吉姆?戴維斯 / 文

編者按：制造業(yè)長(cháng)期以來(lái)一直是質(zhì)量界的核心，而今天，由于信息技術(shù)的革命以及現在可以收集、傳輸和分析的大量數據，我們即將跨入“智能制造”時(shí)代。本文作者吉姆?戴維斯來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校及智能制造領(lǐng)導聯(lián)盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition)，他論述了質(zhì)量在制造領(lǐng)域的持久作用將在未來(lái)十年通過(guò)信息技術(shù)得到日益加強。

下一代信息技術(shù)(IT)涉及基于網(wǎng)絡(luò )的數據、空前的建模能力、移動(dòng)計算、社交網(wǎng)絡(luò )，以及遠遠超越今天的基礎架構和軟件服務(wù)的IT云。顯然，智能化互聯(lián)設備在急劇增加，據廣泛預測，到2020年，其數量將達到300億臺（件）。各種應用程序為我們提供了許多不可思議的新見(jiàn)解和解決方案、前所未有的機遇以及改變各主要行業(yè)經(jīng)營(yíng)方式的無(wú)盡力量，而整合設備、數據和信息系統的這種爆炸式增長(cháng)將為這些應用程序奠定基礎。

更確切地說(shuō)，制造業(yè)毋庸置疑是需要采用這些IT新系統和新技術(shù)以滿(mǎn)足人們對未來(lái)制造業(yè)預期的行業(yè)。IT應用的方式、速度和程度，將會(huì )影響各制造商的未來(lái)及其參與的供應鏈。在概念上?智能制造是這些技術(shù)基于機會(huì )的應用程序。從商業(yè)角度來(lái)看，智能制造是企業(yè)利用端到端使用實(shí)時(shí)的、聯(lián)網(wǎng)的、基于數據的情報，整合動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求、高速技術(shù)和增值產(chǎn)品，提高經(jīng)濟性及能源和材料利用效率，實(shí)現零事故，降低工業(yè)能耗，加強環(huán)境可持續性的過(guò)程。

以食品業(yè)為例，展望智能制造業(yè)的潛力

在制造企業(yè)中，智能制造和IT新功能的作用必須通過(guò)物理、網(wǎng)絡(luò )和人力要素相互配合才能得以發(fā)揮。無(wú)數問(wèn)題都可歸結為：如何結合這三個(gè)要素改進(jìn)產(chǎn)品和市場(chǎng)日益復雜的企業(yè)經(jīng)營(yíng)狀況？能否預測使用IT新技術(shù)的企業(yè)績(jì)效，從而確定智能制造系統的切入點(diǎn)？為此，依據制造業(yè)“節點(diǎn)”和“事務(wù)”本質(zhì)的基本變化考慮企業(yè)建模，可以深刻了解實(shí)施智能制造的新企業(yè)。

節點(diǎn)是指制造企業(yè)或供應鏈（流程、系統或組織）中，兩個(gè)或多個(gè)部分通過(guò)事務(wù)連接在一起的位置。事務(wù)是銜接節點(diǎn)的傳統方法。它類(lèi)似于一個(gè)業(yè)務(wù)采購和交付流程，其中在節點(diǎn)的上游或下游共享的信息最少。節點(diǎn)的形成源自不同的數據定義、標準、供應商產(chǎn)品、工廠(chǎng)作業(yè)、即時(shí)的可操作窗口以及操作常量。節點(diǎn)和事務(wù)存在于微觀(guān)層面（人與機或機與機）、中觀(guān)層面（類(lèi)似部件的供應商或工廠(chǎng)作業(yè)間）以及宏觀(guān)層面（工廠(chǎng)或供應鏈之間）的操作層。物質(zhì)、能量及信息往往存儲在節點(diǎn)周?chē)员阌谑聞?wù)的實(shí)施。

節點(diǎn)和事務(wù)的存在并不令人意外，但是，從企業(yè)的機能來(lái)看，其存在的范圍和規模簡(jiǎn)直令人震驚，因此有機會(huì )加以?xún)?yōu)化。例如，設想在一個(gè)食品業(yè)供應鏈中，消費者在一個(gè)雜貨店購買(mǎi)一種食品。最終產(chǎn)品必須符合配料和包裝的規格，無(wú)污染，滿(mǎn)足特定口味要求，還要符合法規要求。在生產(chǎn)中，必須管理不同供應商的配料變化，按配方生產(chǎn)出一致的產(chǎn)品。來(lái)自不同供應商和種植者的配料必須經(jīng)過(guò)采購、倉儲、通過(guò)性質(zhì)評估檢驗，然后才能運送到生產(chǎn)商那里。日益嚴格的監管法規要求產(chǎn)品從商店到供應商和種植者都必須具有可追溯性，如天氣等因素可能對流程產(chǎn)生的影響。整個(gè)供應鏈還需要對全球各地不同市場(chǎng)的產(chǎn)品動(dòng)態(tài)需求作出響應。

食品業(yè)供應鏈的“農場(chǎng)到餐桌”流程說(shuō)明，不同的節點(diǎn)需要保持銜接，才能最終生產(chǎn)出某種合規的?品。不同節點(diǎn)造成物質(zhì)材料和設備、網(wǎng)絡(luò )控制系統及信息流、農場(chǎng)人力、交通以及生產(chǎn)等各環(huán)節的中斷。目前，針對源頭到產(chǎn)品供應鏈的節點(diǎn)和事務(wù)的管理，食品業(yè)利用一種模型，通過(guò)對客戶(hù)購買(mǎi)行為和銷(xiāo)售進(jìn)行預測，從客戶(hù)到源頭推動(dòng)庫存和運營(yíng)，從而實(shí)現供應鏈的協(xié)調。

如果在汽車(chē)工業(yè)應用智能制造，情況將與食品業(yè)的例子截然不同，需要重新定義，某些情況下，節點(diǎn)和事務(wù)將會(huì )減少。例如，配料供應商如能提早通知配料變化，就能使運營(yíng)環(huán)節在收到配料前做好流程調整的準備。如果制造商能提前通知生產(chǎn)問(wèn)題，則供應商在發(fā)貨前就能調整配貨。這種前瞻性措施能夠節約交貨時(shí)間，降低成本，從而使運營(yíng)具有可追溯性。最終，運營(yíng)可實(shí)現由一對一產(chǎn)品供應和一對一產(chǎn)品購買(mǎi)模式直接推動(dòng)，從而縮短庫存時(shí)間，減少庫存，減少食品的過(guò)期腐壞浪費。憑借智能制造系統，供應鏈通過(guò)動(dòng)態(tài)企業(yè)預測功能，即刻為企業(yè)帶來(lái)無(wú)限的、有待利用的改善機會(huì )。

智能制造的初步采用

由于缺少新的企業(yè)基礎設施，認識、風(fēng)險和投資回報的障礙將造成智能制造的實(shí)施進(jìn)展緩慢。要獲得智能制造的未來(lái)優(yōu)勢，就需要及時(shí)使用并逐步開(kāi)發(fā)新的IT系統，用于銜接所有企業(yè)機能中的節點(diǎn)。但是，系統的復雜性、切入點(diǎn)的多樣性以及高昂的部署成本等因素導致企業(yè)無(wú)法“擁有”實(shí)施智能制造所必備的全部能力。在最近的美國質(zhì)量協(xié)會(huì )《2014年制造業(yè)前景調查》中，來(lái)自航空航天、汽車(chē)、食品、醫療設備、制藥和公用事業(yè)等行業(yè)的700名受訪(fǎng)者針對智能制造接受調查。在受訪(fǎng)者中，有80%未意識到、也未發(fā)現相關(guān)需求，或表示存在成本問(wèn)題或遭到管理層抵制，即使是13%已經(jīng)應用智能制造的受訪(fǎng)者，也并未從中獲得明顯收益。

為此，非營(yíng)利的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導組織--智能制造領(lǐng)導聯(lián)盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition)（美國質(zhì)量協(xié)會(huì )也是其成員）正致力于利用下一代IT技術(shù)開(kāi)發(fā)智能制造平臺，以彌補基礎設施的不足，促進(jìn)其普及。上述基礎設施將提供實(shí)時(shí)的、基于數據的應用開(kāi)發(fā)、部署、執行和再利用，通過(guò)云技術(shù)實(shí)現“按需服務(wù)”。重要的是，智能制造平臺的設計依靠產(chǎn)業(yè)推動(dòng)，是真正的開(kāi)放式基礎設施，其具備以下特點(diǎn)：

開(kāi)放式架構--基于供應商算法標準、與商業(yè)開(kāi)源平臺技術(shù)實(shí)現集成和銜接；

開(kāi)放獲取--智能制造平臺技術(shù)使用成本低廉；

開(kāi)放市場(chǎng)--開(kāi)放獲取可組合的、以市場(chǎng)為導向的、商業(yè)化的和開(kāi)源的應用庫，包括部署、數據管理、建模、分析和指標應用，以及相關(guān)非專(zhuān)有部署數據、認證和服務(wù)。

智能制造平臺基礎設施旨在促進(jìn)低成本、安全、及時(shí)實(shí)現節點(diǎn)銜接和信息應用，從而超越事務(wù)實(shí)現優(yōu)化。上述異構環(huán)境的性質(zhì)要求能夠跨越大量不同技術(shù)、人力和不同成熟度的組織機構實(shí)現銜接。目前的討論涉及從業(yè)者、供應商、制造業(yè)協(xié)會(huì )、代理機構、實(shí)驗室、大學(xué)、企業(yè)董事會(huì )，委員會(huì )現在認識到通過(guò)平臺和企業(yè)建模實(shí)現優(yōu)化的重要性和大好前景。以下的智能制造點(diǎn)滴將描述目前涉及企業(yè)建模的商業(yè)活動(dòng)，內容來(lái)自邁克?約斯特(Mike Yost)在“制造業(yè)解決方案協(xié)會(huì )(Manufacturing Enterprise Solutions Association)”的工作以及《2014年加州制造技術(shù)咨詢(xún)調查》：

利用數據實(shí)現業(yè)務(wù)整合

--“為數量和時(shí)效至關(guān)重要的供應商提供實(shí)時(shí)可見(jiàn)性，減少供應鏈中的庫存和配送地點(diǎn)里程”；

--“供應商產(chǎn)銷(xiāo)電子監管鏈包括質(zhì)量變化，使生產(chǎn)流程可在收到零部件或材料前就作出調整”。

提高整個(gè)供應鏈效率

--“來(lái)自供應鏈各個(gè)環(huán)節的數據和信息將建立端到端的商業(yè)流程智能，為推動(dòng)優(yōu)化開(kāi)啟新的解決方案”；

--“與實(shí)時(shí)需求預測實(shí)現同步的供應鏈將減少訂單變更、催貨、超額運費和備用庫存等問(wèn)題的出現”。

通過(guò)合作實(shí)現各制造流程的改進(jìn)

--“消費事務(wù)、質(zhì)量變化以及響應優(yōu)先級等情況與供應商實(shí)現即刻溝通，多批次減少為單件流動(dòng)”；

--“流程變化激活糾正措施工作流程，無(wú)論何地都能實(shí)時(shí)聯(lián)系到全球各地職能人員”。

產(chǎn)品高度定制化

--“數字化生產(chǎn)流程管理日趨復雜的產(chǎn)品，智能化為客戶(hù)提供更大的定制產(chǎn)品自由，同時(shí)提高制造商的生產(chǎn)交付能力”；

--“對生產(chǎn)流程、轉換及各種不同訂單規模實(shí)現控制，實(shí)現輸出和需求的配合，對客戶(hù)需求做出更及時(shí)的響應”；

--“序列化生產(chǎn)實(shí)現汽車(chē)儀表盤(pán)、車(chē)門(mén)面板的同步組裝，配合供應鏈零部件的流動(dòng)”。

結論

節點(diǎn)與事務(wù)深深植根于制造業(yè)內部，在目前的經(jīng)營(yíng)模式下往往被忽視。即使國際自動(dòng)化學(xué)會(huì )的ANSI/ISA 95 標準《系統層分類(lèi)》也自認為多重供應商產(chǎn)品和系統（節點(diǎn))必須得到銜接（事務(wù)）。長(cháng)期以來(lái)的固有模式成為應用智能制造的障礙，其中一個(gè)原因是，智能制造仍處于認識和應用的初期，正如美國質(zhì)量協(xié)會(huì )2014年度調查報告所述。

然而，如果我們擴展目前的商業(yè)模式，節點(diǎn)和事務(wù)為新的IT功能與現實(shí)、網(wǎng)絡(luò )和人力等各方面因素的配合就會(huì )被深入的理解。它們還會(huì )為智能制造系統性能的可預測性和改進(jìn)提供一個(gè)切入點(diǎn)。在各節點(diǎn)建模就像是從小事做起，隨著(zhù)越來(lái)越多的節點(diǎn)實(shí)現銜接，經(jīng)過(guò)層層推進(jìn)，再擴大到整個(gè)供應鏈，新的企業(yè)模式也就誕生了。一個(gè)真正由產(chǎn)業(yè)推動(dòng)的生態(tài)系統能夠形成和創(chuàng )造一種虛擬企業(yè)模型，它將納入有形資產(chǎn)，在正確的時(shí)間、以正確的產(chǎn)量，生產(chǎn)正確的產(chǎn)品。在制造業(yè)，上述模式有潛力將有形設施的商業(yè)價(jià)值轉移到虛擬企業(yè)。

節點(diǎn)和事務(wù)本質(zhì)的多樣性使其需要銜接，這就讓我們回到這樣的出發(fā)點(diǎn)：要發(fā)揮智能制造的潛力，就需要配備相應的基礎設施，而沒(méi)有一個(gè)從業(yè)者或供應商公司能夠“擁有”或提供智能制造實(shí)施所需的全部必要能力。同樣，現有市場(chǎng)推動(dòng)因素也并不配套。智能制造不僅關(guān)乎個(gè)人利益。我們預測，產(chǎn)業(yè)推動(dòng)和協(xié)調的基礎設施將成為市場(chǎng)推動(dòng)的、商業(yè)化和開(kāi)源的平臺及應用合作伙伴，為促進(jìn)更大的經(jīng)濟繁榮，和強化產(chǎn)品價(jià)值、環(huán)境可持續發(fā)展以及材料與能源保護帶來(lái)不可限量的大好機遇。