美國智能制造三部曲（上）| 制造范式解讀

　　2016年2月份，美國國家標準與技術(shù)研究院NIST工程實驗室系統(tǒng)集成部門，發(fā)表了一篇名為《智能制造系統(tǒng)現(xiàn)行標準體系》的報告。這份報告總結(jié)了未來美國智能制造系統(tǒng)將依賴的標準體系。這些集成的標準橫跨產(chǎn)品、生產(chǎn)系統(tǒng)和商業(yè)(業(yè)務(wù))這三項主要制造生命周期維度。

　　本文對該報告進行編譯和簡單解讀，意在讓中國制造業(yè)更好地了解美國智能制造系統(tǒng)的組成部門，了解涉及到的標準體系，從而有助于深入了解智能制造技術(shù)的集成。

　　智能制造是面向下一代的制造

　　NIST開宗明義地表達了制造業(yè)商當今的苦惱，他們不得不面臨著各種各樣不斷增長的需求：差異性更大的定制化服務(wù)、更小的生產(chǎn)批量、不可預(yù)知的供應(yīng)鏈變更和中斷。唯一的選擇，就是整合各種技術(shù)力量。

　　成功的制造商不得不適應(yīng)快速變化，同時通過優(yōu)化能源和資源的使用，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

　　聽上去多么樸素的話語，產(chǎn)品質(zhì)量仍然是最基本的訴求。

　　所有的技術(shù)形成一個全新的核心，就是“以信息為中心”的智能制造系統(tǒng)，能夠做到企業(yè)數(shù)據(jù)的最大流動，和更加重要的是，數(shù)據(jù)在全企業(yè)的重復(fù)使用。

　　然而，如何讓不同的異構(gòu)系統(tǒng)能夠相互通信、相互理解，只能依靠標準。本文正是為了探索產(chǎn)品、生產(chǎn)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)這三個制造業(yè)生命周期維度，所需要的信息標準。

　　早在2014年，美國 PCAST總統(tǒng)科技顧問委員會發(fā)布了一份報告，確定三個優(yōu)先考慮的變革制造技術(shù)。

　　三個優(yōu)先技術(shù)

　　前兩項技術(shù)提高了制造商根據(jù)信息快速高效地做出反應(yīng)的能力。只有標準體系可以提供這種依賴于有效的信息流和快速系統(tǒng)響應(yīng)能力。該委員會在作出報告之后，還意猶未盡地指出，標準體系可以刺激新技術(shù)、新產(chǎn)品和新的制造方法的的采用。只有這樣，總統(tǒng)科技顧問委員會斷言，才能滿足差異性生產(chǎn)的可能。

　　智能制造的范式解讀

　　為了更好地理解智能制造，本文給出各種制造范式Paradigm的對比。

　　九種制造范式

　　不同制造范式的定義

　　那么什么是，智能制造系統(tǒng) Smart Manufacturing System?

　　智能制造區(qū)別于其他基于技術(shù)的制造范式，定義了一個有著增強能力，從而面向下一代制造的目標愿景。

　　其核心特征包括：互操作性和增強生產(chǎn)力的全面數(shù)字化制造企業(yè);通過設(shè)備互聯(lián)和分布式智能來實現(xiàn)實時控制和小批量柔性生產(chǎn);

　　快速響應(yīng)市場變化和供應(yīng)鏈失調(diào)的協(xié)同供應(yīng)鏈管理;

　　集成和優(yōu)化的決策支撐用來提升能源和資源使用效率;

　　通過產(chǎn)品全生命周期的高級傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)來達到高速的創(chuàng)新循環(huán)。

　　智能制造系統(tǒng)的關(guān)鍵能力模型

　　解讀智能制造的生態(tài)系統(tǒng)

　　智能制造生態(tài)系統(tǒng)，包含了非常廣闊的制造業(yè)內(nèi)容，范圍很廣，包括生產(chǎn)、管理、設(shè)計和工程。智能制造生態(tài)系統(tǒng)圖，展示了整個制造系統(tǒng)的三維空間。

　　值得注意的是，這三個維度都與制造業(yè)金字塔(Manufacturing Pyramid)密切相連。我們研究認為，這里面潛在包含了一種非常傳統(tǒng)的思想，那就是產(chǎn)品的價值，是在一個標準工廠模型下得以實現(xiàn)，并開始延展。

　　產(chǎn)品維度是用綠色標識，產(chǎn)品生命周期涉及信息流和控制，從產(chǎn)品設(shè)計的早期階段開始,一直到產(chǎn)品的退市。

　　生產(chǎn)維度是用藍色標識，生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期關(guān)注整個生產(chǎn)設(shè)施及其系統(tǒng)的設(shè)計、部署、運行和退役。

　　商業(yè)維度用橙色標識。商業(yè)系統(tǒng)關(guān)注供應(yīng)商和客戶的交互功能。

　　其中每一個維度都為制造業(yè)金字塔從機器到工廠，從工廠到企業(yè)的垂直整合發(fā)揮作用。沿著每一個維度，制造業(yè)應(yīng)用軟件的集成都有助于在車間層面提升控制能力，并且優(yōu)化工廠和企業(yè)決策。這些維度和支持維度的軟件系統(tǒng)最終構(gòu)成了制造業(yè)軟件系統(tǒng)的生態(tài)體系。

　　關(guān)于上圖中各個維度生命周期的構(gòu)成細節(jié)，以及中間的制造金字塔的詳細解釋，將會在下一篇文章進行描述。敬請關(guān)注。

　　尾注值得注意的是，美國NIST旗幟鮮明地給出了不同的制造范式，但實際上，這中間相互交叉是很多。最值得注意是，是這三種制造模式的區(qū)分：Smart Manufacturing、Intelligent Manufacturing和Digital Manufacturing。我們在對此文章進行處理的時候，也破費周折。Smart Manufacturing似乎也可以翻譯成智慧制造，但感覺目前這種提法并不是很多;而本文中的Intelligent Manufacturing，更多在強調(diào)AI人工智能。因此通盤還是將Smart Manufacturing翻譯成“智能制造”了。特此告知讀者我們的困惑，也請高手參與解讀。