智能制造也可以用“智能制造屋”的方式來表達(dá)智能制造的IT基礎(chǔ)建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)等邏輯關(guān)系。 在之前的文章中，筆者分別用“魚”形模型、成熟度模型和戰(zhàn)略執(zhí)行框架，等等，談了本人對智能制造的理解。在本文中，筆者嘗試借鑒精益管理中的“精益制造屋”，對智能制造的內(nèi)涵做進(jìn)一步，系統(tǒng)性的闡述，并將之命名為：“智能制造屋”。
圖1：“智能制造屋” 1.屋頂：價值和目標(biāo) “智能制造屋”的屋頂是智能制造的價值和目標(biāo)。 從業(yè)務(wù)價值來講，相比較當(dāng)前中國制造業(yè)的“兩高三低”（高消耗、高成本、低質(zhì)量、低效率和低效益），智能制造的業(yè)務(wù)價值是幫助制造企業(yè)實現(xiàn)“二低三高”的先進(jìn)制造，即低消耗、低成本、高質(zhì)量、高效率和高效益。為了達(dá)成這些價值，其中的實現(xiàn)路徑是通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，來優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)方式、生產(chǎn)關(guān)系，并提升其轉(zhuǎn)化效率。 從系統(tǒng)形態(tài)來講，智能制造的核心內(nèi)涵和目標(biāo)是實現(xiàn)“協(xié)同、精益、柔性和自主”的制造系統(tǒng)。 1）協(xié)同制造 智能制造應(yīng)該是協(xié)同制造，即企業(yè)內(nèi)部人與人、人與設(shè)備、人與環(huán)境、設(shè)備與設(shè)備，設(shè)備與工件、工件與工件，等等之間；以及產(chǎn)業(yè)鏈中，上下游的不同企業(yè)之間的網(wǎng)絡(luò)化、實時協(xié)同，這也包括了所謂的“眾包制造”或“云制造”，從而將社會化協(xié)作式生產(chǎn)推進(jìn)到更廣范圍和更深層面。比如，產(chǎn)業(yè)鏈中的協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)、協(xié)同供應(yīng)鏈、協(xié)同服務(wù)，企業(yè)內(nèi)部的人-機(jī)-料-法-環(huán)一體化生態(tài)系統(tǒng)（CollaborativeandHarmonyProductionEcosystem），等等。 2）精益制造 智能制造應(yīng)該是精益制造，即通過生產(chǎn)系統(tǒng)的互聯(lián)化、可視化、實時仿真和模擬，在實現(xiàn)“一個流”生產(chǎn)的同時，讓各種浪費顯露出來，再持續(xù)地優(yōu)化生產(chǎn)資源的組織和轉(zhuǎn)化，以消除各種浪費，杜絕各種過程差異和安全風(fēng)險，在業(yè)務(wù)數(shù)字化的“加法”基礎(chǔ)上做運營精益化的“減法”。 3）柔性制造 智能制造應(yīng)該是柔性制造，即制造系統(tǒng)中的原料、能源、人、技術(shù)、流程和工具等資源和能力，可以根據(jù)市場和客戶需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和適配；最終，在實現(xiàn)“批量為1”的個體化制造的同時，還能確保生產(chǎn)系統(tǒng)的高質(zhì)量和高效率。 4）自主制造 智能制造應(yīng)該是自主制造，即通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)在常規(guī)性、程序式、場景化的情形下的自主決策和自組織、自執(zhí)行、自監(jiān)督、自調(diào)整，把人從重復(fù)式、繁瑣型、低價值、高強(qiáng)度的生產(chǎn)作業(yè)中解放出來，從而將更多精力放在例外決策和系統(tǒng)優(yōu)化等創(chuàng)新性工作中去，更高程度地發(fā)揮人的主觀能動性、價值和潛能。 在具體表現(xiàn)和企業(yè)實踐中，不同的行業(yè)和企業(yè)，對智能制造的目標(biāo)定義會有差異，比如快速消費品行業(yè)會著重于精益制造和柔性制造，航空和汽車行業(yè)對協(xié)同制造的要求會更看重，鋼鐵和化工行業(yè)則可能把自主制造的訴求會放在優(yōu)先位置。無論何種形式，大體上對智能制造的目標(biāo)要求不會脫離協(xié)同制造、精益制造、柔性制造和自主制造這幾種形態(tài)的組合。 2.棟梁：二經(jīng)和六緯 “智能制造屋”的棟梁是“二經(jīng)六緯”，即縱向的兩個技術(shù)支撐：數(shù)字主線和數(shù)字孿生，和橫向的六個進(jìn)化階段：互聯(lián)化、可視化、透明化、可配置、可預(yù)測和自適應(yīng)。 1）數(shù)字主線（DigitalThread） 在智能制造的體系中，數(shù)字主線是流程和數(shù)據(jù)集成的主要手段。近幾年，因為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的推動，“中臺”成了一個熱門的話題。尤其對制造企業(yè)而言，“中臺”的建設(shè)似乎成了一個非常迫切的任務(wù)。在筆者看來，現(xiàn)在比較成熟的所謂“中臺”有業(yè)務(wù)中臺、數(shù)據(jù)中臺和AI中臺，而“中臺”的本質(zhì)內(nèi)涵是可復(fù)用的邏輯、能力或數(shù)據(jù)。對制造企業(yè)而言，數(shù)字主線類似于以產(chǎn)品為中心的數(shù)據(jù)中臺，起到系統(tǒng)與流程的連接和數(shù)據(jù)的集成的作用，即在合適的時間，把合適的數(shù)據(jù)，傳遞給合適的人。另外，數(shù)字主線的建設(shè)還可以幫助企業(yè)對現(xiàn)有的ERP、MES、PLM等IT系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)化或業(yè)務(wù)中臺式改造。 2）數(shù)字孿生（DigitalTwin） ERP、MES等IT系統(tǒng)是基于記錄（Record-Based）的架構(gòu)設(shè)計，PLM等IT系統(tǒng)是基于對象（Object-Based）的架構(gòu)設(shè)計，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基于物（Thing-Based）的架構(gòu)設(shè)計，而物（Thing）的數(shù)字化展現(xiàn)就是數(shù)字孿生。換句話說，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做支撐的智能制造應(yīng)該是由數(shù)字孿生驅(qū)動（DigitalTwins-Driven）的業(yè)務(wù)場景的集合，數(shù)字孿生是智能制造中的萬有存在和“小宇宙”，是智能制造系統(tǒng)的主要人機(jī)交互界面（HumanMachineInterface，HMI）。 舉例來說，企業(yè)可以為設(shè)備、生產(chǎn)線或車間來制作數(shù)字孿生，然后通過它來做運行的仿真和模擬，以發(fā)現(xiàn)其中的瓶頸或浪費，進(jìn)而對上述物理現(xiàn)場進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。 又比如，企業(yè)中的設(shè)備、人、料、流程、系統(tǒng)等資源或能力都是某類“物”，為了支持柔性生產(chǎn)，這些資源或能力，及其之間的組合關(guān)系，等等，必須是可配置的；而上述可配置的實現(xiàn)要以數(shù)字孿生作為媒介來完成。 3）六個進(jìn)化階段 智能制造的“六緯”，指的是橫向上的六個階段或進(jìn)化路徑：互聯(lián)化、可視化、透明化、可配置、可預(yù)測和自適應(yīng)，其詳細(xì)介紹可參見筆者的前一遍文章：智能制造成熟度模型與實施路徑。 互聯(lián)化是智能制造的最基本階段，是“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”的高級階段，包括了人、機(jī)器、物料、流程、環(huán)境、系統(tǒng)等之間的互聯(lián)互通，是實現(xiàn)協(xié)同制造的基礎(chǔ)。 可視化和透明化是對數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上可以做生產(chǎn)系統(tǒng)的模擬、仿真、優(yōu)化和因果分析，以消除瓶頸，消除浪費，杜絕風(fēng)險，從而實現(xiàn)精益制造。 可配置是實現(xiàn)柔性制造的基礎(chǔ)。要想實現(xiàn)柔性制造，就要將客戶的需求變化（Changeable）進(jìn)行解耦和系統(tǒng)化，轉(zhuǎn)化為對企業(yè)中資源和能力，及其組合關(guān)系的可配置（Configurable），進(jìn)而再轉(zhuǎn)變化對基本要素的（人、機(jī)、料等）的標(biāo)準(zhǔn)化（Standard），從變易（Change）à簡易（Configuration）à不易（Construct）的不斷解耦，從而在實現(xiàn)個體化生產(chǎn)的同時實現(xiàn)生產(chǎn)的高質(zhì)量和高效率。 可預(yù)測和自適應(yīng)是智能制造的高級發(fā)展階段。 可預(yù)測是對生產(chǎn)系統(tǒng)中的過程變異和安全風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測，并提前做好防范。以設(shè)備管理為例，有修復(fù)性設(shè)備維護(hù)、計劃性設(shè)備維護(hù)和預(yù)測性設(shè)備維護(hù)；其中，預(yù)測性設(shè)備維護(hù)中的設(shè)備使用壽命最長，維護(hù)成本最低。制造企業(yè)中，與設(shè)備管理非常類似的業(yè)務(wù)場景還有質(zhì)量、風(fēng)險和安全管理，其最優(yōu)形式是預(yù)測性質(zhì)量保證、風(fēng)險管理和安全保證。 到了自適應(yīng)階段，制造系統(tǒng)才算是真正意義上的智能系統(tǒng)。通過實時監(jiān)測、算法優(yōu)化和數(shù)物互聯(lián)，自適應(yīng)階段的制造系統(tǒng)可以實現(xiàn)日常運行中重復(fù)式作業(yè)的自計劃、自組織、自監(jiān)測和自適應(yīng)等完整的PDCA循環(huán)。 “智能制造屋”的“六緯”，一方面，從互聯(lián)化à可視化à透明化à可配置à可預(yù)測à自適應(yīng)，是企業(yè)在實現(xiàn)智能制造愿景和目標(biāo)過程中，制造系統(tǒng)的進(jìn)化路徑；另一方面，從自適應(yīng)à可預(yù)測à可配置à透明化à可視化à互聯(lián)化，是智能制造要求的層層分解，上一層的要求可以指導(dǎo)下一層的建設(shè)。 3.屋基：CPPS和基礎(chǔ)IT “智能制造屋”的屋基有兩個，一個是包括物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)構(gòu)件在內(nèi)的信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（Cyber-PhysicalProductionSystem，CPPS），一個是以ERP、PLM、MES等IT系統(tǒng)為主體的基礎(chǔ)IT系統(tǒng)或應(yīng)用。 在智能制造體系中，信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)是數(shù)字化技術(shù)盞。與傳統(tǒng)IT架構(gòu)相比，信息物理生產(chǎn)系統(tǒng)（CPPS）的優(yōu)點是全面、實時互聯(lián)和數(shù)據(jù)的自學(xué)習(xí)。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，制造企業(yè)中的人、機(jī)、料、系統(tǒng)、環(huán)境等資源和能力可以實時互聯(lián)，再加上人工智能（語音識別、圖像識別等）技術(shù)的應(yīng)用，可以將業(yè)務(wù)全面地數(shù)字化，并大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時性。借助高級分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，CPPS系統(tǒng)可以對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的自主決策。 處于“智能制造屋”最底層的ERP、PLM、MES等IT系統(tǒng)則是智能制造的工具包。它們不是多余，而是基礎(chǔ)支撐；只不過，這些系統(tǒng)或應(yīng)用要做微服務(wù)、去中心化或業(yè)務(wù)中臺化改造，以適應(yīng)多變的企業(yè)環(huán)境。傳統(tǒng)式、大而全、中央式的IT系統(tǒng)，因為架構(gòu)僵化、開放性和可配置性差，必須借鑒業(yè)務(wù)中臺的思路對其進(jìn)行重構(gòu)，而確保重構(gòu)（注：不是推倒重來）工作能夠以風(fēng)險最小、成本最低、速度最快的方式下完成的技術(shù)支撐是信息物理系統(tǒng)。 作為一個模型框架，“智能制造屋”從價值、愿景、目標(biāo)、階段、方法、原則和工具等層面描述了智能制造的全景，為制造企業(yè)理解智能制造的解決方案提供了一個系統(tǒng)參照，為制造企業(yè)實現(xiàn)智能制造的愿景和目標(biāo)提供了路徑參考。 文章來源：三之一智聯(lián) 作者：丁少華 |
