吉姆•戴维斯 / 文

编者按：制造业长期以来一直是质量界的核心，而今天，由于信息技术的革命以及现在可以收集、传输和分析的大量数据，我们即将跨入“智能制造”时代。本文作者吉姆•戴维斯来自加州大学洛杉矶分校及智能制造领导联盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition)，他论述了质量在制造领域的持久作用将在未来十年通过信息技术得到日益加强。

下一代信息技术(IT)涉及基于网络的数据、空前的建模能力、移动计算、社交网络，以及远远超越今天的基础架构和软件服务的IT云。显然，智能化互联设备在急剧增加，据广泛预测，到2020年，其数量将达到300亿台（件）。各种应用程序为我们提供了许多不可思议的新见解和解决方案、前所未有的机遇以及改变各主要行业经营方式的无尽力量，而整合设备、数据和信息系统的这种爆炸式增长将为这些应用程序奠定基础。

更确切地说，制造业毋庸置疑是需要采用这些IT新系统和新技术以满足人们对未来制造业预期的行业。IT应用的方式、速度和程度，将会影响各制造商的未来及其参与的供应链。在概念上?智能制造是这些技术基于机会的应用程序。从商业角度来看，智能制造是企业利用端到端使用实时的、联网的、基于数据的情报，整合动态市场需求、高速技术和增值产品，提高经济性及能源和材料利用效率，实现零事故，降低工业能耗，加强环境可持续性的过程。

以食品业为例，展望智能制造业的潜力

在制造企业中，智能制造和IT新功能的作用必须通过物理、网络和人力要素相互配合才能得以发挥。无数问题都可归结为：如何结合这三个要素改进产品和市场日益复杂的企业经营状况？能否预测使用IT新技术的企业绩效，从而确定智能制造系统的切入点？为此，依据制造业“节点”和“事务”本质的基本变化考虑企业建模，可以深刻了解实施智能制造的新企业。

节点是指制造企业或供应链（流程、系统或组织）中，两个或多个部分通过事务连接在一起的位置。事务是衔接节点的传统方法。它类似于一个业务采购和交付流程，其中在节点的上游或下游共享的信息最少。节点的形成源自不同的数据定义、标准、供应商产品、工厂作业、即时的可操作窗口以及操作常量。节点和事务存在于微观层面（人与机或机与机）、中观层面（类似部件的供应商或工厂作业间）以及宏观层面（工厂或供应链之间）的操作层。物质、能量及信息往往存储在节点周围，以便于事务的实施。

节点和事务的存在并不令人意外，但是，从企业的机能来看，其存在的范围和规模简直令人震惊，因此有机会加以优化。例如，设想在一个食品业供应链中，消费者在一个杂货店购买一种食品。最终产品必须符合配料和包装的规格，无污染，满足特定口味要求，还要符合法规要求。在生产中，必须管理不同供应商的配料变化，按配方生产出一致的产品。来自不同供应商和种植者的配料必须经过采购、仓储、通过性质评估检验，然后才能运送到生产商那里。日益严格的监管法规要求产品从商店到供应商和种植者都必须具有可追溯性，如天气等因素可能对流程产生的影响。整个供应链还需要对全球各地不同市场的产品动态需求作出响应。

食品业供应链的“农场到餐桌”流程说明，不同的节点需要保持衔接，才能最终生产出某种合规的?品。不同节点造成物质材料和设备、网络控制系统及信息流、农场人力、交通以及生产等各环节的中断。目前，针对源头到产品供应链的节点和事务的管理，食品业利用一种模型，通过对客户购买行为和销售进行预测，从客户到源头推动库存和运营，从而实现供应链的协调。

如果在汽车工业应用智能制造，情况将与食品业的例子截然不同，需要重新定义，某些情况下，节点和事务将会减少。例如，配料供应商如能提早通知配料变化，就能使运营环节在收到配料前做好流程调整的准备。如果制造商能提前通知生产问题，则供应商在发货前就能调整配货。这种前瞻性措施能够节约交货时间，降低成本，从而使运营具有可追溯性。最终，运营可实现由一对一产品供应和一对一产品购买模式直接推动，从而缩短库存时间，减少库存，减少食品的过期腐坏浪费。凭借智能制造系统，供应链通过动态企业预测功能，即刻为企业带来无限的、有待利用的改善机会。

智能制造的初步采用

由于缺少新的企业基础设施，认识、风险和投资回报的障碍将造成智能制造的实施进展缓慢。要获得智能制造的未来优势，就需要及时使用并逐步开发新的IT系统，用于衔接所有企业机能中的节点。但是，系统的复杂性、切入点的多样性以及高昂的部署成本等因素导致企业无法“拥有”实施智能制造所必备的全部能力。在最近的美国质量协会《2014年制造业前景调查》中，来自航空航天、汽车、食品、医疗设备、制药和公用事业等行业的700名受访者针对智能制造接受调查。在受访者中，有80%未意识到、也未发现相关需求，或表示存在成本问题或遭到管理层抵制，即使是13%已经应用智能制造的受访者，也并未从中获得明显收益。

为此，非营利的产业领导组织--智能制造领导联盟(Smart Manufacturing Leadership Coalition)（美国质量协会也是其成员）正致力于利用下一代IT技术开发智能制造平台，以弥补基础设施的不足，促进其普及。上述基础设施将提供实时的、基于数据的应用开发、部署、执行和再利用，通过云技术实现“按需服务”。重要的是，智能制造平台的设计依靠产业推动，是真正的开放式基础设施，其具备以下特点：

开放式架构--基于供应商算法标准、与商业开源平台技术实现集成和衔接；

开放获取--智能制造平台技术使用成本低廉；

开放市场--开放获取可组合的、以市场为导向的、商业化的和开源的应用库，包括部署、数据管理、建模、分析和指标应用，以及相关非专有部署数据、认证和服务。

智能制造平台基础设施旨在促进低成本、安全、及时实现节点衔接和信息应用，从而超越事务实现优化。上述异构环境的性质要求能够跨越大量不同技术、人力和不同成熟度的组织机构实现衔接。目前的讨论涉及从业者、供应商、制造业协会、代理机构、实验室、大学、企业董事会，委员会现在认识到通过平台和企业建模实现优化的重要性和大好前景。以下的智能制造点滴将描述目前涉及企业建模的商业活动，内容来自迈克•约斯特(Mike Yost)在“制造业解决方案协会(Manufacturing Enterprise Solutions Association)”的工作以及《2014年加州制造技术咨询调查》：

利用数据实现业务整合

--“为数量和时效至关重要的供应商提供实时可见性，减少供应链中的库存和配送地点里程”；

--“供应商产销电子监管链包括质量变化，使生产流程可在收到零部件或材料前就作出调整”。

提高整个供应链效率

--“来自供应链各个环节的数据和信息将建立端到端的商业流程智能，为推动优化开启新的解决方案”；

--“与实时需求预测实现同步的供应链将减少订单变更、催货、超额运费和备用库存等问题的出现”。

通过合作实现各制造流程的改进

--“消费事务、质量变化以及响应优先级等情况与供应商实现即刻沟通，多批次减少为单件流动”；

--“流程变化激活纠正措施工作流程，无论何地都能实时联系到全球各地职能人员”。

产品高度定制化

--“数字化生产流程管理日趋复杂的产品，智能化为客户提供更大的定制产品自由，同时提高制造商的生产交付能力”；

--“对生产流程、转换及各种不同订单规模实现控制，实现输出和需求的配合，对客户需求做出更及时的响应”；

--“序列化生产实现汽车仪表盘、车门面板的同步组装，配合供应链零部件的流动”。

结论

节点与事务深深植根于制造业内部，在目前的经营模式下往往被忽视。即使国际自动化学会的ANSI/ISA 95 标准《系统层分类》也自认为多重供应商产品和系统（节点)必须得到衔接（事务）。长期以来的固有模式成为应用智能制造的障碍，其中一个原因是，智能制造仍处于认识和应用的初期，正如美国质量协会2014年度调查报告所述。

然而，如果我们扩展目前的商业模式，节点和事务为新的IT功能与现实、网络和人力等各方面因素的配合就会被深入的理解。它们还会为智能制造系统性能的可预测性和改进提供一个切入点。在各节点建模就像是从小事做起，随着越来越多的节点实现衔接，经过层层推进，再扩大到整个供应链，新的企业模式也就诞生了。一个真正由产业推动的生态系统能够形成和创造一种虚拟企业模型，它将纳入有形资产，在正确的时间、以正确的产量，生产正确的产品。在制造业，上述模式有潜力将有形设施的商业价值转移到虚拟企业。

节点和事务本质的多样性使其需要衔接，这就让我们回到这样的出发点：要发挥智能制造的潜力，就需要配备相应的基础设施，而没有一个从业者或供应商公司能够“拥有”或提供智能制造实施所需的全部必要能力。同样，现有市场推动因素也并不配套。智能制造不仅关乎个人利益。我们预测，产业推动和协调的基础设施将成为市场推动的、商业化和开源的平台及应用合作伙伴，为促进更大的经济繁荣，和强化产品价值、环境可持续发展以及材料与能源保护带来不可限量的大好机遇。