頂級智能工廠的核心秘密

編者按

本文原載于2019年2月期《工業周刊》。作者約翰·希奇（John Hitch）為雜志自由撰稿人，長期撰寫有關機器人技術、工業物聯網、3D打印和人工智能最新制造趨勢和新興技術的文章。快速半徑（Fast Radius）公司的芝加哥新工廠被世界經濟論壇譽為九大頂級智能工廠之一，在第四次工業革命中遙遙領先。本文介紹了該公司通過分布式工業級3D打印和專有操作系統，滿足對產品快速周轉和大規模定制日益增長的需求。

運營北美“最聰明”智能工廠的首席執行官表示，數字化制造的快車道已經向所有人開放，但要融入其中需要的不僅僅是速度。

2018年，世界經濟論壇將快速半徑公司位于芝加哥的新工廠列為引領第四次工業革命的9家頂級智能工廠之一。該榜單今年已攀升至16家，但它仍然是唯一一家獲得該榮譽的北美公司。這家專注于增材制造同時從事數控加工和注塑的合同制造商，從設計到交貨都提供零部件和服務，并在速度和質量這兩方面都取得了卓越的成功。

世界經濟論壇特別指出，這些智能工廠“加速創新”，“通過分布式、工業級3D打印和專有運營系統，驅動實時分析、協同、設計、生產和全球交付，滿足對產品快速轉型和大規模定制的日益增長的需求。”

麥肯錫公司合伙人兼全球制造業主管恩諾·德布爾曾參加世界經濟論壇關于9家頂級智能工廠的評選，他表示：“這些先驅者創建了一些工廠，將績效提高了20%～50%，并創造了競爭優勢。他們考慮了‘規模’效應，行動‘敏捷’，并重新設定了基準。”

這些公司能夠獲得該榮譽，是經過時間考驗的最佳實踐和最新技術在正確的時間、正確的地點融合的結果。

“這是一個前所未有的創新時代。”快速半徑公司聯合創始人兼首席執行官盧·拉西表示，“它并不只是一項技術。增材制造技術確實讓我們感到興奮，但從機器人技術到數字仿真，我們有一整套其他技術正在不斷發展。”

即使是在幾年前，也只有資本雄厚的大公司才有可能開發所有這些項目，但拉西表示，這種情況發生了變化。他說：“它們的美妙之處，在于它們變得容易獲得。如今，任何一家機械商店或制造商都可以擁抱打印工具、夾具和固定裝置。”

拉西表示：“每個制造商都可能需要反思這些新工具將如何取代他們的制造方法，看看他們是否需要在其中一些工具上進行新的投資。”

當然，要想成為真正的智能工廠，關鍵是要先消除無知。由于宣傳過度和經驗不足，這種無知會使任何新興技術停滯不前。

“在這個行業有一種誤解，認為我買一臺3D打印機，把它插到墻上的插座上，就可以像使用一臺2D紙張打印機一樣，得到一個很好的零件。”拉西說，“我們所討論的工業零件要復雜得多。在機器前和機器后都有一個工作流，其間需要輸入和控制數百個變量，以確保可靠且可重復地獲得工業級零件。”這樣的話，速度就會很慢。拉西的一生幾乎都在證明這個道理。

加速的需求

拉西在聽了他的祖父路易斯講述關于印第安納波利斯500汽車賽的故事后，養成了關于速度和精度的嗜好。第二次世界大戰后，路易斯和他的團隊建造了一輛色彩鮮艷的橙色跑車——“Automobile Shipper Special”號，并用其參加比賽，在紅磚賽道上飛馳。拉西的祖父也是底特律一家汽車零部件制造商，年輕的拉西當時還太小，從未見過賽車比賽，但他清楚地記得祖父灌輸給他的經驗：即使是質量上最微小的變化，也能極大地提高性能。

蜘蛛俠彼得·帕克從他叔叔那里學來了一句格言：“能力越大，責任越大。”這話并不一定完全正確，但它影響了拉西的成長，并影響了快速半徑公司。按照世界經濟論壇的說法，“快速半徑”是美國“最聰明”的智能工廠。

盡管快速半徑公司擁有卡本公司制造的美洲最先進的工業級機器，以及幾臺惠普多噴射融合打印機，但擁有領先的技術并不一定會成為最智能的公司。一些微小的調整，如更輕的材料、更符合空氣動力學的形狀或更快的生產時間，當它們疊加在一起時，才會產生巨大的影響。

拉西說：“對于一個急需備件的航空航天客戶，我們能夠收到訂單并使用增材制造技術進行制造，確認其有效并在48小時內將其送達全球任何一個地方，而這在以往通常需要48天。”

還有一個案例，快速半徑公司創建了一個虛擬零部件倉庫（零部件以數字形式存在，直到需求到來之時），為一個重型設備制造商存儲3000種零部件。隨著時間的推移，這些零部件的種類還會逐漸增加。

拉西解釋說：“根據經驗，儲存零件的成本是零件總成本的25%。”因此，一個產品制造商如果需要存儲零件長達10年或更長時間，那么它在存儲上的花費就會超過生產成本。

拉西表示：“當你考慮供應鏈的成本時，這些數字具有真正的價值。”早在拉西任職之前，快速半徑公司就已經采用了一種新的方法，當時該公司名為CloudDDM，在聯合包裹公司（UPS）位于路易斯維爾的世界港建設生產設施。零部件幾乎可以在瞬間打印、裝箱并運輸，就像是在供應鏈上打開了一個蟲洞。

構建卓越制造能力

卓越的制造能力不是遺傳而來，而是通過多年的經驗積累而獲得的。拉西的制造旅程是從很小的地方開始的：在他爺爺的機加工車間掃地，然后慢慢弄明白數控編程，后來成為了車間的質量控制員。

這位未來的工程師在圣母大學攻讀本科課程，磨練自己的機械思維；接著在密歇根大學攻讀研究生課程，以積累管理技能。20世紀90年代末，他飛往巴西南部，幫助克萊斯勒公司設計一家新工廠。

隨后，拉西回到美國，在麻省理工學院攻讀MBA，之后成為麥肯錫的合伙人，為制造業高管提供咨詢意見。從機器人到工業物聯網（IIoT）再到3D打印，他幾乎領導了每一個重大的先進制造領域的研究。

拉西解釋說：“我幫助他們把注意力放在理解周圍發生的事情上，并了解他們可能會受到的干擾。重要的是，領導者要認識到世界正在發生變化，并想出如何采取行動、進行實驗，以及如何適應周圍發生的變化。”

拉西當時注意到了一件事，那就是“高管們知道變革即將來臨，卻不清楚如何采取行動”,并認為現在的公司仍然如此。

解決這個復雜問題的第一步是拉西離開麥肯錫并促進創建數字化制造和設計創新研究所(DMDII)。該研究所為一個9290平方米的創新中心，主要由美國政府資助，重點關注改善增材制造的方方面面,其中包括經濟學和材料等。

在快速半徑負責人拉西看來，隨著經濟的發展，連機器車間（例如他以前打掃的車間）現在也可以使用最先進的技術來提高效率并縮短交貨時間，就像他的祖父70年前對機械動力總成所做的那樣，整個事情兜了個圈，又回到了起點。

不同之處在于，作為世界經濟論壇燈塔網絡而非競爭性賽道的一部分，快速半徑公司同意分享它加速創新的秘密，即如何在設計室、工廠車間和供應鏈中做哪些微小的改變來影響全球變化。

拉西說：“我們用自己制造的東西來養活、驅動和連接世界。我們現在有了新的強大工具，可以讓新事物成為可能。”