制造工廠的未來(lái) 自適應(yīng)數(shù)字化工廠三部曲（上）

　　本文選編自PEGA的數(shù)字工廠報(bào)告，此處為三部曲的上篇。

　　一、制造工廠的未來(lái)

　　數(shù)字化在全球制造業(yè)中已經(jīng)到來(lái)。以往我們所了解的制造業(yè)的價(jià)值流及其周遭的工業(yè)系統(tǒng)，將變得不再相同。

　　價(jià)值流的數(shù)字化與物理設(shè)備與數(shù)字世界的匹配映射，使貫穿產(chǎn)品生命周期的工作方式成為可能——從設(shè)計(jì)到采購(gòu)，通過(guò)供應(yīng)鏈、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)直至所有重要的售后服務(wù)市場(chǎng)?？萍急旧砣绱髷?shù)據(jù)、分析、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)，正在重新定義每個(gè)人的角色和運(yùn)行模式。

　　顯而易見，工業(yè)的基本表現(xiàn)形式正處于變革之中，在接下來(lái)的數(shù)十年中，許多制造業(yè)主將發(fā)現(xiàn)他們自己正以嶄新的、與過(guò)往一個(gè)世紀(jì)當(dāng)中工業(yè)制造的形式截然不同的方式進(jìn)行管理運(yùn)營(yíng)。

　　要想使這種轉(zhuǎn)變成為可能，需要在前所未有的實(shí)用性、靈活性和連接性上建立企業(yè)軟件。應(yīng)用必須是以業(yè)務(wù)為中心、面向流程并對(duì)連續(xù)的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性。他們現(xiàn)在必須包含所有形式的角色，包含人、系統(tǒng)和事物。他們必須同時(shí)支持已經(jīng)建立和正在興起的實(shí)踐如動(dòng)態(tài)案例管理、精益六西格瑪、工業(yè)4.0 。

　　建立自適應(yīng)數(shù)字化工廠，正是這樣一種全新的考量，是對(duì)作用于制造業(yè)的驅(qū)動(dòng)因素、方法論、科技和創(chuàng)新的綜合應(yīng)用。由于與設(shè)備、材料和能源相關(guān)的制造業(yè)占據(jù)世界經(jīng)濟(jì)總量的1/3 。遍布這些行業(yè)的數(shù)字化變革是這個(gè)時(shí)代最大規(guī)模的活動(dòng)之一，而自適應(yīng)數(shù)字化工廠將是最重要的實(shí)踐。

　　二、數(shù)字化工廠的影響因素

　　數(shù)字化工廠必須充分利用其它數(shù)字化趨勢(shì)如社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)端、數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算。這四個(gè)數(shù)字化趨勢(shì)是如何為制造業(yè)主們提供價(jià)值的。

　　社交網(wǎng)絡(luò)對(duì)制造業(yè)的影響：社交網(wǎng)絡(luò)對(duì)制造業(yè)主們具有積極甚至是挑戰(zhàn)性的影響。消費(fèi)者的社交帖子可能幫助或摧毀制造業(yè)主們。另一方面，社交合作使消費(fèi)者與分銷商、經(jīng)銷商，以及制造服務(wù)和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系在一起。

　　移動(dòng)端對(duì)制造業(yè)的影響：移動(dòng)端全渠道與全設(shè)備的相互作用允許制造業(yè)主們通過(guò)移動(dòng)設(shè)備無(wú)縫地開始并完成端到端的自動(dòng)化工作。全渠道是指通過(guò)不同的渠道進(jìn)行消費(fèi)者一致性體驗(yàn)。全設(shè)備是指利用聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行連接、維護(hù)和優(yōu)化體驗(yàn)。

　　分析對(duì)制造業(yè)的影響：數(shù)據(jù)分析為制造業(yè)主們提供必要的工具進(jìn)行大量隱藏?cái)?shù)據(jù)的挖掘。一旦確認(rèn)，制造業(yè)主們能夠根據(jù)產(chǎn)品、設(shè)備和制造材料工藝的關(guān)鍵信息進(jìn)行生產(chǎn)。大數(shù)據(jù)的興起趨勢(shì)和實(shí)時(shí)分析使制造業(yè)主們能夠優(yōu)化他們的制造、維護(hù)和其他工藝。

　　云計(jì)算對(duì)制造業(yè)的影響：云計(jì)算允許整個(gè)制造價(jià)值鏈(從消費(fèi)者到制造管理者到員工)接近產(chǎn)品生命周期的任何階段。云計(jì)算服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)器傳遞互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供便利與請(qǐng)求式的使用。當(dāng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)的力量被添加到移動(dòng)端、社交網(wǎng)絡(luò)、云與數(shù)據(jù)分析后，傳統(tǒng)制造業(yè)將獲得自適應(yīng)數(shù)字化工廠的轉(zhuǎn)變。

　　三、物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字化趨勢(shì)

　　通過(guò)數(shù)字化設(shè)備如衣服、無(wú)人車和智能家居將人們聯(lián)系起來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)變革通過(guò)大量的傳感器和制動(dòng)器獲得進(jìn)一步的擴(kuò)展。對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)與制造設(shè)備被數(shù)字化工廠不間斷連接、監(jiān)督和優(yōu)化的到來(lái)，變革仍在繼續(xù)。

　　事物本身基本沒有價(jià)值。但是，當(dāng)考慮到事物的健康和維護(hù)性，把握這些聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是怎么適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)的很重要。

　　思科用整體觀描述物聯(lián)網(wǎng)為萬(wàn)物互聯(lián)：

　　△ 物：聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，每一事物通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)擁有獨(dú)一無(wú)二的可訪問(wèn)地址。

　　△ 人：與物的合作中，端到端過(guò)程或動(dòng)態(tài)案例的參與者。

　　△ 工藝：在最基本的水平，為業(yè)務(wù)目標(biāo)協(xié)調(diào)多活動(dòng)性或任務(wù)。工藝過(guò)程的參與者將包含人、物、企業(yè)應(yīng)用軟件、業(yè)務(wù)合作者。

　　△ 數(shù)據(jù)：物以一個(gè)比人或應(yīng)用更快的速率產(chǎn)生數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)地被分析和反饋。在這四個(gè)實(shí)體類型之間具有核心關(guān)系。

　　制造業(yè)主們已經(jīng)在生產(chǎn)車間開始使用聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，現(xiàn)在可指望物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取唯一可訪問(wèn)的物理設(shè)備。他們不得不與增加制造者與消費(fèi)者連接性的物共事并創(chuàng)造物。這些聯(lián)網(wǎng)設(shè)備含有車載診斷軟件，從而使制造商能夠用來(lái)進(jìn)行監(jiān)控、控制和管理。

　　四、自適應(yīng)數(shù)字化工廠登堂入殿

　　自適應(yīng)數(shù)字化工廠，首先是基于端到端的業(yè)務(wù)過(guò)程的聯(lián)通，形成數(shù)字化的決策體系;然后通過(guò)擴(kuò)充工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的能力，保留與邊緣設(shè)備的聯(lián)系，借助于數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算的力量，從而形成自適應(yīng)數(shù)字工廠。

　　它具有以下幾個(gè)典型特點(diǎn)：

　　1、優(yōu)化工廠資產(chǎn)

　　在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，在生產(chǎn)車間的大部分資產(chǎn)是沒有相互聯(lián)系的。因此，實(shí)際上，對(duì)制造業(yè)主來(lái)說(shuō)，這些資產(chǎn)的功能和狀態(tài)是不可見的。通過(guò)IOT連接，所有的資產(chǎn)和機(jī)器能夠聯(lián)系、監(jiān)督、控制和優(yōu)化。

　　2、預(yù)防性維護(hù)

　　不論是在生產(chǎn)車間，還是已制成的設(shè)備中，數(shù)字化工廠的聯(lián)網(wǎng)性機(jī)器能夠被前瞻性地與指令性的維護(hù)。聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的維護(hù)、監(jiān)督、控制與更新方面，這種指令性維護(hù)的方法是IOT模型的重要優(yōu)勢(shì)。

　　3、設(shè)備的全生命周期價(jià)值管理

　　物聯(lián)網(wǎng)利用大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化制造機(jī)械的終身價(jià)值。而且，利用數(shù)字化和聯(lián)網(wǎng)制造，使得既有設(shè)備的終身價(jià)值也得到了提高。

　　4、大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)建模

　　既有設(shè)備不斷地產(chǎn)生大量的傳感器數(shù)據(jù)。數(shù)字化工廠挖掘這些數(shù)據(jù)建立可能的模型，并識(shí)別預(yù)防性維護(hù)行為來(lái)避免潛在的事故或故障。

　　5、3D打印和物聯(lián)網(wǎng)

　　支付得起的3D打印技術(shù)的到來(lái)將允許機(jī)構(gòu)有效地生產(chǎn)聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，并通過(guò)制造業(yè)主們的相互連接吸引多個(gè)創(chuàng)新者。這使得數(shù)字化工廠制造商將生產(chǎn)車間與聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的壽命周期成功地連接在一起。

　　所有這些技術(shù)，為了在機(jī)構(gòu)創(chuàng)造聯(lián)系，并提高客戶價(jià)值，工藝流程必須數(shù)字化與可操作化。生產(chǎn)車間包含復(fù)雜工藝，在需要處理與生產(chǎn)一個(gè)制造產(chǎn)品的工作流中，每個(gè)工藝可能包含多個(gè)里程碑、任務(wù)與業(yè)務(wù)單元。制造業(yè)的售后服務(wù)市場(chǎng)(例如維護(hù)與支持)也依賴并包含復(fù)雜工藝過(guò)程。建立一個(gè)優(yōu)化的、自動(dòng)化的、自適應(yīng)的數(shù)字化工廠，每一個(gè)工藝超越了工廠的限制，為協(xié)調(diào)與管理這些相互聯(lián)系的杰出資源提出了挑戰(zhàn)。從而可以動(dòng)態(tài)管理復(fù)雜的端到端解決方案，是解決數(shù)字化工廠面臨的挑戰(zhàn)的最優(yōu)方法論。

　　以O(shè)T與IT融合為例，在自適應(yīng)數(shù)字化工廠中，設(shè)備正變的越來(lái)越智能化與自動(dòng)化，更適合監(jiān)控、維護(hù)與持續(xù)改善。這些可能通過(guò)人或計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備與全廠的IT應(yīng)用程序相連接。為了在機(jī)構(gòu)創(chuàng)造聯(lián)系，并提高客戶價(jià)值，工藝流程必須數(shù)字化與可操作化。

　　有一些新興的用于OT-IT集成的參考體系結(jié)構(gòu)與通信標(biāo)準(zhǔn)。其中之一是ISA-95標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是集成企業(yè)IT軟件與制造生產(chǎn)車間的標(biāo)準(zhǔn)。下面的示意圖標(biāo)識(shí)了包含的階段和各種系統(tǒng)。

　　圖1：ISA95數(shù)據(jù)連接層次

　　五、模塊化制造的終結(jié)：制造業(yè)的新模式

　　許多制造業(yè)主們必須謹(jǐn)記像如下的趨勢(shì)將提升他們的業(yè)務(wù)：

　　微制造業(yè)：向更小的制造工廠的典型轉(zhuǎn)換生產(chǎn)定制化的產(chǎn)品，典型的微工廠是個(gè)人車庫(kù)或地下室;

　　社交制造業(yè)：連接多種、更小更靈活的制造業(yè)主們來(lái)生產(chǎn)大量的整合產(chǎn)品;

　　移動(dòng)制造業(yè)：移動(dòng)微制造也能夠從一個(gè)地方搬至另一個(gè)地方。

　　互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新從未停止。在過(guò)去幾年里，我們目睹了一個(gè)新興的趨勢(shì)是社交制造業(yè)。想象我們生活在多雨的江南小鎮(zhèn)上，其中三所房子都有一臺(tái)3D打印機(jī)(在線購(gòu)買的每臺(tái)價(jià)格不到1000美元)，最后一所房子有一臺(tái)縫紉機(jī)。第一所房子中用3D打印機(jī)生產(chǎn)一把圓形傘柄，第二家生產(chǎn)傘軸，第三家生產(chǎn)織物骨架，第四家縫紉傘的織物。通過(guò)一連串的工作，他們生產(chǎn)了一個(gè)在當(dāng)?shù)責(zé)o價(jià)的、可以很容易被定制的產(chǎn)品。

　　由于每家關(guān)注在小的加工能力下用于特定需求的定制化產(chǎn)品，因此每家都是微制造的例子。如果我們想象房子是移動(dòng)的，而且位于即時(shí)生產(chǎn)的中心，我們將有一個(gè)移動(dòng)制造業(yè)。這個(gè)趨勢(shì)使制造業(yè)主變的更加靈活，同時(shí)變得與不斷變化的需求更加一致。制造業(yè)主更加接近消費(fèi)者，將更具有創(chuàng)新性，將改變供應(yīng)鏈的方式。

　　為了成功獲得這種轉(zhuǎn)變，制造業(yè)主必須擁有合適的工具，自適應(yīng)數(shù)字工廠適逢其時(shí)。

　　作者

　　黃昌夏：西門子數(shù)字化工廠戰(zhàn)略與數(shù)字化高級(jí)顧問(wèn)，南山工業(yè)書院研究組成員，在數(shù)字化工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略、智能制造市場(chǎng)發(fā)展與生態(tài)演進(jìn)等領(lǐng)域具有獨(dú)到的見解，業(yè)界人稱黃小邪。

　　朱偉佳：專注于石油化工行業(yè)可視化解決方案的數(shù)字化從業(yè)新人。