智能制造也可以用“智能制造屋”的方式來表達智能制造的IT基礎建設、物聯網等邏輯關系。 在之前的文章中，筆者分別用“魚”形模型、成熟度模型和戰略執行框架，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”，對智能制造的內涵做進一步，系統性的闡述，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 “智能制造屋”的屋頂是智能制造的價值和目標。 從業務價值來講，相比較當前中國制造業的“兩高三低”（高消耗、高成本、低質量、低效率和低效益），智能制造的業務價值是幫助制造企業實現“二低三高”的先進制造，即低消耗、低成本、高質量、高效率和高效益。為了達成這些價值，其中的實現路徑是通過物聯網、人工智能等數字化技術的應用，來優化生產系統的生產方式、生產關系，并提升其轉化效率。 從系統形態來講，智能制造的核心內涵和目標是實現“協同、精益、柔性和自主”的制造系統。 1）協同制造 智能制造應該是協同制造，即企業內部人與人、人與設備、人與環境、設備與設備，設備與工件、工件與工件，等等之間；以及產業鏈中，上下游的不同企業之間的網絡化、實時協同，這也包括了所謂的“眾包制造”或“云制造”，從而將社會化協作式生產推進到更廣范圍和更深層面。比如，產業鏈中的協同產品設計和開發、協同供應鏈、協同服務，企業內部的人-機-料-法-環一體化生態系統（CollaborativeandHarmonyProductionEcosystem），等等。 2）精益制造 智能制造應該是精益制造，即通過生產系統的互聯化、可視化、實時仿真和模擬，在實現“一個流”生產的同時，讓各種浪費顯露出來，再持續地優化生產資源的組織和轉化，以消除各種浪費，杜絕各種過程差異和安全風險，在業務數字化的“加法”基礎上做運營精益化的“減法”。 3）柔性制造 智能制造應該是柔性制造，即制造系統中的原料、能源、人、技術、流程和工具等資源和能力，可以根據市場和客戶需求進行動態調整和適配；最終，在實現“批量為1”的個體化制造的同時，還能確保生產系統的高質量和高效率。 4）自主制造 智能制造應該是自主制造，即通過物聯網、人工智能等數字化技術的應用，實現生產系統在常規性、程序式、場景化的情形下的自主決策和自組織、自執行、自監督、自調整，把人從重復式、繁瑣型、低價值、高強度的生產作業中解放出來，從而將更多精力放在例外決策和系統優化等創新性工作中去，更高程度地發揮人的主觀能動性、價值和潛能。 在具體表現和企業實踐中，不同的行業和企業，對智能制造的目標定義會有差異，比如快速消費品行業會著重于精益制造和柔性制造，航空和汽車行業對協同制造的要求會更看重，鋼鐵和化工行業則可能把自主制造的訴求會放在優先位置。無論何種形式，大體上對智能制造的目標要求不會脫離協同制造、精益制造、柔性制造和自主制造這幾種形態的組合。 2.棟梁：二經和六緯 “智能制造屋”的棟梁是“二經六緯”，即縱向的兩個技術支撐：數字主線和數字孿生，和橫向的六個進化階段：互聯化、可視化、透明化、可配置、可預測和自適應。 1）數字主線（DigitalThread） 在智能制造的體系中，數字主線是流程和數據集成的主要手段。近幾年，因為互聯網企業的推動，“中臺”成了一個熱門的話題。尤其對制造企業而言，“中臺”的建設似乎成了一個非常迫切的任務。在筆者看來，現在比較成熟的所謂“中臺”有業務中臺、數據中臺和AI中臺，而“中臺”的本質內涵是可復用的邏輯、能力或數據。對制造企業而言，數字主線類似于以產品為中心的數據中臺，起到系統與流程的連接和數據的集成的作用，即在合適的時間，把合適的數據，傳遞給合適的人。另外，數字主線的建設還可以幫助企業對現有的ERP、MES、PLM等IT系統進行服務化或業務中臺式改造。 2）數字孿生（DigitalTwin） ERP、MES等IT系統是基于記錄（Record-Based）的架構設計，PLM等IT系統是基于對象（Object-Based）的架構設計，工業互聯網是基于物（Thing-Based）的架構設計，而物（Thing）的數字化展現就是數字孿生。換句話說，以工業互聯網技術做支撐的智能制造應該是由數字孿生驅動（DigitalTwins-Driven）的業務場景的集合，數字孿生是智能制造中的萬有存在和“小宇宙”，是智能制造系統的主要人機交互界面（HumanMachineInterface，HMI）。 舉例來說，企業可以為設備、生產線或車間來制作數字孿生，然后通過它來做運行的仿真和模擬，以發現其中的瓶頸或浪費，進而對上述物理現場進行持續優化。 又比如，企業中的設備、人、料、流程、系統等資源或能力都是某類“物”，為了支持柔性生產，這些資源或能力，及其之間的組合關系，等等，必須是可配置的；而上述可配置的實現要以數字孿生作為媒介來完成。 3）六個進化階段 智能制造的“六緯”，指的是橫向上的六個階段或進化路徑：互聯化、可視化、透明化、可配置、可預測和自適應，其詳細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。 互聯化是智能制造的最基本階段，是“機聯網”的高級階段，包括了人、機器、物料、流程、環境、系統等之間的互聯互通，是實現協同制造的基礎。 可視化和透明化是對數據的深入應用，在此基礎上可以做生產系統的模擬、仿真、優化和因果分析，以消除瓶頸，消除浪費，杜絕風險，從而實現精益制造。 可配置是實現柔性制造的基礎。要想實現柔性制造，就要將客戶的需求變化（Changeable）進行解耦和系統化，轉化為對企業中資源和能力，及其組合關系的可配置（Configurable），進而再轉變化對基本要素的（人、機、料等）的標準化（Standard），從變易（Change）à簡易（Configuration）à不易（Construct）的不斷解耦，從而在實現個體化生產的同時實現生產的高質量和高效率。 可預測和自適應是智能制造的高級發展階段。 可預測是對生產系統中的過程變異和安全風險進行預測，并提前做好防范。以設備管理為例，有修復性設備維護、計劃性設備維護和預測性設備維護；其中，預測性設備維護中的設備使用壽命最長，維護成本最低。制造企業中，與設備管理非常類似的業務場景還有質量、風險和安全管理，其最優形式是預測性質量保證、風險管理和安全保證。 到了自適應階段，制造系統才算是真正意義上的智能系統。通過實時監測、算法優化和數物互聯，自適應階段的制造系統可以實現日常運行中重復式作業的自計劃、自組織、自監測和自適應等完整的PDCA循環。 “智能制造屋”的“六緯”，一方面，從互聯化à可視化à透明化à可配置à可預測à自適應，是企業在實現智能制造愿景和目標過程中，制造系統的進化路徑；另一方面，從自適應à可預測à可配置à透明化à可視化à互聯化，是智能制造要求的層層分解，上一層的要求可以指導下一層的建設。 3.屋基：CPPS和基礎IT “智能制造屋”的屋基有兩個，一個是包括物聯網、人工智能等技術構件在內的信息物理生產系統（Cyber-PhysicalProductionSystem，CPPS），一個是以ERP、PLM、MES等IT系統為主體的基礎IT系統或應用。 在智能制造體系中，信息物理生產系統是數字化技術盞。與傳統IT架構相比，信息物理生產系統（CPPS）的優點是全面、實時互聯和數據的自學習。借助物聯網技術，制造企業中的人、機、料、系統、環境等資源和能力可以實時互聯，再加上人工智能（語音識別、圖像識別等）技術的應用，可以將業務全面地數字化，并大大提高了數據的準確性和及時性。借助高級分析和機器學習，CPPS系統可以對業務數據進行自學習基礎上的自主決策。 處于“智能制造屋”最底層的ERP、PLM、MES等IT系統則是智能制造的工具包。它們不是多余，而是基礎支撐；只不過，這些系統或應用要做微服務、去中心化或業務中臺化改造，以適應多變的企業環境。傳統式、大而全、中央式的IT系統，因為架構僵化、開放性和可配置性差，必須借鑒業務中臺的思路對其進行重構，而確保重構（注：不是推倒重來）工作能夠以風險最小、成本最低、速度最快的方式下完成的技術支撐是信息物理系統。 作為一個模型框架，“智能制造屋”從價值、愿景、目標、階段、方法、原則和工具等層面描述了智能制造的全景，為制造企業理解智能制造的解決方案提供了一個系統參照，為制造企業實現智能制造的愿景和目標提供了路徑參考。 文章來源：三之一智聯 作者：丁少華 |
