); (3)知识管理 (知识管理决定了哪些数据能够转换成行动); (4)技术( 相应的软件和工具能够帮助企业提升绩效) (5)绩效管理(企业使用量化的数据来衡量绩效和决策行动，不断改善经营)。 下面列举了几项典型企业素质，一流企业的关键方法和最优方案给了我们一些启发和指导。能力与手段一流企业的三大战略行动（作业绩效与企业整体绩效同步；扩大生产量；能源消耗逐步降低）拥有相同的核心目标：在公司的每个操作阶段都做到实时可见，以便最大限度地减少突发事件带来的影响，改善本地绩效和培养合作环境，使企业目标得以实现。一流企业通过他们能力和技术做到了实时可见。流程和组织如表 6，一流的企业做到了标准化测量关键绩效指标（ KPI ） 。一般的企业也已经开始认识到这一点，并且能做到这一点的比例与落后企业相比约高 23 。为了使作业绩效与企业绩效相同步，整个企业必须使用相同的衡量标准。 对于大型跨国公司，特别是有跨国制造业务的公司来说，保证所有生产和经营地区使用统一的绩效指标计量以便能够做出最优的商业决定是一个巨大的挑战。如果所有地区的管理层在操作执行问题上能够有一致的理解，那么任何短板都能采取最佳措施，也能确保落后地区业绩的改善，实现企业目标。表 6：结构和组织能力一流企业 中等企业 落后企业标准化地测量整个企业的关键绩效指标58% 53% 43%标准化突发事件响应流程 59% 48% 44%流程对于突发事件，各级组织均有基于可见性的职责和责任的界定65% 44% 40%建立跨职能小组以应对领导层的指令68% 44% 44%跨职能持续改进小组负责改进作业绩效73% 62% 52%组织跨职能持续改进小组负责改善企业绩效55% 38% 31%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月一流的企业在如何应付如设备故障和业务上的紧急情况等不良反应事件这个问题上更容易做到规范化。团队中的每一个角色都知道如何应对不良事件的产生和影响，尽量减轻中断生产的损失、生产进程中原材料的损失以及运作效率的影响。 规范化还包括如何联系和动员不同团队的成员共同解决复杂的操作问题、升级程序，以及应对突发事件中紧急停机，以保护工厂设备和确保员工安全。在如何应对不良突发事件问题上，一流的企业建立并依赖流程标准化、组织规范化，以便在不良事件发生时起到实时可见、界定责任的作用。一般情况下，管理层会制定相应的指令，使每个员工都对其应该如何帮助公司解决系统性的问题有一个基本了解。一流企业通常能够更有效地响应这些指令，他们有标准的流程和规范的组织思维定势。与一般企业及落后企业相比，其做到这一点的比例约高50%.另外，一流的企业更容易在公司内建立一种文化转变。他们组建跨职能的持续改进小组来不断改善经营绩效，其比例比一般企业约高45%，比落后企业约高77%。同时，他们也认识到，帮助员工了解其个人的行动对提高企业业绩的重要性，亦是改善企业绩效的关键之一。知识管理和绩效管理表 7中 ，我们例举了一流的企业致力于收集哪些关键领域的有关信息，以及他们如何使用这些信息。 一流的企业拥有更多的自动化数据，并将自动化数据采集作为操作的必要部分。表 7知识管理和绩效管理能力一流企业 中等企业 落后企业管理层使制造过程中的作业绩效达到实时可见60% 32% 30%自动化数据收集 81% 64% 61%知识管理计量能源消耗 81% 66% 66%将能源消耗和成本最为关键绩效指标用来指导决策48% 46% 37%即时的不合格警告用于决策优化中55% 40% 34%绩效管理各分工厂绩效能够相互比较 81% 52% 39%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月随着最近能源成本的上升，我们发现尽管大部分企业也在跟踪能源成本，但能够做到这一点的一流企业高于中等企业以及落后企业约23%。然而，在绩效信息传递链到制定运营决策的水平上仍存在差距。一流企业能够将作业绩效数据转化到执行级别，其做到这一点的比例是中等企业的近两倍，并超过了落后企业的两倍。然而，当我们着眼于那些着手于处理能源数据的企业时，我们发现，即使是一流的企业也并未很好地执行战略行动去降低能源消耗。只有48 的一流企业采用了能源消耗和成本作为其关键绩效指标指导企业决策的制定。不过，通过掌握信息，一流的企业坚持以不合格产品为关注焦点，无论是原材料亏损还是突发事件情况，都做到保证产品合格率。一流企业最突出的优点，也许是他们能够更好将业务数据和信息转化到执行级别，能够组合比较各生产厂的绩效。其做到这一点的比例高出中等企业56%，将近是落后企业的两倍。有了这种能力，他们就能够界定哪些生产厂运营良好，哪些生产厂需要专门的理论来改善操作。技术流程制造比离散制造更加需要高度自动化。化学反应过程中衡量温度、压力、反应速率，以及外部条件对设备的影响，如腐蚀，设备振荡和其他可能影响设备运转的因素。如表 8所示，一流企业倾向于利用集散控制系统（DCS） 、人机界面/数据采集与监控系统(HMI / SCADA),以及历史数据库来控制生产线的运行。另外，行业一流水平者虽然可编程序逻辑控制器（ PLC ）的使用度较高，在这方面却并没有明显优势。在制造业领域的各系统中，资产绩效管理（ APM ）和企业制造智能化（ EMI ）被证明是持续改善行动中最重要的。APM 可以帮助更好地协调维护活动，以改善使用率，以及整体分析公司资产的持续健康和最佳绩效。EMI 正逐渐成为行业一流水平者将数据转化为行动的新途径。Aberdeen 在后面的报告中将深入分析这两项技术如何能够改善作业绩效。表 8 不同类别企业采用的技术种类应用层面 技术 一流企业 中等企业 落后企业人机界面/数据采集与监控系统（HMI / SCADA）80% 62% 61%可程式逻辑控制器(PLC) 84% 88% 79%集散控制系统(DCS) 70% 58% 48%控制系统历史数据库 82% 64% 68%资产绩效管理 (APM) 42% 29% 22%制造过程 企业制造智能化 (EMI) 24% 13% 14%企业资源计划(ERP) 67% 64% 62%供应链关系管理 (SCM) 57% 49% 40%业务系统产品生命周期管理 (PLM) 41% 26% 11%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月通过对受访者的调查，我们发现流程制造业中ERP系统的使用率不及其他行业。Aberdeen的ERP调研显示，过去两年中各行业约85 的企业应用了ERP系统 。流程制造业中，拥有强有力的供应网络确保连续操作不被中断是十分重要的。设计系统（如产品生命周期管理 PLM）最能区分出卓越运营。已经使用设计系统的一流流程制造企业的比例高于中等水平企业58%，并接近落后者的3倍。使用设计系统可以帮助企业掌控同源产品技术规格，淘汰不合格的产品。实时互操作正如表 9和表 10表明，要真正地实现卓越运营，首先必须实现各系统之间的互操作性。表 9说明的是将供应链与制造系统相整合的重要性；将产品的设计与品质相整合的重要性；以及将预期产品与实际产品生产相整合的重要性。当制造系统与控制系统整合起来后，来自于数据控制系统的数据是衡量资产健康和效率的重要数据。其中最突出的是 ERP（企业资源计划）与各个系统的整合，特别是ERP与 PLM（产品生命周期管理）和制造系统相整合。表 9 各系统之间的实时互操作一流企业 其他企业供应链与制造系统 60% 24%设计系统与质量管理系统 50% 27%控制系统与资产管理系统 44% 35%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月表 10 ERP与其他系统之间的实时互操作一流企业 其他企业制造系统与 ERP 100% 45%设计系统与 ERP 70% 13%资产管理与 ERP 67% 38%质量管理系统与 ERP 47% 35%控制系统与 ERP 45% 31%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月技术手段某些不同领域的技术可以帮助公司实现卓越运营。其中有的技术可以同时适用于连续流程操作和分批流程操作，有的则只适用于其中一种。拿可以同时应用在连续生产和分批生产的四种常见技术来分析，如表 11所示，使用过程特点和控制系统动态特性的仿真建模技术来测定局部单元操作的最佳途径的一流企业的比例相比其他企业高 81%。如果生产没有达到预期操作参数的效果，仿真建模就应当与诊断技术结合起来使用。使用分析技术来分析和描述操作的特性以改进生产的一流企业的比例高于其他企业约 64%。除此之外，相比其他企业，一流企业在使用统计过程控制（SPC）和高级流程控制技术上也更加普遍。SPC尤其适用于分批生产中，检测和控制有形资产和特定生产原料；也可以用做质量指标，确保整个产品流的样品测定达到预期的设计规范。表 11 技术手段技术 一流企业 其他企业仿真建模技术 47% 26%分析技术 41% 25%高级流程控制 67% 48%统计过程控制 55% 38%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月我们更精细地研究了仿真建模与分析技术和高级流程控制之间的协同作用，发现很多特定因素能够帮助改进连续生产和分批生产的绩效。如表 12，对于这些连续过程控制的具体技术手段，一流企业更有可能去分析，继而改善临界单元操作的控制限度和收益率。这些临界操作首先应当是高效的操作，然后应调整好适当的控制环路来加强控制限度，并根据上游单元操作对有关的下游单元操作产生的影响做出调整。 一流企业开始着眼于这些临界操作，透过利润目标来确保最佳时机的最优化。这描述了一种具体的方式，通过它可以把公司目标细化到操作中，并对底线具有持续的改善影响，有助于公司绩效目标的实现。表 12 连续过程控制一流企业 中等企业 落后企业环路调整软件 82% 56% 55%控制环路诊断技术 77% 63% 55%上下游环路配合调整 38% 30% 21%控制环路操作利润优化 33% 23% 20%自适应控制 65% 25% 34%动态矩阵控制 36% 23% 21%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月一流企业采用先进的控制技术改善绩效，这种技术是自适应控制和动态矩阵控制。通过自适应控制，控制系统可以获得其控制的整个物理过程的相关信息。这种技术考虑到不断变化的环境条件以及原料差异。通过动态矩阵控制，当物理流程运转时，流程的完整模型就确定并更新了。当情况发生变化时，更新的模型可以制备和把每一个变化储存下来，当需要时可以重新使用。表 13说明了一流企业能够在分批生产中的每个批处理中有效地利用先进技术来提高绩效。其中包括专门针对在某一批次运行中降低非规格材料的数量以及在批到批中优化级别转换的自动化控制算法。表 13 分批过程控制技术 一流企业 中等企业 落后企业用于尽量减少非规格材料的自动化控制 65% 47% 25%用于最优化等级过度的自动化控制 55% 36% 21%变更控制的配方参数 75% 64% 46%识别“黄金批次”最佳条件 55% 41% 36%来源：Aberdeen Group,2008 年 9月我们发现一流企业的另外两个与众不同的特点是：以管理为中心的参数和配方的变更控制；以及随着时间推移确定最佳工艺条件和配方参数，产生“黄金批次” （或“完美批次” ） 。一流企业通常倾向于在最初阶段就在设计系统中将主配方设置到位，然后根据实际批次去跟踪变化的配方，以了解生产过程。变更控制主要是维持预期的工艺条件，保持溯源能力，以便跟踪那些可能影响实际批次结果的意外进程变化。一流企业采用上述最佳的技术，获得了“黄金批次” 。个案研究Evonik DegussaEvonik Degussa是 Evonik工业集团的子公司，以特种化工产品为业务重点，在全世界 30个国家拥有超过 100个生产基地，年销售额超过 10亿欧元。 “在Evonik Degussa，我们创立了一个持续改善的独特观点，我们称之为高级流程作业” ，项目经理 Kai Dadhe说道。“我们引进与生产前沿密切接触的人，包括工厂经理、项目经理、DCS 和工艺工程师、当日领班以及生产线操作员等，他们对生产操作有着共同的兴趣和目标。我们建立这样一个小组帮助提高有关生产操作以及供应链决策的制定，核心目标是建立一个更可靠的流程操作模式。 ”10年前，Evonik Degussa开创了这条路，也是那时，该公司建立了一个生产数据管理的标准化平台。 “尽管我们密切关注着能源消耗成本，但生产量依然是我们首要关注的问题。数据处理工程师利用历史数据可以模拟各种情况来识别临界操作的瓶颈所在，以使我们能够增加产量；操作员可以使用趋势分析数据来发现潜在问题，如反应器中在催化剂钝化失活导致生产率降低等。我们正逐步朝着这种预见性维护的方向发展，以这种方式发现问题，更迅速地恢复到运行的最佳绩效。 ”Aberdeen见解技术仿真建模技术是流程操作获得适度可见性的一个重要部分。制造过程建模是流程中单元操作获得可见性的第一步。历史数据库中存档数据可以用来了解过程特性、温度、压力，以及进程中将如何响应外部的干扰。一流企业更有可能使用实时控制系统收集历史汇总数据，如 PLCs