数字化是什么?我所了解的数字化!

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作者:李兆华

学术与社会的潮流在鼓励数字化,且投入资金鼓励企业界导入数字化,但我每天所做的TPS则始终鼓励先作业改善再设备、计算机化改善,并不急于数字化,这中间有何问题?以下是我的思考。

回想自己的工作经验。1979年开始在水泥厂工作,可说是流程化制程,月产55,000吨水泥,都是机械化搬运与加工物料,人只做最佳操作参数设定、监控与异常处置,下图是位于科罗拉多州里昂的Martin Marietta Cement 的控制室。


这样的环境对一个新鲜人来说,非常具有吸引力,我逐渐学习了「远程控制」作业。作为菜鸟值班工程师,最辛苦的是异常处理。例如一有设备或质量异常,就得泄出堵在系统中的物料后才能恢复生产。此时人就得暴露在大量、高温、灰尘的环境中长时间清理物料。为了解决这问题,开始学习了丰田生产方式中的「自働化」,若有异常是否可由设备侦测,自动连锁停止上游相关设备、警报通知控制室人员注意,因此要清的料就少多了。

你可能会问,这不是远程中央控制系统该有的做法吗?但当时的情形是许多连锁因故被短路而未复归,或控制回路被修改,风压、温度、回转数等传感器故障,警报器一直亮着、很吵,而被监控员拉出失效,于是在近乎无人的现场,控制室也在近乎半盲的状况下作业,一发生异常,就集合了原该做现场巡检的少数作业员,穿上防护装备清料,难怪不安全又辛苦。

作为值班工程师,主要的工作就是处理不同制程之间异常对应的协调、联络设备维护部门、交接故障修理,以让生产系统能正常运作而提升产量。因异常而停机清料,既辛苦又影响产量。怎么办呢?当逐渐了解了系统控制的来龙去脉之后,我开始与维护仪表单位的人打交道。能让那些传感器恢复正常吗?是探测头故障?还是信号传送器故障?为什么会坏?当时这些东西都很贵,我还记得都是Honeywell的产品。

逐渐地让感测与传输系统恢复正常了。又学习到控制室里的控制器或记录器本身也有可设定警报值的功能,于是逐渐调整控制器的敏感度与警报上下限值,让应有的警报系统恢复正常,此时即使控制室人员疏忽或是认知不同,都可由控制器来提醒异常了。

接着又发现,即使警报提醒了,人也会犹豫接下来要做什么对策,但在每分钟近2吨的流量下,即使晚个10秒钟去按停止开关,也会造成要停机数小时来清理大量物料或是修护设备,当然人是最辛苦了。于是又学习了机械设备可经由继电器来连锁,而逐渐根据需要恢复或增设连锁,让相关的设备可根据设定的程序自动停止。

这样的过程大约经过了2年,我从晚上在工厂边的宿舍中,可以被巨大排风机运转声音的变化(又要长时间停机了)而惊醒,变得每天可安稳睡觉了。

这过程让我了解了自动化控制的好处,在可能的范围内都装上传感器、控制器、记录器,即使发生了异常,我也可事后追踪原因,研究对策,大家都有很好的学习。

但当时的问题是这些自动控制的组件都很贵,每个侦测器都要一个传送器,还要长距离配线,每台设备的连锁都要在电力系统上配上继电器,总之从想出来、可行、试行到完成得花许多时间与成本。这也成了我的困扰。

当时计算机刚兴起,大家学习Apple 2,在自动控制系统的领域上,我才知道原来的控制系统是模拟式的PID控制很麻烦,新兴的数字式的控制器比较便宜且容易操作,另外过程控制器(PLC)也可取代继电器,让连锁等容易管理。当然新的控制系统还有更大的改变,诺大整个房间大小,布满仪表、控制器、开关,后面是密密麻麻线路的控制盘,也可由几个计算机银幕取代了。

哇!从模拟到数字的改变竟是如此巨大,这是我40年前的数字化经验。当然现在的数字化+物联网+人工智能更先进了,可以让我更容易地做我想做的事情。下图是Jura 瑞士工厂。


言归正传,回到我最初的问题,社会上的潮流是数字化,但我每天所做的TPS改善,为何不急于数字化?

我的水泥厂经验是要先要有正常的愿景,达到正常的方法,因此能够发现异常,然后将正常与异常处置的方法标准化,才能数字化后交给计算机处理,计算机无法处理的再由人来处理。当然人的工作就是要有能力标准化、数字化与异常处理。计算机只能处理数字信号,标准化与异常处理是模拟信号。

在这样的过程中,数字化是重要的一部分,但别忘了还是有许多人可以或是需要作的工作。就像人与设备并非零和关系,而是合作、互补关系。一样的工具,因人不同的知识、经验、能力与思路,会有不同的结果。下表是我所认为的人与数字化协同工作改善的可视化表现。另一张是典型的丰田与供货商之间的领取看板(电子看板),看出了甚么苗头了吗?模拟信息(给人看的,明显的大字,人要做的工作)与数字信息并存(给机器看的,计算机要处理工作)。根据目的与场合,会有不同的需求与结果,就教于大家!

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