制造業(yè)的未來：銜接節(jié)點(diǎn)與事務(wù)，整合下一代信息技術(shù)

◆吉姆·戴維斯 / 文

制造業(yè)的未來：銜接節(jié)點(diǎn)與事務(wù)，整合下一代信息技術(shù)

◆吉姆·戴維斯 / 文

編者按

制造業(yè)長期以來一直是質(zhì)量界的核心，而今天，由于信息技術(shù)的革命以及現(xiàn)在可以收集、傳輸和分析的大量數(shù)據(jù)，我們即將跨入“智能制造”時代。本文作者吉姆·戴維斯來自加州大學(xué)洛杉磯分校及智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟(Sm art Manu factu ring Leadersh ip Coalition)，他論述了質(zhì)量在制造領(lǐng)域的持久作用將在未來十年通過信息技術(shù)得到日益加強(qiáng)。

下一代信息技術(shù)(IT)涉及基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)、空前的建模能力、移動計算、社交網(wǎng)絡(luò)，以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越今天的基礎(chǔ)架構(gòu)和軟件服務(wù)的IT云。顯然，智能化互聯(lián)設(shè)備在急劇增加，據(jù)廣泛預(yù)測，到2020年，其數(shù)量將達(dá)到300億臺（件）。各種應(yīng)用程序為我們提供了許多不可思議的新見解和解決方案、前所未有的機(jī)遇以及改變各主要行業(yè)經(jīng)營方式的無盡力量，而整合設(shè)備、數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)的這種爆炸式增長將為這些應(yīng)用程序奠定基礎(chǔ)。

更確切地說，制造業(yè)毋庸置疑是需要采用這些IT新系統(tǒng)和新技術(shù)以滿足人們對未來制造業(yè)預(yù)期的行業(yè)。IT應(yīng)用的方式、速度和程度，將會影響各制造商的未來及其參與的供應(yīng)鏈。在概念上，智能制造是這些技術(shù)基于機(jī)會的應(yīng)用程序。從商業(yè)角度來看，智能制造是企業(yè)利用端到端使用實(shí)時的、聯(lián)網(wǎng)的、基于數(shù)據(jù)的情報，整合動態(tài)市場需求、高速技術(shù)和增值產(chǎn)品，提高經(jīng)濟(jì)性及能源和材料利用效率，實(shí)現(xiàn)零事故，降低工業(yè)能耗，加強(qiáng)環(huán)境可持續(xù)性的過程。

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物理、網(wǎng)絡(luò)和人力要素相互配合才能得以發(fā)揮。無數(shù)問題都可歸結(jié)為：如何結(jié)合這三個要素改進(jìn)產(chǎn)品和市場日益復(fù)雜的企業(yè)經(jīng)營狀況？能否預(yù)測使用IT新技術(shù)的企業(yè)績效，從而確定智能制造系統(tǒng)的切入點(diǎn)？為此，依據(jù)制造業(yè)“節(jié)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(jié)點(diǎn)是指制造企業(yè)或供應(yīng)鏈（流程、系統(tǒng)或組織）中，兩個或多個部分通過事務(wù)連接在一起的位置。事務(wù)是銜接節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)方法。它類似于一個業(yè)務(wù)采購和交付流程，其中在節(jié)點(diǎn)的上游或下游共享的信息最少。節(jié)點(diǎn)的形成源自不同的數(shù)據(jù)定義、標(biāo)準(zhǔn)、供應(yīng)商產(chǎn)品、工廠作業(yè)、即時的可操作窗口以及操作常量。節(jié)點(diǎn)和事務(wù)存在于微觀層面（人與機(jī)或機(jī)與機(jī)）、中觀層面（類似部件的供應(yīng)商或工廠作業(yè)間）以及宏觀層面（工廠或供應(yīng)鏈之間）的操作層。物質(zhì)、能量及信息往往存儲在節(jié)點(diǎn)周圍，以便于事務(wù)的實(shí)施。

節(jié)點(diǎn)和事務(wù)的存在并不令人意外，但是，從企業(yè)的機(jī)能來看，其存在的范圍和規(guī)模簡直令人震驚，因此有機(jī)會加以優(yōu)化。例如，設(shè)想在一個食品業(yè)供應(yīng)鏈中，消費(fèi)者在一個雜貨店購買一種食品。最終產(chǎn)品必須符合配料和包裝的規(guī)格，無污染，滿足特定口味要求，還要符合法規(guī)要求。在生產(chǎn)中，必須管理不同供應(yīng)商的配料變化，按配方生產(chǎn)出一致的產(chǎn)品。來自不同供應(yīng)商和種植者的配料必須經(jīng)過采購、倉儲、通過性質(zhì)評估檢驗，然后才能運(yùn)送到生產(chǎn)商那里。日益嚴(yán)格的監(jiān)管法規(guī)要求產(chǎn)品從商店到供應(yīng)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。整個供應(yīng)鏈還需要對全球各地不同市場的產(chǎn)品動態(tài)需求作出響應(yīng)。

食品業(yè)供應(yīng)鏈的“農(nóng)場到餐桌”流程說明，不同的節(jié)點(diǎn)需要保持銜接，才能最終生產(chǎn)出某種合規(guī)的產(chǎn)品。不同節(jié)點(diǎn)造成物質(zhì)材料和設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及信息流、農(nóng)場人力、交通以及生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)的中斷。目前，針對源頭到產(chǎn)品供應(yīng)鏈的節(jié)點(diǎn)和事務(wù)的管理，食品業(yè)利用一種模型，通過對客戶購買行為和銷售進(jìn)行預(yù)測，從客戶到源頭推動庫存和運(yùn)營，從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)。

如果在汽車工業(yè)應(yīng)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(jié)點(diǎn)和事務(wù)將會減少。例如，配料供應(yīng)商如能提早通知配料變化，就能使運(yùn)營環(huán)節(jié)在收到配料前做好流程調(diào)整的準(zhǔn)備。如果制造商能提前通知生產(chǎn)問題，則供應(yīng)商在發(fā)貨前就能調(diào)整配貨。這種前瞻性措施能夠節(jié)約交貨時間，降低成本，從而使運(yùn)營具有可追溯性。最終，運(yùn)營可實(shí)現(xiàn)由一對一產(chǎn)品供應(yīng)和一對一產(chǎn)品購買模式直接推動，從而縮短庫存時間，減少庫存，減少食品的過期腐壞浪費(fèi)。憑借智能制造系統(tǒng)，供應(yīng)鏈通過動態(tài)企業(yè)預(yù)測功能，即刻為企業(yè)帶來無限的、有待利用的改善機(jī)會。

智能制造的初步采用

由于缺少新的企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，認(rèn)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優(yōu)勢，就需要及時使用并逐步開發(fā)新的IT系統(tǒng)，用于銜接所有企業(yè)機(jī)能中的節(jié)點(diǎn)。但是，系統(tǒng)的復(fù)雜性、切入點(diǎn)的多樣性以及高昂的部署成本等因素導(dǎo)致企業(yè)無法“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《2014年制造業(yè)前景調(diào)查》中，來自航空航天、汽車、食品、醫(yī)療設(shè)備、制藥和公用事業(yè)等行業(yè)的700名受訪者針對智能制造接受調(diào)查。在受訪者中，有80%未意識到、也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)需求，或表示存在成本問題或遭到管理層抵制，即使是13%已經(jīng)應(yīng)用智能制造的受訪者，也并未從中獲得明顯收益。

為此，非營利的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)組織——智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟(Sm a rt M an u fa c tu rin g Lead e rsh ip Coalition)（美國質(zhì)量協(xié)會也是其成員）正致力于利用下一代IT技術(shù)開發(fā)智能制造平臺，以彌補(bǔ)基礎(chǔ)設(shè)施的不足，促進(jìn)其普及。上述基礎(chǔ)設(shè)施將提供實(shí)時的、基于數(shù)據(jù)的應(yīng)用開發(fā)、部署、執(zhí)行和再利用，通過云技術(shù)實(shí)現(xiàn)“按需服務(wù)”。重要的是，智能制造平臺的設(shè)計依靠產(chǎn)業(yè)推動，是真正的開放式基礎(chǔ)設(shè)施，其具備以下特點(diǎn)：

開放式架構(gòu)——基于供應(yīng)商算法標(biāo)準(zhǔn)、與商業(yè)開源平臺技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成和銜接；

開放獲取——智能制造平臺技術(shù)使用成本低廉；

開放市場——開放獲取可組合的、以市場為導(dǎo)向的、商業(yè)化的和開源的應(yīng)用庫，包括部署、數(shù)據(jù)管理、建模、分析和指標(biāo)應(yīng)用，以及相關(guān)非專有部署數(shù)據(jù)、認(rèn)證和服務(wù)。

智能制造平臺基礎(chǔ)設(shè)施旨在促進(jìn)低成本、安全、及時實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)銜接和信息應(yīng)用，從而超越事務(wù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。上述異構(gòu)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(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)銜接。目前的討論涉及從業(yè)者、供應(yīng)商、制造業(yè)協(xié)會、代理機(jī)構(gòu)、實(shí)驗室、大學(xué)、企業(yè)董事會，委員會現(xiàn)在認(rèn)識到通過平臺和企業(yè)建模實(shí)現(xiàn)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，內(nèi)容來自邁克·約斯特(M ike Yost)在“制造業(yè)解決方案協(xié)會(Manu factu ring Enterp rise Solutions Association)”的工作以及《2014年加州制造技術(shù)咨詢調(diào)查》：

利用數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)整合

——“為數(shù)量和時效至關(guān)重要的供應(yīng)商提供實(shí)時可見性，減少供應(yīng)鏈中的庫存和配送地點(diǎn)里程”；

——“供應(yīng)商產(chǎn)銷電子監(jiān)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(diào)整”。

提高整個供應(yīng)鏈效率

——“來自供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和信息將建立端到端的商業(yè)流程智能，為推動優(yōu)化開啟新的解決方案”；

——“與實(shí)時需求預(yù)測實(shí)現(xiàn)同步的供應(yīng)鏈將減少訂單變更、催貨、超額運(yùn)費(fèi)和備用庫存等問題的出現(xiàn)”。

通過合作實(shí)現(xiàn)各制造流程的改進(jìn)

——“消費(fèi)事務(wù)、質(zhì)量變化以及響應(yīng)優(yōu)先級等情況與供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)即刻溝通，多批次減少為單件流動”；

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

產(chǎn)品高度定制化

——“數(shù)字化生產(chǎn)流程管理日趨復(fù)雜的產(chǎn)品，智能化為客戶提供更大的定制產(chǎn)品自由，同時提高制造商的生產(chǎn)交付能力”；

——“對生產(chǎn)流程、轉(zhuǎn)換及各種不同訂單規(guī)模實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)輸出和需求的配合，對客戶需求做出更及時的響應(yīng)”；

——“序列化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)汽車儀表盤、車門面板的同步組裝，配合供應(yīng)鏈零部件的流動”。

結(jié)論

節(jié)點(diǎn)與事務(wù)深深植根于制造業(yè)內(nèi)部，在目前的經(jīng)營模式下往往被忽視。即使國際自動化學(xué)會的ANSI/ISA 95 標(biāo)準(zhǔn)《系統(tǒng)層分類》也自認(rèn)為多重供應(yīng)商產(chǎn)品和系統(tǒng)（節(jié)點(diǎn))必須得到銜接（事務(wù)）。長期以來的固有模式成為應(yīng)用智能制造的障礙，其中一個原因是，智能制造仍處于認(rèn)識和應(yīng)用的初期，正如美國質(zhì)量協(xié)會2014年度調(diào)查報告所述。

然而，如果我們擴(kuò)展目前的商業(yè)模式，節(jié)點(diǎn)和事務(wù)為新的IT功能與現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)和人力等各方面因素的配合就會被深入的理解。它們還會為智能制造系統(tǒng)性能的可預(yù)測性和改進(jìn)提供一個切入點(diǎn)。在各節(jié)點(diǎn)建模就像是從小事做起，隨著越來越多的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)銜接，經(jīng)過層層推進(jìn)，再擴(kuò)大到整個供應(yīng)鏈，新的企業(yè)模式也就誕生了。一個真正由產(chǎn)業(yè)推動的生態(tài)系統(tǒng)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(shè)施的商業(yè)價值轉(zhuǎn)移到虛擬企業(yè)。

節(jié)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(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，而沒有一個從業(yè)者或供應(yīng)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(xiàn)有市場推動因素也并不配套。智能制造不僅關(guān)乎個人利益。我們預(yù)測，產(chǎn)業(yè)推動和協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)設(shè)施將成為市場推動的、商業(yè)化和開源的平臺及應(yīng)用合作伙伴，為促進(jìn)更大的經(jīng)濟(jì)繁榮，和強(qiáng)化產(chǎn)品價值、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展以及材料與能源保護(hù)帶來不可限量的大好機(jī)遇。