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[摘要]基于新兴信息技术条件下制造模式变革,系统概括了智能制造的发展历程,从关键技术、核心服务两个维度分析了智慧制造模式的支撑体系,为提升智慧慧制造应用水平提供了参考建议.
[关键词]新兴信息技术;智慧制造;支撑体系;协同决策
一、引 言
近年来,以互联网、云计算、大数据、人工智能为主要内容的新一代信息技术广泛渗透到制造领域[1],在产品开发、生产和营销等整个制造价值链中,它们与制造系统深度融合,改变了制造系统和人、组织、社会、环境的关系,颠覆了传统制造模式和商业模式,催生出全球化、网络化和智能化制造的新形态[2G3].为中国制造产业转型升级、提质增效带来了十分难得的历史机遇.众多企业开始利用新兴信息技术和智慧管理理念转变制造组织模式和产品服务提供方式[4],涌现出云制造、社会制造、全球化协同制造等新模式[5].智慧制造是融合多种先进制造模式优势基础上形成的新型制造模式,面向制造业发展的新趋势以大规模协同合作、全面感知、实时决策和满足客户个性化需求能力为目标,基于云平台广泛地整合分散的、多层次制造资源,按任务需求使用合适粒度服务,灵活构建动态企业联盟以及时地把握市场机会、满足客户需求.新兴信息技术在金融、制造、医疗等行业的广泛应用,实现了万物互联、一切即服务,构筑了新型的智慧化社会形态.众多制造企业探索适合中国情境的智能制造转型路径,如树根互联、海尔、用友—精智等,基于行业特点积极探索不同类型的智慧制造云平台和应用,为中国制造企业数字化、智能化转型升级提供了标杆和模板.与此同时,也出现“空喊口号”、“智能化悖论”、“应用策略五花八门”、“平台割裂、重复建设”等现象,智慧制造模式的落地广度和应用深度仍差强人意,与«中国制造2025»的战略目标实现仍存在一定距离.因此,了解智慧制造的发展阶段、找准战略定位、完善平台支撑体系,成为制约智慧制造应用的关键问题.本文紧扣制造强国战略和企业智慧化转型的重大需求,通过对已有文献、新闻资料和相关实践案例的归纳梳理,系统概括了智能制造模式的发展历程,并从关键技术、核心服务两个维度分析了智慧制造模式的支撑体系,为加快制造企业智能化转型、提升智慧制造模式的应用水平提供了参考建议.
二、智慧制造模式的发展历程
新兴信息技术环境下,智能制造的内涵和外延不断拓展,从制造与智能服务融合的深度(产品智慧化、制造过程智慧化)与价值创造主体的广度(参与主体的范围)两个维度,探讨智慧制造不同的发展阶段,分析其主要模式及特征.本文基于制造模式变革与演化过程,将智能制造划分为4个阶段,如图1所示.
(一)第一阶段
(20世纪70年代—90年代初)萌芽期———自动化20世纪80年代,GE、IBM等公司开始从产品向自动化服务转变,为客户提供满意的自动化服务解决方案.服务型制造开始成为关注的焦点,包含了产品或服务、产品＋服务、产品＋技术支持＋售后三个相互重叠阶段,注重向用户提供一体化的自动化服务.智慧制造的萌芽时期,强调制造过程的自动化,注重产品功能服务化和相关支持服务,以外包为主的服务性生产较少,消费者没有参与到制造价值的共创过程中,参与主体只包括少量的服务商和供应链成员.这一阶段仍然以传统大规模制造模式为主,产品同质化严重,客户多样化需求难以满足.
(二)第二阶段
(20世纪90年代—21世纪初)发展期———信息化20世纪90年代GE主张为客户提供整体的服务解决方案,公司的价值创造源于以物理产品为载体的各类衍生服务,需要用户积极参与生产过程,并向客户提供全生命周期的服务.智慧制造的发展期,关注产品服务系统、生产性服务和信息服务,服务性生产仍以外包的形式出现,虽然能够在全球范围内配置资源,但可用资源较少,协同交互成本较高.这一阶段以大规模定制和网络化协同制造为主,以提升供应链的协同绩效为主要目标,用户开始参与到生产、研发过程,协同主体从供应链成员拓展到外围服务提供者,整个时期的产品丰富但缺少新型服务模式.
(三)第三阶段
(2008年—2025年)快速成长期———智能化随着云计算、大数据等信息技术在制造领域的广泛应用,智能车间、数字化工厂出现,一切制造资源、制造过程均能够以服务的形式在云平台上社会化共享和集中使用.制造与服务的边界变得模糊,谷歌开始制造无人驾驶汽车,作为信息技术公司的小米生产手机,传统的设备制造企业开始提供远程实时监测、智能诊断和维修服务.智慧制造的成长期,重点关注制造过程智能化、资源作为服务和智能互联产品.这一阶段以智能制造、云制造为主要模式,参与主体拓展到社会化的制造主体,通过制造生态系统为用户实时提供定制化、情景化产品服务.
(四)第四阶段
(2025年以后)颠覆创新期———智慧化物联网、智能终端设备、机器人的广泛应用,实现了万物互联、普适感知,使得物理空间、信息空间和社会空间进一步相互关联和深度融合,形成“一切即服务”的智慧社会.服务型制造作为社会系统中的一个子系统,受到其他子系统(如交通系统、教育系统、医疗系统等)的影响,需要企业改变以往的战略,构建开放式创新和多系统协同的理念,拓展和融合产业边界,增加更多的协调领域,跨越企业及业种间藩篱.这一时期的服务型制造已经与其他社会子系统紧密连接,实现信息、资源、知识共享,为用户提供预测性、个性化、准时化的服务,通过人—物—机的深度关联融合,最终交织构造成一个智慧社会服务生态系统.
三、云环境下智慧制造的关键技术体系
智慧制造是一个复杂、多样、动态的服务生态系统,包含制造智慧、多粒度制造单元、订单需求、制造服务、业务过程、社会化服务池等多种元素,且彼此间关联[3].根据智慧资源的特点,对比现有云制造、智能制造等模式的体系结构和应用平台,分析了智慧制造的技术体系架构,如图2所示.社会信息物理系统.以物联网为基础,通过网络把分布在整个价值链上的制造功能单元连接起来,构成社会信息物理系统(SCPS),实现多层次制造资源的集成.SCPS技术支持下,形成了多层次、多粒度服务单元集成的制造资源体系.客户、供应商、协作商甚至网络上的业余设计人员拥有制造和设计资源,通过众包广泛参与到价值创造过程,制造资源具有社会化特征.云制造平台.云制造平台提供了一个制造资源虚拟化的平台,分散的制造和设计资源拥有者通过云平台把制造功能单元虚拟化为制造服务,进入云制造资源池,实现资源的共享和社会化,为动态联盟的构建提供基础制造资源.根据客户提交订单,运用云平台进行高效地制造服务发现、选择、组合、执行监控.动态联盟.SCPS环境下的动态联盟以多层次制造单元为参与主体的新型网络化组织形态,根据制造任务的要求和业务流程约束,联盟盟主以动态自组织的方式,运用短期、长期的契约构建满足制造任务的不同形态的服务联盟,实现基于合适粒度、合适协同属性和社会关系的制造企业联盟优化.大数据.社会信息物理系统和协同制造过程产生反映企业运行状态的实时大数据,使得制造过程可以在对状态和环境进行全面感知的基础上,基于高度智能进行资源调度和实时决策.通过大数据分析实时检测制造单元的状态,挖掘制造过程异常事件,实现基于情景感知的制造过程优化.
四、服务主导逻辑下智慧制造的核心服务体系
智慧制造遵循智能增强和服务主导逻辑,主要包含两个方向的智能化策略,一是制造结果智能化即产品智能化,在实体产品功能和使用过程中增添或者嵌入个性化智能服务,形成产品服务系统,或者构建智能互联产品形成面向具体应用领域的产品服务云;二是制造过程智能化,对企业拥有的研发设计、仿真、生产加工、组装、销售等过程资源智能化和虚拟化再造,重构企业价值网络,以专业化分工合作实现产品服务创造和制造过程智能化管理.基于产品全生命周期视角,从产品智能和制造过程智能两个维度构建智慧制造核心服务体系,如图3所示.
(一)产品智能化
智慧制造环境下,企业由产品主导转向以客户为中心的服务主导,更强调产品智能化功公用和使用过程中的价值.通过基于产品的智能服务,提供与消费者产品生命周期内的操作活动匹配,实现制造企业长期受益、降低成本.同时,产品集成物理、信息和社会功能形成复杂结构的智能产品服务生态系统,如智能互联产品的出现,产品服务系统成为制造服务化战略的新形态[4].实施智能化服务策略并非一定成功,存在组织安排与服务模式的不匹配问题,容易陷入服务困境,增加服务提供投入成本,难以获取理想的受益.智能化战略的实施需要构建服务参与者网络和平台、拥有创造和传递服务的资源能力,熏陶培养客户成为服务导向,变革组织结构形成新企业文化,避免出现
(二)制造过程智能化
随着云计算、物联网技术的应用,企业可以将闲置的多层次制造资源和加工过程封装为服务(如设计云、仿真云、加工云、销售云等服务)[5],提供到云平台上实现社会化交易,根据任务约束不同类型的组织以动态联盟为主要形式的服务制造网络.通过利用网络优势寻找并充分利用分散在同一企业的不同部门,或不同企业之间可利用的具有竞争力的制造资源,实现制造服务的快速重组与能力的优化配置,形成多粒度资源协同的制造价值链,是智能制造模式落地的根本.为了赢得未来竞争,众多制造企业开始应用云计算、物联网、大数据等新兴信息技术,构建特定行业领域的云平台,探索智慧制造新模式,如海尔COSMOPlat智能制造云平台实现物联网环境下的客户大规模定制生产,用户参与到研发设计、生产制造等整个过程,实现制造过程的实时、透明.
五、结 语
新兴信息技术环境下,制造企业由以产品为中心的传统层级生产模式,转变为注重资源协同和价值共创的以服务为中心的智能制造.智慧制造模式作为当前企业转型升级的主要方向,虽然涌现了一批优秀的云平台和应用场景,但整体实施效果与国家宏观战略目标仍存较大差距.本文基于智能制造模式变革和发展阶段的系统梳理,从关键技术体系、核心服务体系和协同决策体系三个维度构建了智慧制造模式支撑体系的分析框架,为优化企业智能化转型路径、提升智慧制造应用水平提供了理论参照.下一步应结合具体的企业案例,对智慧制造模式的支撑体系做进一步的实证分析,实现智慧制造战略精准定位、支撑体系的全面完善.
作者：任磊 任明仑 单位：南京审计大学政府审计学院 合肥工业大学管理学院