制造業的未來：銜接節點與事務，整合下一代信息技術

◆吉姆·戴維斯 / 文

制造業的未來：銜接節點與事務，整合下一代信息技術

◆吉姆·戴維斯 / 文

編者按

制造業長期以來一直是質量界的核心，而今天，由于信息技術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”時代。本文作者吉姆·戴維斯來自加州大學洛杉磯分校及智能制造領導聯盟(Sm art Manu factu ring Leadersh ip Coalition)，他論述了質量在制造領域的持久作用將在未來十年通過信息技術得到日益加強。

下一代信息技術(IT)涉及基于網絡的數據、空前的建模能力、移動計算、社交網絡，以及遠遠超越今天的基礎架構和軟件服務的IT云。顯然，智能化互聯設備在急劇增加，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解和解決方案、前所未有的機遇以及改變各主要行業經營方式的無盡力量，而整合設備、數據和信息系統的這種爆炸式增長將為這些應用程序奠定基礎。

更確切地說，制造業毋庸置疑是需要采用這些IT新系統和新技術以滿足人們對未來制造業預期的行業。IT應用的方式、速度和程度，將會影響各制造商的未來及其參與的供應鏈。在概念上，智能制造是這些技術基于機會的應用程序。從商業角度來看，智能制造是企業利用端到端使用實時的、聯網的、基于數據的情報，整合動態市場需求、高速技術和增值產品，提高經濟性及能源和材料利用效率，實現零事故，降低工業能耗，加強環境可持續性的過程。

以食品業為例，展望智能制造業的潛力

在制造企業中，智能制造和IT新功能的作用必須通過物理、網絡和人力要素相互配合才能得以發揮。無數問題都可歸結為：如何結合這三個要素改進產品和市場日益復雜的企業經營狀況？能否預測使用IT新技術的企業績效，從而確定智能制造系統的切入點？為此，依據制造業“節點”和“事務”本質的基本變化考慮企業建模，可以深刻了解實施智能制造的新企業。

節點是指制造企業或供應鏈（流程、系統或組織）中，兩個或多個部分通過事務連接在一起的位置。事務是銜接節點的傳統方法。它類似于一個業務采購和交付流程，其中在節點的上游或下游共享的信息最少。節點的形成源自不同的數據定義、標準、供應商產品、工廠作業、即時的可操作窗口以及操作常量。節點和事務存在于微觀層面（人與機或機與機）、中觀層面（類似部件的供應商或工廠作業間）以及宏觀層面（工廠或供應鏈之間）的操作層。物質、能量及信息往往存儲在節點周圍，以便于事務的實施。

節點和事務的存在并不令人意外，但是，從企業的機能來看，其存在的范圍和規模簡直令人震驚，因此有機會加以優化。例如，設想在一個食品業供應鏈中，消費者在一個雜貨店購買一種食品。最終產品必須符合配料和包裝的規格，無污染，滿足特定口味要求，還要符合法規要求。在生產中，必須管理不同供應商的配料變化，按配方生產出一致的產品。來自不同供應商和種植者的配料必須經過采購、倉儲、通過性質評估檢驗，然后才能運送到生產商那里。日益嚴格的監管法規要求產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生的影響。整個供應鏈還需要對全球各地不同市場的產品動態需求作出響應。

食品業供應鏈的“農場到餐桌”流程說明，不同的節點需要保持銜接，才能最終生產出某種合規的產品。不同節點造成物質材料和設備、網絡控制系統及信息流、農場人力、交通以及生產等各環節的中斷。目前，針對源頭到產品供應鏈的節點和事務的管理，食品業利用一種模型，通過對客戶購買行為和銷售進行預測，從客戶到源頭推動庫存和運營，從而實現供應鏈的協調。

如果在汽車工業應用智能制造，情況將與食品業的例子截然不同，需要重新定義，某些情況下，節點和事務將會減少。例如，配料供應商如能提早通知配料變化，就能使運營環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問題，則供應商在發貨前就能調整配貨。這種前瞻性措施能夠節約交貨時間，降低成本，從而使運營具有可追溯性。最終，運營可實現由一對一產品供應和一對一產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。憑借智能制造系統，供應鏈通過動態企業預測功能，即刻為企業帶來無限的、有待利用的改善機會。

智能制造的初步采用

由于缺少新的企業基礎設施，認識、風險和投資回報的障礙將造成智能制造的實施進展緩慢。要獲得智能制造的未來優勢，就需要及時使用并逐步開發新的IT系統，用于銜接所有企業機能中的節點。但是，系統的復雜性、切入點的多樣性以及高昂的部署成本等因素導致企業無法“擁有”實施智能制造所必備的全部能力。在最近的美國質量協會《2014年制造業前景調查》中，來自航空航天、汽車、食品、醫療設備、制藥和公用事業等行業的700名受訪者針對智能制造接受調查。在受訪者中，有80%未意識到、也未發現相關需求，或表示存在成本問題或遭到管理層抵制，即使是13%已經應用智能制造的受訪者，也并未從中獲得明顯收益。

為此，非營利的產業領導組織——智能制造領導聯盟(Sm a rt M an u fa c tu rin g Lead e rsh ip Coalition)（美國質量協會也是其成員）正致力于利用下一代IT技術開發智能制造平臺，以彌補基礎設施的不足，促進其普及。上述基礎設施將提供實時的、基于數據的應用開發、部署、執行和再利用，通過云技術實現“按需服務”。重要的是，智能制造平臺的設計依靠產業推動，是真正的開放式基礎設施，其具備以下特點：

開放式架構——基于供應商算法標準、與商業開源平臺技術實現集成和銜接；

開放獲取——智能制造平臺技術使用成本低廉；

開放市場——開放獲取可組合的、以市場為導向的、商業化的和開源的應用庫，包括部署、數據管理、建模、分析和指標應用，以及相關非專有部署數據、認證和服務。

智能制造平臺基礎設施旨在促進低成本、安全、及時實現節點銜接和信息應用，從而超越事務實現優化。上述異構環境的性質要求能夠跨越大量不同技術、人力和不同成熟度的組織機構實現銜接。目前的討論涉及從業者、供應商、制造業協會、代理機構、實驗室、大學、企業董事會，委員會現在認識到通過平臺和企業建模實現優化的重要性和大好前景。以下的智能制造點滴將描述目前涉及企業建模的商業活動，內容來自邁克·約斯特(M ike Yost)在“制造業解決方案協會(Manu factu ring Enterp rise Solutions Association)”的工作以及《2014年加州制造技術咨詢調查》：

利用數據實現業務整合

——“為數量和時效至關重要的供應商提供實時可見性，減少供應鏈中的庫存和配送地點里程”；

——“供應商產銷電子監管鏈包括質量變化，使生產流程可在收到零部件或材料前就作出調整”。

提高整個供應鏈效率

——“來自供應鏈各個環節的數據和信息將建立端到端的商業流程智能，為推動優化開啟新的解決方案”；

——“與實時需求預測實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題的出現”。

通過合作實現各制造流程的改進

——“消費事務、質量變化以及響應優先級等情況與供應商實現即刻溝通，多批次減少為單件流動”；

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

產品高度定制化

——“數字化生產流程管理日趨復雜的產品，智能化為客戶提供更大的定制產品自由，同時提高制造商的生產交付能力”；

——“對生產流程、轉換及各種不同訂單規模實現控制，實現輸出和需求的配合，對客戶需求做出更及時的響應”；

——“序列化生產實現汽車儀表盤、車門面板的同步組裝，配合供應鏈零部件的流動”。

結論

節點與事務深深植根于制造業內部，在目前的經營模式下往往被忽視。即使國際自動化學會的ANSI/ISA 95 標準《系統層分類》也自認為多重供應商產品和系統（節點)必須得到銜接（事務）。長期以來的固有模式成為應用智能制造的障礙，其中一個原因是，智能制造仍處于認識和應用的初期，正如美國質量協會2014年度調查報告所述。

然而，如果我們擴展目前的商業模式，節點和事務為新的IT功能與現實、網絡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性能的可預測性和改進提供一個切入點。在各節點建模就像是從小事做起，隨著越來越多的節點實現銜接，經過層層推進，再擴大到整個供應鏈，新的企業模式也就誕生了。一個真正由產業推動的生態系統能夠形成和創造一種虛擬企業模型，它將納入有形資產，在正確的時間、以正確的產量，生產正確的產品。在制造業，上述模式有潛力將有形設施的商業價值轉移到虛擬企業。

節點和事務本質的多樣性使其需要銜接，這就讓我們回到這樣的出發點：要發揮智能制造的潛力，就需要配備相應的基礎設施，而沒有一個從業者或供應商公司能夠“擁有”或提供智能制造實施所需的全部必要能力。同樣，現有市場推動因素也并不配套。智能制造不僅關乎個人利益。我們預測，產業推動和協調的基礎設施將成為市場推動的、商業化和開源的平臺及應用合作伙伴，為促進更大的經濟繁榮，和強化產品價值、環境可持續發展以及材料與能源保護帶來不可限量的大好機遇。