1 智能制造逐步演進(jìn)走向新階段
自2015年國(guó)家發(fā)布強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略并將智能制造作為“制造強(qiáng)國(guó)”的主攻方向以來(lái)，在重點(diǎn)領(lǐng)域和基礎(chǔ)較好的企業(yè)中，以眾多數(shù)字化車間、智能工廠為代表的制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)示范成果正不斷擴(kuò)大，智能制造的理論、方法和技術(shù)正逐漸成熟并被社會(huì)普遍接受，制造業(yè)轉(zhuǎn)型的升級(jí)趨勢(shì)已經(jīng)建立，智能制造助力轉(zhuǎn)型升級(jí)的實(shí)踐正在從重點(diǎn)示范的標(biāo)桿引導(dǎo)方式，逐步轉(zhuǎn)向普遍推廣應(yīng)用的藍(lán)海。
在2015年國(guó)家啟動(dòng)智能制造專項(xiàng)行動(dòng)以來(lái)，通過(guò)大量重點(diǎn)制造領(lǐng)域領(lǐng)軍企業(yè)的率先實(shí)踐，取得了初步成果，催生了許多基于智能化技術(shù)的制造新模式和新方法。通過(guò)幾年的實(shí)踐認(rèn)識(shí)到，智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)不是一個(gè)一蹴而就的項(xiàng)目，而是一個(gè)在需求、技術(shù)和實(shí)踐上不斷深入和演進(jìn)的長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程。近兩年在國(guó)家主管部門的推動(dòng)下，在已取得的示范性成果的基礎(chǔ)上，各地政府陸續(xù)啟動(dòng)了與智能制造相關(guān)的工業(yè)企業(yè)診斷評(píng)估工作，一方面對(duì)本地區(qū)工業(yè)企業(yè)智能制造水平的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，另一方面對(duì)轉(zhuǎn)型升級(jí)中的問(wèn)題進(jìn)行診斷，從而為進(jìn)一步深入推進(jìn)智能制造提供精準(zhǔn)的策略和方案。
在筆者編寫本文的過(guò)程中，工信部印發(fā)了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》，意圖在接下來(lái)的三年中，通過(guò)加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新發(fā)展，帶動(dòng)我國(guó)企業(yè)的智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)入一個(gè)新的階段。在這一新階段開(kāi)啟之際，通過(guò)對(duì)前階段成果的總結(jié)，對(duì)提升下一階段的推進(jìn)質(zhì)量將是大有裨益的。智能制造的演進(jìn)階段如圖1所示。
筆者所在的單位曾積極參與了國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略《中國(guó)制造2025》以及《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》的制定和實(shí)施工作，也參與和主導(dǎo)了多個(gè)企業(yè)的智能制造項(xiàng)目實(shí)施，對(duì)智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化和新模式應(yīng)用實(shí)踐有了深刻認(rèn)識(shí)，并在近兩年參加了多期在全國(guó)各地的企業(yè)智能制造診斷評(píng)估和智能制造進(jìn)園區(qū)等政府主導(dǎo)的咨詢?cè)\斷活動(dòng)，通過(guò)上述實(shí)踐與智能制造實(shí)施企業(yè)進(jìn)行了大量互動(dòng)，并真切地感到：智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)方向已經(jīng)成為大多數(shù)企業(yè)的共識(shí)，但對(duì)其核心機(jī)制、評(píng)估診斷和實(shí)施方法等方面仍然存在著不少盲區(qū)和誤區(qū)。筆者希望通過(guò)本文做一總結(jié)，為智能制造在新的推進(jìn)階段的深入實(shí)施提供有益的探討，貢獻(xiàn)綿薄之力。
2 整體規(guī)劃是智能制造實(shí)施的首要步驟
筆者所接觸的大多數(shù)企業(yè)，對(duì)智能制造的趨勢(shì)都有認(rèn)識(shí)，甚至有比較急迫的愿望，但多數(shù)企業(yè)對(duì)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的長(zhǎng)期性和系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)不足。許多企業(yè)在初步了解了智能制造的一些原理和技術(shù)之后，雖然很快就能結(jié)合企業(yè)制造和經(jīng)營(yíng)管理中的一些痛點(diǎn)，快速引入相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改造，但是這樣很容易形成頭痛醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳的局面，從而形成許多孤島式的應(yīng)用。不少企業(yè)隨著這種孤島式的應(yīng)用不斷增多，雖然在一些局部環(huán)節(jié)提升了效率，但是許多制造環(huán)節(jié)存在銜接不暢甚至形成沖突，使得整體效益未見(jiàn)顯著提升。在這種情況下，企業(yè)才開(kāi)始充分認(rèn)識(shí)到整體規(guī)劃的重要性。
智能制造是企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)營(yíng)管理、制造運(yùn)行以及生態(tài)建立等多方面采取系統(tǒng)性的，甚至是創(chuàng)新性的技術(shù)與管理改進(jìn)工程。這需要一個(gè)符合企業(yè)發(fā)展特點(diǎn)的整體規(guī)劃，以避免出現(xiàn)“1+1<2”式的資源浪費(fèi)和盲目跟風(fēng)投資。智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)與沿革多年的以改善企業(yè)內(nèi)部效益為驅(qū)動(dòng)的方式不同，它是面向個(gè)性化的市場(chǎng)需求和新階段社會(huì)發(fā)展理念的創(chuàng)新性變革，因此企業(yè)應(yīng)樹(shù)立整體、系統(tǒng)的革新意識(shí)，而不是沿用傳統(tǒng)的技改思路。智能制造的創(chuàng)新理念和模式如圖2所示。
雖然一些企業(yè)進(jìn)行了整體規(guī)劃設(shè)計(jì)，但是仍然沿用傳統(tǒng)思路，在進(jìn)行整體規(guī)劃時(shí)，直接就進(jìn)入了工廠設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化、制造設(shè)備和信息系統(tǒng)選型的技術(shù)規(guī)劃環(huán)節(jié)。他們希望通過(guò)智能裝備的快速引入，迅速達(dá)到智能制造的水平。實(shí)際上，智能制造是不能一蹴而就的，即使是提出“工業(yè)4.0”的德國(guó)專家也聲稱，“工業(yè)4.0”在德國(guó)的實(shí)現(xiàn)也需要30年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。因此，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，結(jié)合企業(yè)自身發(fā)展戰(zhàn)略、發(fā)展環(huán)境，確定符合自身特點(diǎn)的發(fā)展路徑，不盲從、不冒進(jìn)是很重要的。因此，在進(jìn)行技術(shù)規(guī)劃以前，還有兩個(gè)很重要的環(huán)節(jié)：企業(yè)戰(zhàn)略的設(shè)計(jì)和先進(jìn)生產(chǎn)模式的匹配。
首先，企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)規(guī)劃之前，應(yīng)對(duì)企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行設(shè)計(jì)和定義。企業(yè)應(yīng)該結(jié)合所處的行業(yè)特點(diǎn)、市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)、企業(yè)自身的定位以及未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)等因素，確定企業(yè)未來(lái)的中長(zhǎng)期目標(biāo)和階段發(fā)展目標(biāo)。
其次，企業(yè)應(yīng)在戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)之下，結(jié)合智能制造的理論和方法以及先進(jìn)的生產(chǎn)模式，選用或創(chuàng)新企業(yè)應(yīng)采用的制造模式。這些模式除了信息物理系統(tǒng)（CPS）、數(shù)字孿生、大規(guī)模定制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造和數(shù)字化制造等智能制造新模式外，也包括那些被大量實(shí)踐證明而現(xiàn)在仍然具有先進(jìn)性的生產(chǎn)模式，如敏捷制造、精益生產(chǎn)和柔性制造等。企業(yè)最終使用的模式，可以是由這些模式匹配組合后的創(chuàng)新結(jié)果。
在上面環(huán)節(jié)完成后，就可以進(jìn)入到具體的技術(shù)規(guī)劃環(huán)節(jié)了，其主要目的就是設(shè)計(jì)能夠支撐這些生產(chǎn)模式的各種技術(shù)要素，包括智能制造的兩個(gè)支柱：智能裝備和智能生產(chǎn)（方式）。這兩個(gè)支柱往往是通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)、信息化系統(tǒng)來(lái)承載和固化的，也可以將這個(gè)過(guò)程形象地稱之為兩個(gè)形態(tài)的工廠：數(shù)字化工廠和物理工廠，相應(yīng)的規(guī)劃和實(shí)施過(guò)程包括如下步驟：評(píng)估、優(yōu)化、設(shè)計(jì)和實(shí)施。
鑒于篇幅所限，本文不在這里詳述，希望深入了解的讀者可參見(jiàn)參考資料。應(yīng)注意的是，以上各個(gè)步驟不是瀑布式的，而是迭代式的。前面步驟的結(jié)果指導(dǎo)后面的步驟設(shè)計(jì)，而后面的步驟設(shè)計(jì)也可能會(huì)要求修正前面步驟的結(jié)果。
下面結(jié)合智能制造落地實(shí)施的過(guò)程談幾個(gè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的方面。
3 企業(yè)的困惑
3.1 智能制造過(guò)時(shí)了嗎？
通過(guò)和企業(yè)的互動(dòng)，筆者發(fā)現(xiàn)雖然國(guó)內(nèi)的智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)在政府的引導(dǎo)下有了不錯(cuò)的開(kāi)局，但是有不少企業(yè)（甚至包括不少還沒(méi)怎么引入智能制造技術(shù)的企業(yè)）卻認(rèn)為，智能制造已經(jīng)是過(guò)去時(shí)了，現(xiàn)在應(yīng)該有新的方法和方向了，例如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。
實(shí)際上，智能制造的實(shí)現(xiàn)不是一蹴而就的，不是通過(guò)幾個(gè)政府資助的項(xiàng)目就可以輕松實(shí)現(xiàn)的。在我國(guó)的強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略中，智能制造也有著2025、2030直至2050的長(zhǎng)期規(guī)劃。在2020年6月中央深改委第十四次會(huì)議上，再次明確了“以智能制造為主攻方向”的戰(zhàn)略目標(biāo)。而在業(yè)界智能制造的聲音漸弱，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及人工智能等新興的IT技術(shù)呼聲漸強(qiáng)，這很大程度上是出于現(xiàn)實(shí)的目的。一方面，按照政府產(chǎn)業(yè)政策的引導(dǎo)與扶持規(guī)律，每隔一段時(shí)間就會(huì)形成新的主題和方向，以凸顯持續(xù)創(chuàng)新的引領(lǐng)作用。另一方面，那些獲得過(guò)政府資助的企業(yè)、技術(shù)供應(yīng)商以及新興技術(shù)的開(kāi)發(fā)者，更需要新的熱點(diǎn)從而獲得新的支持。但其實(shí)這些都可以說(shuō)是戰(zhàn)術(shù)層面的東西，我們注意到，在強(qiáng)調(diào)“以智能制造為主攻方向”的同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)“加快推進(jìn)新一代信息技術(shù)和制造業(yè)融合發(fā)展”及“加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展”。一方面堅(jiān)持了我國(guó)早已提出的“兩化深度融合”的技術(shù)路線，同時(shí)也作了與時(shí)俱進(jìn)的表述。另一方面，也突出了當(dāng)前智能制造實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)——網(wǎng)絡(luò)化。這正是我國(guó)工程院在新一代智能制造白皮書提出的“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”幾個(gè)階段中的第二個(gè)階段。因此，無(wú)論在戰(zhàn)術(shù)上當(dāng)前技術(shù)推進(jìn)的技術(shù)重點(diǎn)是什么，智能制造作為戰(zhàn)略的主攻方向是必須長(zhǎng)期堅(jiān)持的。
3.2 整體與局部的關(guān)系
一個(gè)重型機(jī)械裝備行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，在實(shí)施了CAD、PLM、ERP、CRM和OA等一系列信息化技術(shù)應(yīng)用以及數(shù)控加工設(shè)備升級(jí)之后，仍然覺(jué)得企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)難以滿足快速變化的市場(chǎng)需求。企業(yè)老總覺(jué)得其生產(chǎn)領(lǐng)域就像一個(gè)黑箱，明明通過(guò)上述改造，應(yīng)該有較大的生產(chǎn)能力提升，但是企業(yè)的交付能力并沒(méi)有獲得預(yù)期的樣子。老總覺(jué)得生產(chǎn)車間應(yīng)該有足夠的能力來(lái)消化市場(chǎng)訂單，但是車間的管理層卻在天天叫苦，說(shuō)生產(chǎn)能力已經(jīng)不堪重負(fù)。在這樣的壓力下，企業(yè)準(zhǔn)備實(shí)施MES，力圖打破生產(chǎn)過(guò)程的黑箱狀態(tài)，改善生產(chǎn)秩序。
在對(duì)企業(yè)的調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn)，企業(yè)雖然在許多關(guān)鍵點(diǎn)上都采用了先進(jìn)的數(shù)字化和信息化手段進(jìn)行智能制造的升級(jí)，但是造成其生產(chǎn)力仍然不足的一個(gè)很大原因卻是缺少整體規(guī)劃。由于缺少整體規(guī)劃，已經(jīng)實(shí)施的各種技術(shù)和系統(tǒng)缺少集成的設(shè)計(jì)，他們大多只在各自的功能范圍內(nèi)發(fā)揮作用，而缺少與其他功能的協(xié)同機(jī)制，甚至由于邊界的重疊，還有可能產(chǎn)生沖突，因而使得轉(zhuǎn)型升級(jí)的整體效果打了折扣。我們知道，智能工廠包括了三個(gè)支撐體系：技術(shù)創(chuàng)新體系、經(jīng)營(yíng)管理體系和制造運(yùn)行體系，如圖3所示。
這三個(gè)體系的功能有機(jī)銜接、協(xié)同工作才能充分發(fā)揮各個(gè)局部系統(tǒng)的應(yīng)用潛力，達(dá)到企業(yè)能力提升的最大化。這個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品是按照工程訂單進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。幾乎每個(gè)工程都會(huì)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能提出特殊要求，許多關(guān)鍵零部件需要定制化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，因而是典型的ETO模式。在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于單件的生產(chǎn)工藝，過(guò)多地依靠老員工的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)的制造環(huán)節(jié)存在著大量的質(zhì)量返工和設(shè)計(jì)變更。這極大地破壞了生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)與均衡，使生產(chǎn)過(guò)程在無(wú)序中產(chǎn)生了許多浪費(fèi)。但是為了提高交付率，制造部門經(jīng)常需要加班加點(diǎn)來(lái)克服這種生產(chǎn)變動(dòng)的影響。這就形成了老總覺(jué)得產(chǎn)能沒(méi)有充分發(fā)揮，而制造部門感到筋疲力盡的局面。按照智能工廠整體運(yùn)行模型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，雖然制造過(guò)程的黑箱狀態(tài)需要打破，生產(chǎn)秩序需要改善，但造成這種局面的根本原因是企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新體系能力薄弱。為了提高企業(yè)的競(jìng)標(biāo)能力，市場(chǎng)訂單的交期越來(lái)越短，企業(yè)接單后往往不得不邊設(shè)計(jì)、邊生產(chǎn)。這就需要快速按單設(shè)計(jì)的能力必須與之相匹配，需在極短的時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，而且需要盡可能消除設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。而企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)仍然以二維圖樣為主，工藝設(shè)計(jì)幾乎沒(méi)有。除了比較粗糙的工藝提示外，具體加工工藝就交給制造車間的員工了。這樣一來(lái)，由于缺少有效的設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段（CAE），在匆忙之下交付給車間的設(shè)計(jì)包含了許多不應(yīng)有的錯(cuò)誤或不足，從而造成生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果的反復(fù)，甚至有的錯(cuò)誤直到產(chǎn)品交付使用以后才被發(fā)現(xiàn)。因此從系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，生產(chǎn)車間繁忙無(wú)序的背后，正是企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)的薄弱所致。
這個(gè)例子很好地說(shuō)明了整體決定局部的道理。在智能制造的轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中，我們需要通過(guò)整體規(guī)劃，用系統(tǒng)的、整體的視角來(lái)看待企業(yè)面臨的問(wèn)題，而不是頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳。
3.3 亂花漸欲迷人眼
筆者接觸的一位礦山機(jī)械裝備制造企業(yè)的老總曾經(jīng)發(fā)出感慨：智能制造的概念在學(xué)習(xí)了一段時(shí)間以后變得清晰了，但是在打算深入開(kāi)展相關(guān)工作后，接觸了不少智能制造的供應(yīng)商和解決方案，又讓這些概念變得模糊了，因此企業(yè)雖然實(shí)施智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的欲望強(qiáng)烈，但卻躊躇不前。在筆者參與對(duì)企業(yè)進(jìn)行的診斷過(guò)程中，這樣的困惑很有代表性。智能制造相關(guān)的概念如圖4所示。
德國(guó)的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略提出具體概念和技術(shù)框架，如圖5所示。智能制造技術(shù)在我國(guó)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)實(shí)踐中催生了大量的新模式、新方法。而這些新模式、新方法仍然在結(jié)合不斷涌現(xiàn)的新一代信息技術(shù)、智能裝備技術(shù)以及新理念快速演進(jìn)。在這個(gè)演進(jìn)過(guò)程中，確有亂花漸欲迷人眼的感覺(jué)。但深究這些紛繁復(fù)雜的技術(shù)和概念，他們都有一條共同發(fā)展的軌跡：智能裝備和智能生產(chǎn)（方式）。智能裝備包括智能化加工、物流和檢測(cè)等智能化、數(shù)字化設(shè)備，智能生產(chǎn)方式一般通過(guò)信息化系統(tǒng)承載和固化。他們成為智能制造新模式的兩根支柱，有人形象地稱為雙輪驅(qū)動(dòng)，這與“工業(yè)4.0”提出的基本概念相符合。而將這兩根支柱有機(jī)地結(jié)合在一起的技術(shù)正是我們?cè)缫咽熘摹皟苫疃热诤稀保@種融合技術(shù)在“工業(yè)4.0”中體現(xiàn)為信息物理系統(tǒng)（CPS）、物/務(wù)聯(lián)網(wǎng)（IoTS）。而在中國(guó)，技術(shù)最新的演進(jìn)則表現(xiàn)為“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”。
因此，抓住智能生產(chǎn)和智能裝備這兩根支柱，就不會(huì)在紛繁復(fù)雜的各種技術(shù)和模式中迷失了方向。通過(guò)近兩年的企業(yè)診斷實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在許多企業(yè)的升級(jí)改造實(shí)踐中，能夠深入領(lǐng)會(huì)和有機(jī)運(yùn)用這雙輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)的并不多，很多智能制造的方案都是偏向一端，信息化（智能生產(chǎn)方式）或智能裝備的。
3.4 看得見(jiàn)的和看不見(jiàn)的
在智能制造的兩個(gè)支柱中，智能裝備是顯而易見(jiàn)的，更容易抓住人們的眼球。而容易忽視的方面往往是智能生產(chǎn)方式，它更多地體現(xiàn)為生產(chǎn)表象背后的數(shù)據(jù)、流程和模型。在我們主持的一個(gè)地區(qū)的智能制造診斷活動(dòng)中，一位家族企業(yè)的新銳聲稱，他這幾年一直在關(guān)注和學(xué)習(xí)智能制造的發(fā)展動(dòng)向和相關(guān)技術(shù)，因?yàn)樗獡?dān)負(fù)起父輩的厚望，使他們創(chuàng)下的基業(yè)能夠快速地跟上發(fā)展的潮流。然而通過(guò)交談我們發(fā)現(xiàn)，在本地區(qū)的一個(gè)主流設(shè)備聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商的游說(shuō)下，這位年輕的企業(yè)家對(duì)智能制造的理解主要集中在如何使用中控大屏來(lái)展示生產(chǎn)狀態(tài)的層面，而對(duì)這背后的先進(jìn)生產(chǎn)方式幾乎沒(méi)有概念。
誠(chéng)然，由于中控室可以通過(guò)匯集生產(chǎn)數(shù)據(jù)并通過(guò)大屏幕生動(dòng)地表示出來(lái)，如圖6所示，具有較好的展示效果，因而成為許多企業(yè)展示智能化改造升級(jí)效果的重要方式。但其實(shí)這只是中控室作用的副產(chǎn)品，人們往往忽略了中控室作為一種先進(jìn)的管控模式的本源。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)車間中，圍繞生產(chǎn)提供保障和服務(wù)的有許多業(yè)務(wù)部門，如生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)工藝、物流配送、質(zhì)量檢驗(yàn)和設(shè)備維修等。這些部門一般都有各自的辦公室。當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，作業(yè)人員一般需要通過(guò)電話甚至跑腿的方式去通知相關(guān)的部門或人員到現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題，有一些問(wèn)題可能涉及多個(gè)業(yè)務(wù)部門。這種分散的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管控方式效率低下，特別不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。而中控室就是一個(gè)各個(gè)業(yè)務(wù)部門集中辦公的地方，業(yè)務(wù)人員可以通過(guò)先進(jìn)的信息化、數(shù)字化技術(shù)匯集數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題聯(lián)合做出快速響應(yīng)，保障生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)和有序。在筆者接觸到的許多企業(yè)中，人們更多的卻是關(guān)心中控大屏的展示效果，而對(duì)這種大屏展示背后的先進(jìn)生產(chǎn)模式缺少真正的認(rèn)識(shí)。這種重表象而輕內(nèi)涵的實(shí)施方法是十分普遍的。
4 智能制造水平的正確評(píng)估
在許多地區(qū)智能制造的診斷評(píng)估中，采用的評(píng)估指標(biāo)體系都或多或少地采用了“智能制造能力成熟度”標(biāo)準(zhǔn)。這一指標(biāo)體系的白皮書在2016年即已發(fā)布，在2020年經(jīng)少量修改后，正式形成了兩項(xiàng)配套的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T 39116—2020《智能制造能力成熟度模型》和GB/T 39117—2020《智能制造能力成熟度評(píng)估方法》。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采用5級(jí)評(píng)分制，評(píng)分達(dá)到4.0，就基本達(dá)到了智能制造的水平，而5.0就可以達(dá)到引領(lǐng)的水平。
無(wú)疑這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)如何評(píng)價(jià)企業(yè)的智能制造水平提供了一個(gè)比較完整的框架，其中的指標(biāo)也具有普遍的意義。但是在我們的應(yīng)用中卻發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于單一企業(yè)來(lái)說(shuō)，在確定企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)及持續(xù)改進(jìn)目標(biāo)具有一定的引導(dǎo)意義，但是用于對(duì)多個(gè)企業(yè)進(jìn)行評(píng)估并橫向比較時(shí)，卻會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較為明顯的現(xiàn)象：一個(gè)看起來(lái)制造過(guò)程自動(dòng)化程度很高，作業(yè)過(guò)程無(wú)人化、少人化水平先進(jìn)，具有集成化管控水平的生產(chǎn)企業(yè)，其得分比一些作業(yè)過(guò)程較多依靠人力、管控模式分散的企業(yè)得分并沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)。這樣的評(píng)分結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)診斷的觀感形成了較大落差，如圖7所示。
經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn)，在國(guó)標(biāo)的評(píng)價(jià)體系中，智能裝備和智能生產(chǎn)這兩大智能制造的支柱在指標(biāo)的數(shù)量和比重上有著失衡。和智能裝備直接相關(guān)的指標(biāo)只有一個(gè)域——裝備。這是12個(gè)能力域中的一項(xiàng)，而其評(píng)分的比重僅占10%，如圖8所示。
除了這個(gè)“裝備”域以外，其他的指標(biāo)域基本上是和智能生產(chǎn)方式相關(guān)的，他們大多由制造過(guò)程背后的數(shù)據(jù)和流程組成，不容易顯現(xiàn)。而在制造過(guò)程的加工、物流、質(zhì)檢和現(xiàn)場(chǎng)指揮等環(huán)節(jié)中的設(shè)備自動(dòng)化、數(shù)字化及智能化，不僅是實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)方式的實(shí)物基礎(chǔ)，而且更容易影響人們的直接觀感。顯然GB/T 39117—2020的指標(biāo)體系在這兩個(gè)方面的失衡是造成現(xiàn)場(chǎng)診斷觀感與評(píng)估落差的主要原因。雖然存在著失衡的問(wèn)題，但是如果能結(jié)合企業(yè)的具體實(shí)際靈活應(yīng)用，這個(gè)指標(biāo)體系仍不失為一個(gè)智能制造水平評(píng)估的參考和指導(dǎo)。
筆者曾經(jīng)和國(guó)內(nèi)一家主流的汽車生產(chǎn)廠的技改發(fā)展部門進(jìn)行交流，他們正在編寫一個(gè)企業(yè)的智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃。他們的一個(gè)困惑是，如何告訴領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)規(guī)劃達(dá)到了先進(jìn)的水平。當(dāng)時(shí)我們按照此前的診斷經(jīng)驗(yàn)，告訴企業(yè)說(shuō)可以參照“智能制造成熟度”的評(píng)價(jià)模型（當(dāng)時(shí)這個(gè)模型還沒(méi)有成為國(guó)標(biāo)）。后來(lái)企業(yè)方告訴我們，他們參照這個(gè)模型打分之后，這個(gè)規(guī)劃的評(píng)分可以達(dá)到4.X分。聽(tīng)到這個(gè)覆蓋了大多數(shù)高級(jí)別指標(biāo)的分?jǐn)?shù)，筆者又有點(diǎn)兒后悔告訴他們這樣做。因?yàn)椋@個(gè)模型雖然有著普遍意義，但是不同的行業(yè)企業(yè)在經(jīng)營(yíng)模式、工藝特征和市場(chǎng)環(huán)境等方面可能有較大的不同，在智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的實(shí)踐中，并不需要在所有的方面都追求高指標(biāo)。我們?cè)谖鞅痹\斷的一家企業(yè)的總經(jīng)理就曾明確地告訴我們，根據(jù)企業(yè)的發(fā)展實(shí)際和未來(lái)市場(chǎng)的預(yù)計(jì)，他們認(rèn)為，企業(yè)在近期能夠全面覆蓋3.0的標(biāo)準(zhǔn)就可以保持企業(yè)的先進(jìn)性了，脫離實(shí)際的高標(biāo)準(zhǔn)意味著浪費(fèi)。我們確實(shí)應(yīng)該敬佩這位企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)智能制造發(fā)展的認(rèn)知。
實(shí)際上，筆者認(rèn)為，智能制造的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)是具有普遍意義的，將他們應(yīng)用于具體企業(yè)進(jìn)行水平評(píng)估時(shí)，首先應(yīng)該根據(jù)企業(yè)所處的行業(yè)特點(diǎn)和發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行相應(yīng)的裁剪。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，最適合的水平才是最好的。一味追求高指標(biāo)可能產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)，并非可持續(xù)發(fā)展之道，這對(duì)于那些中小企業(yè)尤其如此。其次，應(yīng)特別注意智能裝備及智能生產(chǎn)兩根支柱的均衡發(fā)展。在許多企業(yè)中都有技改部門和信息化部門，他們一般分屬不同的業(yè)務(wù)序列，而兩化融合的實(shí)施技術(shù)路線，要求他們也應(yīng)深度融合。實(shí)際上，我們見(jiàn)到的許多企業(yè)已經(jīng)設(shè)立了諸如企業(yè)“數(shù)字化部”“智能制造部”這樣的融合業(yè)務(wù)部門，這是正確的應(yīng)時(shí)之舉。
5 智能制造與先進(jìn)生產(chǎn)方式的融合
在智能制造的實(shí)施中，人們更多的關(guān)注那些具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)和裝備，卻往往忽略對(duì)先進(jìn)生產(chǎn)模式的有效運(yùn)用。先進(jìn)的生產(chǎn)模式將智能裝備、信息化系統(tǒng)和先進(jìn)的生產(chǎn)理念和技術(shù)有機(jī)地構(gòu)建在一起，從而形成可高效解決特定類型問(wèn)題的生產(chǎn)范式或模式。前文曾提到，企業(yè)在智能制造的實(shí)施中，可能會(huì)用到一種或幾種先進(jìn)生產(chǎn)模式的組合。
“工業(yè)4.0”給出了CPS的基本實(shí)現(xiàn)模式，我國(guó)在“十三五”期間大力推進(jìn)了大規(guī)模定制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造及遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)等智能制造模式。而近期大力推進(jìn)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程和企業(yè)商業(yè)價(jià)值的連接，也將創(chuàng)造出制造模式的新業(yè)態(tài)和新方法。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)研究院認(rèn)為除了基于智能裝備和信息化技術(shù)形成的新模式外，許多已經(jīng)被成熟應(yīng)用的生產(chǎn)模式的組合應(yīng)用，也可以支持智能制造，例如精益生產(chǎn)、敏捷制造、柔性制造、綠色制造和互聯(lián)網(wǎng)制造等。在企業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的過(guò)程中，除了通過(guò)智能裝備和信息化系統(tǒng)提升企業(yè)制造技術(shù)和運(yùn)行管控的技術(shù)手段外，應(yīng)十分注意采用這些先進(jìn)的生產(chǎn)模式提升企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率。
如本文第2章節(jié)中所述，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的發(fā)展戰(zhàn)略和生產(chǎn)特點(diǎn)，采用一種或者多種先進(jìn)生產(chǎn)模式的組合。在這些生產(chǎn)模式中，筆者認(rèn)為精益生產(chǎn)仍然是我國(guó)大多數(shù)離散制造業(yè)企業(yè)應(yīng)該采用的生產(chǎn)模式之一。實(shí)際上，我國(guó)的離散制造業(yè)除了行業(yè)領(lǐng)先的少數(shù)企業(yè)外，占90%以上的中小企業(yè)，其智能制造基礎(chǔ)都比較薄弱。雖然我們參與診斷過(guò)的多數(shù)為規(guī)上企業(yè)，其評(píng)分能達(dá)到3.0的也不多，多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程管控還比較粗放。根據(jù)中國(guó)工程院發(fā)布的《2020中國(guó)制造強(qiáng)國(guó)發(fā)展指數(shù)》的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的制造業(yè)規(guī)模雖然占據(jù)世界首位，但是質(zhì)量效益水平僅有工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的1/2至1/3，具體如圖9所示。
從這里可以看出，我國(guó)制造業(yè)企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率整體上仍處于較低水平。因此，我國(guó)企業(yè)在試圖通過(guò)智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)展的彎道超車之時(shí)，通過(guò)挖掘內(nèi)部潛力，提升質(zhì)量、效率和效益仍然是急需補(bǔ)上的短板。所以，在實(shí)施智能制造的同時(shí)，采用精益生產(chǎn)模式改善內(nèi)部運(yùn)營(yíng)的質(zhì)量效益水平是可行之道。實(shí)際上，精益生產(chǎn)模式被世界制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛采用已經(jīng)有近20年的歷史，它的方法和工具與智能制造的技術(shù)手段有著互相促進(jìn)的作用。國(guó)際生產(chǎn)研究雜志（International Journal of Production Research）曾發(fā)表一篇論文，將精益生產(chǎn)的方法和工具與“工業(yè)4.0”的方法和工具進(jìn)行比較研究，對(duì)他們的影響因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖10所示。
從圖10中可以看出，在許多方面，精益生產(chǎn)模式與“工業(yè)4.0”的技術(shù)方法都有著互相促進(jìn)的作用。因此，企業(yè)在引入智能化的生產(chǎn)技術(shù)手段的同時(shí)，采用精益生產(chǎn)的模式確實(shí)是快速提升我國(guó)眾多企業(yè)質(zhì)量效益水平的一條有效路徑。而智能制造的技術(shù)手段也為精益生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)提供了比以往更加強(qiáng)大的支撐。例如，精益生產(chǎn)中的準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)、一個(gè)流、目視化管理、少人化和人機(jī)分離等方法，采用最新的智能制造技術(shù)，不僅會(huì)得到更好的貫徹，而且將獲得更大的效益提升。
6 典型實(shí)踐：智能配電網(wǎng)成套開(kāi)關(guān)設(shè)備智能工廠
最后分享一個(gè)筆者所參與的智能工廠建設(shè)典型案例實(shí)踐。
某企業(yè)是國(guó)內(nèi)專業(yè)研制高原型配網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的企業(yè)，具備以智能化、環(huán)保技術(shù)為支撐的高壓組合電器、中低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備、高壓真空斷路器、箱式變電站、礦用開(kāi)關(guān)設(shè)備、低壓電器及自動(dòng)化儀表等六大類，上千種規(guī)格產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)能力。
6.1 企業(yè)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)
配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)模式為典型的多品種、小批量和個(gè)性化定制的按單生產(chǎn)方式，項(xiàng)目實(shí)施前基本為手工作業(yè)，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，計(jì)劃管理粗放，作業(yè)過(guò)程不規(guī)范，質(zhì)量檢驗(yàn)不嚴(yán)格，生產(chǎn)過(guò)程不透明，產(chǎn)品交付準(zhǔn)時(shí)性差。為提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，該企業(yè)投巨資建設(shè)智能工廠以實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造模式的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
該企業(yè)實(shí)施智能制造開(kāi)展之初，便明確提出建設(shè)數(shù)字化工廠，降低運(yùn)營(yíng)成本、產(chǎn)品不良率、產(chǎn)品研制周期以及提高生產(chǎn)效率、能源利用率以及產(chǎn)能翻番的目標(biāo)。為此，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)者從頂層設(shè)計(jì)的角度提出了建設(shè)思路：要建立產(chǎn)品全生命周期的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造新模式，即圍繞智能化配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備研發(fā)、工藝、制造、試驗(yàn)和運(yùn)維服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的主要過(guò)程，建立數(shù)字化工廠模型和面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化平臺(tái)。
6.2 整體規(guī)劃
為支持企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)的業(yè)務(wù)功能，進(jìn)行智能工廠的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖11所示。在精益化生產(chǎn)理論的指導(dǎo)下，基于先進(jìn)的智能制造技術(shù)，以信息基礎(chǔ)設(shè)施和智能制造裝備為基礎(chǔ)，以數(shù)字化工廠制造執(zhí)行系統(tǒng)為大腦和執(zhí)行管控中樞，與上層的企業(yè)資源管理、數(shù)字化設(shè)計(jì)等信息化系統(tǒng)和底層的智能制造裝備等實(shí)現(xiàn)橫向到邊、縱向到底的全面集成。
6.3 系統(tǒng)實(shí)施
歷經(jīng)兩年的建設(shè)完善，該企業(yè)在智能制造落地方面主要實(shí)現(xiàn)了：
1）建立數(shù)字化工廠數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)、工藝、制造、試驗(yàn)和遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)的全過(guò)程數(shù)字化管理。
2）基于三維設(shè)計(jì)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)成套開(kāi)關(guān)設(shè)備的數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造全生命周期管理。
3）基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)成套開(kāi)關(guān)設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程信息的采集與分析，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)不斷優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行。
4）建立以制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）為核心的生產(chǎn)信息統(tǒng)一管理體系，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的計(jì)劃、排產(chǎn)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)和物流全過(guò)程閉環(huán)管理，提高生產(chǎn)效率。
5）建立綜合集成的信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)管理的全面智能優(yōu)化。
6）進(jìn)行生產(chǎn)方式精益改善，實(shí)行元器件預(yù)制、母排和二次線生產(chǎn)等工序分線并行生產(chǎn)，減少時(shí)間浪費(fèi)，提升準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)水平。
7）建立基于系統(tǒng)集成管控平臺(tái)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的柔性智能裝配和基于脈沖式生產(chǎn)線人機(jī)協(xié)作節(jié)拍控制技術(shù)，提高柔性制造水平。
