智能制造:愿景、挑戰與實踐

導語:智能制造,是最近幾年業內談的比較多的詞匯,各種行業論壇基本上講濫了。但筆者覺得,講它的很多,把它講透的比較少。很多人講智能制造,主要是從技術和工具層面講,比如物聯網、機器人、工業大數據、光學識別、人工智能,等等,這些都是形式上的東西。


  智能制造,是最近幾年業內談的比較多的詞匯,各種行業論壇基本上講濫了。但筆者覺得,講它的很多,把它講透的比較少。很多人講智能制造,主要是從技術和工具層面講,比如物聯網、機器人、工業大數據、光學識別、人工智能,等等,這些都是形式上的東西。光停留在技術和工具層面,要想落地還很難。尤其是考慮到中國的制造企業普遍管理水平還很低,智能制造與企業實際,一個在天上,一個在地下。天上飄的東西,聽聽很美好,真落實到實處,讓企業感覺無從著手。為了讓智能制造能夠落地,并指導我們的日常工作,筆者嘗試從智能制造的愿景、挑戰和實踐等方面談談自己的看法,希望對大家能夠有借鑒意義。


  制造的本質


  智能制造,制造是主語,是核心內涵;智能是形容語,是表現形式。要了解智能制造,首先必須弄清楚制造的本質和核心內涵。制造有廣義和狹義上的不同意思,廣義指的是包含了研發、采購、生產等各種活動的制造業,狹義指的是產品的生產過程。本文主要從狹義的角度講智能制造。


  產品制造作為一種社會活動,具有社會活動的一般表現形式。老子在《道德經》中講過這么一句話:“道生一,一生二,二生三,三生萬物?!惫P者認為,產品制造就是“三生萬物”的過程,即人、機、料、法、環、測等要素轉化為產品的過程。


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  圖1:智能制造的本質


  具體來講,產品制造活動分為兩個階段。第一階段是企業的制造系統將客戶對產品的需求(具體以生產訂單來表示)轉化為對人、機、料、法、環、測等要素的需求,并確保對上述要素的需求能夠保障到位,這類活動是在生產準備環節來完成。第二階段是企業的制造系統將人、機、料、法、環、測等要素按訂單的(時間和空間)要求有序地投入到生產線并組裝成產品,這類活動是在生產執行環節來完成。第一階段是個分解過程,從一到多,要求的是分解的準確性。第二階段是個合并過程,從多到一,要求的是合并的效率。


  在產品生產訂單的分解階段,數據基礎是客戶需求、產品建模(制造BOM等)和工廠建模,面臨的挑戰是日益個性化的客戶需求所帶來的復雜度??蛻舻膫€性化需求越多,產品建模和工廠建模的復雜度也越高,制造系統的復雜性也就加大,越需要更高的制造管理水平??蛻舻膫€性化需求越來越多是必然的,制造系統為應對上述復雜性需求的適應性和準確性也是必然的,即生產系統的適用性要能夠應對復雜多變的個性化需求,同時也能將客戶對產品的需求準確地轉化為產品對人、機、料、法、環、測等要素的需求。


  在工廠生產訂單的執行階段,人、機、料、法、環、測等要素在時間、空間和數量上能夠完全適配并有序地投入到生產現場,從而有效地轉化為產品。每個轉化過程都有個轉化效率的問題。轉化效率高的制造過程,能夠以更短的時間,更小的消耗,更低的成本,更好的質量,生產出客戶所需要的產品。因此,生產訂單的執行階段,主要挑戰就是提高轉化效率,其收益就是成本、交期、質量等方面所贏得的競爭優勢。高的轉化效率是怎么得來的呢?就是用更好的生產方式來優化這個轉化過程。生產訂單的執行過程,無非是人、機、料、法、環、測等要素在一起發生物理反應或化學反應的過程,是可以用嚴謹和量化的邏輯關系來說明的,這種邏輯就是生產方式。


  智能制造的著力點和目的


  智能制造的著力點就是優化企業制造系統的生產方式,從而提高其轉化效率。這種生產方式包括準確分解和有序匹配兩個方面。


  準確分解就是將代表客戶個性化需求的產品訂單準確分解成對人、機、料、法、環、測等要素在時間、空間、數量等方面的需求。準確分解的前提是產品建模(制造BOM)和工廠建模(工藝路線,等等)。產品建模和工廠建模是在產品的研發和工廠的建設環節就完成了,但筆者要說的是,研發和工廠建設等部門要以終推始,站在客戶個性化訂單準確分解的角度去設計產品建模和工廠建模。好的產品建模和工藝建模,不僅可以應對日益復雜多變的客戶個性化需求,而且不增加制造系統的復雜度(具體以零部件數量、員工技能要求、設備的數量和程序復雜度、工序的復雜度等等來衡量)。準確分解客戶的個性化需求,與其說是制造系統的挑戰,還不如說是產品研發和工廠建設部門的挑戰,這是個廣義智能制造所要研究的課題,筆者不在此做過多討論。


  產品訂單準確分解后的結果可以指導人、機、料、法、環、測等要素等計劃和供應活動。一旦這些要素按訂單的時間、空間和數量要求組織到位以后,如何匹配和有序地投放到生產現場,就是生產訂單執行環節需要解決的問題。


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  圖2:以智能制造來改進生產方式


  改進生產方式的目的就是提高人、機、料、法、環、測等資源要素轉化為產品的轉化效率。資源的轉化效率高,企業制造系統的經濟效益就好;資源的轉化效率低,企業制造系統的經濟效益就差。經濟效益可以從資源消耗、成本、質量、效益等方面來評價。


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