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美国智能制造的路线图 美国制造创新研究院解读


本文由知识自动化(zhishipai)授权转载

虽然进展不多,美国智能制造创新研究院还是终于公布了路线图。

清洁能源智能制造创新研究院CESMII发布了其2017年到2018年的短期建设路线图(Roadmap 2017-2018),而在CESMII的愿景描述中,清晰的指出:智能制造是2030年左右可以实现的制造方式。CESMII是美国能源部资助的美国国家制造业创新网络中的一个创新研究院。

美国定义的智能制造

在路线图中,CESMII在2017-2018的路线图中给出了自己的定义:智能制造(SM)是一系列涉及业务、技术、基础设施及劳动力的实践活动,通过整合运营技术和信息技术(OT/IT)的工程系统实现制造的持续优化。

这个定义把“业务”放在第一位,充分体现了智能制造最终是为业务服务的观点,这是朴实的;另外,该定义提到了“劳动力”的实践活动。

更重要的是该定义把智能制造最终落足到持续优化(optimizing)之上,这和笔者在智能工厂建设规划实践中获得的体验是一致的,我们常给客户传达一个观点:智能化浪费是没有意义的。也就是说,智能化一定是和优化同步进行的。

该定义给出的四个维度(业务、技术、基础设施、劳动力)对我们设计智能制造成熟度模型也是一个很好的参考,与Acatech工业4.0成熟度指数中四个结构域(资源、信息系统、组织结构、文化)相比,个人认为CESMII的这四个维度概括的更清晰,逻辑也更严密。

CESMII进一步补充到,智能制造使得正确的信息和正确的技术能够在正确的时间以正确的形式被正确的人访问到,以增强在工厂乃至整个价值链范围内做出明智的决定。

智能制造发展指导原则

CESMII指出,在智能制造上的投资,应指向服务于已连接的客户,而这个服务的基础是高质量的产品、有效的流程、快速响应的服务。

这个过程中,智能制造的价值,会通过动态形成的赛博物理系统CPS来实现。智能制造的实现是一个渐进的过程,在这个过程中赛博物理系统CPS的建设是个关键,而创新研究院应该为这个系统的动态形成提供支持。

智能制造的技术和基础设施必须最大化开放性和互用性。这是在讲智能制造平台的建设,诸如西门子的MindSphere之类。未来的智能制造是一个多方协作、资源及优势互补的模式,开放的接口是各方能顺利接入的基础,而可互用的产品和系统是协作的驱动力。在这方面,OPC的UA(统一架构, Unified Architecture)提供了一个可扩展框架,可作为参考。

最后,CESMII还指出:智能制造必须用业务产出的术语来进行沟通。这里包含了两个层面:1)智能制造要为提高业务的产出服务;2)在多方协作的过程中要统一术语。笔者在工作过程中就经常因为术语不同而被困扰,比如,同样在西门子,总部的GSS把收货称为GR(Goods Receiving),而有些运用公司把收货称为IMR(Incoming Material Received)。这类问题必然会降低智能制造平台的应用效率,甚至有时会造成错误,在行业间、公司间统一术语的任务,也是拆除信息孤岛的一个基础性工作。

创新研究院做什么

为了促进新制造方案的实施及运营技术和信息技术的整合,CESMII将以单个公司或行业无法完成的形式来加速早期的研发,定义了三类工作对象:

1)从研究向技术开发过渡时,主要工作对象有:先进传感器、模型和计算工具、数据结构与配置、流程控制、软件、硬件;

2)从技术开发向产品集成过渡时,主要工作对象有:参考架构、系统配置、系统模型、可互用性标准;

3)从产品集成向市场实施过渡时,主要工作对象有:安全要求、人机界面、数据管理、流程模型、业务变革管理、劳动力技能开发。

如图1所示:

美国智能制造的路线图 美国制造创新研究院解读

图1:三个过渡是关键

同时,CESMII定义了自己的工作职责,大致分为两个方面:1)促进跨行业解决方案的开发;2)应对OT/IT融合过程中的研发挑战和知识鸿沟。

其中 “促进跨行业解决方案开发”的核心词是协作(collaboration)。CESMII指出,跨行业性的解决方案,需要站在跨学科、跨行业、跨公司、跨业务、跨技术的角度来整合各自的优势。

跨行业的协作,并不是启动一个又一个范围过于宽泛的项目。因此,需要在创新研究院的运营过程中,必须对项目类别进行科学的设置,否则,即便是国家级别的创新研究院也没法开展工作。CESMII把运营过程中的项目大致分为了三类:

1)路线图项目,通常针对开发新的能力;

2)应用项目,通常针对应用和使用已有能力;

3)跨行业或跨应用的对标分析及评估。

如何定义项目选择,美国创新研究院的运营基本都是项目导向的。有时,选择一个好的项目,比把项目完成得好更重要。CESMII提出的择项指标有:

☆ 定义行业内显著的制造问题;

☆ 汇总当前状态,陈述当前最高水平,识别壁垒、差距和机会;

☆ 定义独特规格的创新,并能被不同的公司或行业所重用;

☆ 定义项目如何为CESMII的目标服务、如何与CESMII的研发职责保持一致。

从这些指标,我们可以看出创新研究院启动的项目具备的一些特性,包括:1)跨行业性;2)领先性;3)独创性;4)可重用性。也就是说创新研究院启动的项目,不是为了支持哪一个企业的发展,而是为了支持整个跨行业、行业的整体发展,这是和我们申报项目时最大的区别。

集成四大战略

为优化制造以增加能源生产力,CESMII在路线图中提出了 “集成战略”,主要包含四个部分:1)商务实践;2)使能技术开发;3)基础平台建设;4)劳动力发展。如图2所示:

美国智能制造的路线图 美国制造创新研究院解读

图2:四大战略

需要注意的是,这四个方框的颜色、以及不同方块之间颜色渐变的连线,CESMII用这种方式来表达战略部署的集成关系,算是一个比较新颖的创举。在2017-2018的短期行动计划的甘特图中,可以更好的看出这个思路。

美国智能制造的路线图 美国制造创新研究院解读

图3:商务实践的甘特图

图3中绿色细框中的内容,都是推进商务实践战略的行动计划,诸如:重启商务标准委员会以定义关键市场、发展咨询能力以识别行业机会、定义智能制造集成的评价指标等。而其它颜色粗框里的内容,是完成商务实践战略所需的其它战略的相应行动计划,比如:

☆ 实施商业模式以促进技术提供商持续的为基础平台和市场提供工具(蓝色,基础平台建设);

☆ 识别与智能制造相关的劳动力技术技能差距,为不同层级的利益相关方开发课程与培训,并与商业机会相匹配(棕色,劳动力发展);

☆ 开展相关工作组的讨论会以促进智能制造市场技术主题的问题及方案分享(黄绿色,使能技术开发)。

其它几项战略的行动计划也是按这个思路展开的。

劳动力发展

本文把这项战略单列出来,是因为笔者发现国内的企业在智能化转型的实践中,普遍忽略了劳动力发展的问题,而这个问题恰好是世界500强企业非常关注的。比如,大家熟悉的某个德国企业,去年就启动了一个名为SWP(Strategy Workforce Planning,战略劳动力规划)的项目,10个工厂的总经理、研发副总、工艺副总参与,先后历时8个月,对未来数字化工厂所需的不同岗位的技能技巧进行了全面的分析、归类,并识别了当前存在的差距,制定了填补差距的策略,包括课程、培训、不同岗位的技能共享等。

事实上,劳动力发展的理论基础是P-CMM 2.0(People Capability Maturity Model,人员成熟度模型),这是卡内基梅隆大学软件工程学院2009年7月发布的,把人员能力的成熟度分成了5个水平,如图4所示:

美国智能制造的路线图 美国制造创新研究院解读

图4:人员能力的五个阶段

CESMII把劳动力发展作为四大战略之一提出来,后面有一个重要的本质:智能制造会在全球范围内消除劳动力成本的差异,越高水平的劳动力,其成本的全球差异越小。而更重要的是,必须建立一个全新的劳动力人才的体系,才能适应先进制造业的发展。

总结

CESMII发布的一个短期路线图,重点提及了:智能制造的定义、智能制造发展的指导原则、创新研究院的主要工作职责、项目管理职责,给出了CESMII集成战略路线图的解读方法,简单讨论了“劳动力发展”的战略意义。相信对当下中国智能制造的发展,尤其是能源领域在跨行业范围制定转型策略,具有一定的参考价值。

作者简介

张文豪:西门子企业发展咨询事业部,数字化企业规划高级顾问,西门子青岛创新中心高级顾问,南山工业书院美国创新中心研究组专家,工信部赛迪研究院智能制造特邀专家。致力于智能制造成熟度评测体系的研究。


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