美國智能制造的路線圖 美國制造創(chuàng)新研究院解讀

　　雖然進(jìn)展不多，美國智能制造創(chuàng)新研究院還是終于公布了路線圖。

　　清潔能源智能制造創(chuàng)新研究院CESMII發(fā)布了其2017年到2018年的短期建設(shè)路線圖(Roadmap 2017-2018)，而在CESMII的愿景描述中，清晰的指出：智能制造是2030年左右可以實(shí)現(xiàn)的制造方式。CESMII是美國能源部資助的美國國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)創(chuàng)新研究院。

　　美國定義的智能制造

　　在路線圖中，CESMII在2017-2018的路線圖中給出了自己的定義：智能制造(SM)是一系列涉及業(yè)務(wù)、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施及勞動力的實(shí)踐活動，通過整合運(yùn)營技術(shù)和信息技術(shù)(OT/IT)的工程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制造的持續(xù)優(yōu)化。

　　這個(gè)定義把“業(yè)務(wù)”放在第一位，充分體現(xiàn)了智能制造最終是為業(yè)務(wù)服務(wù)的觀點(diǎn)，這是樸實(shí)的;另外，該定義提到了“勞動力”的實(shí)踐活動。

　　更重要的是該定義把智能制造最終落足到持續(xù)優(yōu)化(optimizing)之上，這和筆者在智能工廠建設(shè)規(guī)劃實(shí)踐中獲得的體驗(yàn)是一致的，我們常給客戶傳達(dá)一個(gè)觀點(diǎn)：智能化浪費(fèi)是沒有意義的。也就是說，智能化一定是和優(yōu)化同步進(jìn)行的。

　　該定義給出的四個(gè)維度(業(yè)務(wù)、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、勞動力)對我們設(shè)計(jì)智能制造成熟度模型也是一個(gè)很好的參考，與Acatech工業(yè)4.0成熟度指數(shù)中四個(gè)結(jié)構(gòu)域(資源、信息系統(tǒng)、組織結(jié)構(gòu)、文化)相比，個(gè)人認(rèn)為CESMII的這四個(gè)維度概括的更清晰，邏輯也更嚴(yán)密。

　　CESMII進(jìn)一步補(bǔ)充到，智能制造使得正確的信息和正確的技術(shù)能夠在正確的時(shí)間以正確的形式被正確的人訪問到，以增強(qiáng)在工廠乃至整個(gè)價(jià)值鏈范圍內(nèi)做出明智的決定。

　　智能制造發(fā)展指導(dǎo)原則

　　CESMII指出，在智能制造上的投資，應(yīng)指向服務(wù)于已連接的客戶，而這個(gè)服務(wù)的基礎(chǔ)是高質(zhì)量的產(chǎn)品、有效的流程、快速響應(yīng)的服務(wù)。

　　這個(gè)過程中，智能制造的價(jià)值，會通過動態(tài)形成的賽博物理系統(tǒng)CPS來實(shí)現(xiàn)。智能制造的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)漸進(jìn)的過程，在這個(gè)過程中賽博物理系統(tǒng)CPS的建設(shè)是個(gè)關(guān)鍵，而創(chuàng)新研究院應(yīng)該為這個(gè)系統(tǒng)的動態(tài)形成提供支持。

　　智能制造的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施必須最大化開放性和互用性。這是在講智能制造平臺的建設(shè)，諸如西門子的MindSphere之類。未來的智能制造是一個(gè)多方協(xié)作、資源及優(yōu)勢互補(bǔ)的模式，開放的接口是各方能順利接入的基礎(chǔ)，而可互用的產(chǎn)品和系統(tǒng)是協(xié)作的驅(qū)動力。在這方面，OPC的UA(統(tǒng)一架構(gòu)， Unified Architecture)提供了一個(gè)可擴(kuò)展框架，可作為參考。

　　最后，CESMII還指出：智能制造必須用業(yè)務(wù)產(chǎn)出的術(shù)語來進(jìn)行溝通。這里包含了兩個(gè)層面：1)智能制造要為提高業(yè)務(wù)的產(chǎn)出服務(wù);2)在多方協(xié)作的過程中要統(tǒng)一術(shù)語。筆者在工作過程中就經(jīng)常因?yàn)樾g(shù)語不同而被困擾，比如，同樣在西門子，總部的GSS把收貨稱為GR(Goods Receiving)，而有些運(yùn)用公司把收貨稱為IMR(Incoming Material Received)。這類問題必然會降低智能制造平臺的應(yīng)用效率，甚至有時(shí)會造成錯(cuò)誤，在行業(yè)間、公司間統(tǒng)一術(shù)語的任務(wù)，也是拆除信息孤島的一個(gè)基礎(chǔ)性工作。

　　創(chuàng)新研究院做什么

　　為了促進(jìn)新制造方案的實(shí)施及運(yùn)營技術(shù)和信息技術(shù)的整合，CESMII將以單個(gè)公司或行業(yè)無法完成的形式來加速早期的研發(fā)，定義了三類工作對象：

　　1)從研究向技術(shù)開發(fā)過渡時(shí)，主要工作對象有：先進(jìn)傳感器、模型和計(jì)算工具、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與配置、流程控制、軟件、硬件;

　　2)從技術(shù)開發(fā)向產(chǎn)品集成過渡時(shí)，主要工作對象有：參考架構(gòu)、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)模型、可互用性標(biāo)準(zhǔn);

　　3)從產(chǎn)品集成向市場實(shí)施過渡時(shí)，主要工作對象有：安全要求、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)管理、流程模型、業(yè)務(wù)變革管理、勞動力技能開發(fā)。

　　如圖1所示：

　　圖1：三個(gè)過渡是關(guān)鍵

　　同時(shí)，CESMII定義了自己的工作職責(zé)，大致分為兩個(gè)方面：1)促進(jìn)跨行業(yè)解決方案的開發(fā);2)應(yīng)對OT/IT融合過程中的研發(fā)挑戰(zhàn)和知識鴻溝。

　　其中 “促進(jìn)跨行業(yè)解決方案開發(fā)”的核心詞是協(xié)作(collaboration)。CESMII指出，跨行業(yè)性的解決方案，需要站在跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨公司、跨業(yè)務(wù)、跨技術(shù)的角度來整合各自的優(yōu)勢。

　　跨行業(yè)的協(xié)作，并不是啟動一個(gè)又一個(gè)范圍過于寬泛的項(xiàng)目。因此，需要在創(chuàng)新研究院的運(yùn)營過程中，必須對項(xiàng)目類別進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置，否則，即便是國家級別的創(chuàng)新研究院也沒法開展工作。CESMII把運(yùn)營過程中的項(xiàng)目大致分為了三類：

　　1)路線圖項(xiàng)目，通常針對開發(fā)新的能力;

　　2)應(yīng)用項(xiàng)目，通常針對應(yīng)用和使用已有能力;

　　3)跨行業(yè)或跨應(yīng)用的對標(biāo)分析及評估。

　　如何定義項(xiàng)目選擇，美國創(chuàng)新研究院的運(yùn)營基本都是項(xiàng)目導(dǎo)向的。有時(shí)，選擇一個(gè)好的項(xiàng)目，比把項(xiàng)目完成得好更重要。CESMII提出的擇項(xiàng)指標(biāo)有：

　　☆ 定義行業(yè)內(nèi)顯著的制造問題;

　　☆ 匯總當(dāng)前狀態(tài)，陳述當(dāng)前最高水平，識別壁壘、差距和機(jī)會;

　　☆ 定義獨(dú)特規(guī)格的創(chuàng)新，并能被不同的公司或行業(yè)所重用;

　　☆ 定義項(xiàng)目如何為CESMII的目標(biāo)服務(wù)、如何與CESMII的研發(fā)職責(zé)保持一致。

　　從這些指標(biāo)，我們可以看出創(chuàng)新研究院啟動的項(xiàng)目具備的一些特性，包括：1)跨行業(yè)性;2)領(lǐng)先性;3)獨(dú)創(chuàng)性;4)可重用性。也就是說創(chuàng)新研究院啟動的項(xiàng)目，不是為了支持哪一個(gè)企業(yè)的發(fā)展，而是為了支持整個(gè)跨行業(yè)、行業(yè)的整體發(fā)展，這是和我們申報(bào)項(xiàng)目時(shí)最大的區(qū)別。

　　集成四大戰(zhàn)略

　　為優(yōu)化制造以增加能源生產(chǎn)力，CESMII在路線圖中提出了 “集成戰(zhàn)略”，主要包含四個(gè)部分：1)商務(wù)實(shí)踐;2)使能技術(shù)開發(fā);3)基礎(chǔ)平臺建設(shè);4)勞動力發(fā)展。如圖2所示：

　　圖2：四大戰(zhàn)略

　　需要注意的是，這四個(gè)方框的顏色、以及不同方塊之間顏色漸變的連線，CESMII用這種方式來表達(dá)戰(zhàn)略部署的集成關(guān)系，算是一個(gè)比較新穎的創(chuàng)舉。在2017-2018的短期行動計(jì)劃的甘特圖中，可以更好的看出這個(gè)思路。

　　圖3：商務(wù)實(shí)踐的甘特圖

　　圖3中綠色細(xì)框中的內(nèi)容，都是推進(jìn)商務(wù)實(shí)踐戰(zhàn)略的行動計(jì)劃，諸如：重啟商務(wù)標(biāo)準(zhǔn)委員會以定義關(guān)鍵市場、發(fā)展咨詢能力以識別行業(yè)機(jī)會、定義智能制造集成的評價(jià)指標(biāo)等。而其它顏色粗框里的內(nèi)容，是完成商務(wù)實(shí)踐戰(zhàn)略所需的其它戰(zhàn)略的相應(yīng)行動計(jì)劃，比如：

　　☆ 實(shí)施商業(yè)模式以促進(jìn)技術(shù)提供商持續(xù)的為基礎(chǔ)平臺和市場提供工具(藍(lán)色，基礎(chǔ)平臺建設(shè));

　　☆ 識別與智能制造相關(guān)的勞動力技術(shù)技能差距，為不同層級的利益相關(guān)方開發(fā)課程與培訓(xùn)，并與商業(yè)機(jī)會相匹配(棕色，勞動力發(fā)展);

　　☆ 開展相關(guān)工作組的討論會以促進(jìn)智能制造市場技術(shù)主題的問題及方案分享(黃綠色，使能技術(shù)開發(fā))。

　　其它幾項(xiàng)戰(zhàn)略的行動計(jì)劃也是按這個(gè)思路展開的。

　　勞動力發(fā)展

　　本文把這項(xiàng)戰(zhàn)略單列出來，是因?yàn)楣P者發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的企業(yè)在智能化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐中，普遍忽略了勞動力發(fā)展的問題，而這個(gè)問題恰好是世界500強(qiáng)企業(yè)非常關(guān)注的。比如，大家熟悉的某個(gè)德國企業(yè)，去年就啟動了一個(gè)名為SWP(Strategy Workforce Planning，戰(zhàn)略勞動力規(guī)劃)的項(xiàng)目，10個(gè)工廠的總經(jīng)理、研發(fā)副總、工藝副總參與，先后歷時(shí)8個(gè)月，對未來數(shù)字化工廠所需的不同崗位的技能技巧進(jìn)行了全面的分析、歸類，并識別了當(dāng)前存在的差距，制定了填補(bǔ)差距的策略，包括課程、培訓(xùn)、不同崗位的技能共享等。

　　事實(shí)上，勞動力發(fā)展的理論基礎(chǔ)是P-CMM 2.0(People Capability Maturity Model，人員成熟度模型)，這是卡內(nèi)基梅隆大學(xué)軟件工程學(xué)院2009年7月發(fā)布的，把人員能力的成熟度分成了5個(gè)水平，如圖4所示：

　　圖4：人員能力的五個(gè)階段

　　CESMII把勞動力發(fā)展作為四大戰(zhàn)略之一提出來，后面有一個(gè)重要的本質(zhì)：智能制造會在全球范圍內(nèi)消除勞動力成本的差異，越高水平的勞動力，其成本的全球差異越小。而更重要的是，必須建立一個(gè)全新的勞動力人才的體系，才能適應(yīng)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。

　　總結(jié)

　　CESMII發(fā)布的一個(gè)短期路線圖，重點(diǎn)提及了：智能制造的定義、智能制造發(fā)展的指導(dǎo)原則、創(chuàng)新研究院的主要工作職責(zé)、項(xiàng)目管理職責(zé)，給出了CESMII集成戰(zhàn)略路線圖的解讀方法，簡單討論了“勞動力發(fā)展”的戰(zhàn)略意義。相信對當(dāng)下中國智能制造的發(fā)展，尤其是能源領(lǐng)域在跨行業(yè)范圍制定轉(zhuǎn)型策略，具有一定的參考價(jià)值。