智能制造：不只是機(jī)器人

撰文/Gary Maidment

自動(dòng)化曾經(jīng)改變了工業(yè)生產(chǎn)的面貌，但是今天，數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)制造業(yè)的顛覆性影響已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了自動(dòng)化。工業(yè)4.0、大規(guī)模定制、3D打印和納米材料等新技術(shù)即將取得重大突破，這些變化將重塑價(jià)值高達(dá)11.6萬億美元的制造業(yè)。

工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程由來已久。19世紀(jì)蒸汽動(dòng)力紡織機(jī)的廣泛使用，標(biāo)志著第一次工業(yè)革命的到來。到20世紀(jì)30年代，汽車制造業(yè)引領(lǐng)了以規(guī)模化生產(chǎn)為標(biāo)志的第二次工業(yè)革命，為70年代的數(shù)控系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。80年代，汽車廠商開始大規(guī)模采用工業(yè)機(jī)器人，計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化的應(yīng)用成為第三次工業(yè)革命的標(biāo)志。

時(shí)至今日，富士康在中國的制造基地已經(jīng)擁有十條完全自動(dòng)化的生產(chǎn)線，計(jì)劃到2020年讓中國工廠自動(dòng)化率達(dá)到30%。2016年，阿迪達(dá)斯展示第一雙完全由機(jī)器人生產(chǎn)的球鞋，它在德國新建的制鞋廠將由機(jī)器人首批制造500雙原型球鞋。

自動(dòng)化生產(chǎn)并不是新鮮事物，但數(shù)字化轉(zhuǎn)型并不只是讓機(jī)器人把零部件組裝成產(chǎn)品那么簡單。數(shù)字化轉(zhuǎn)型將顛覆制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上的每一個(gè)環(huán)節(jié)，引領(lǐng)我們進(jìn)入第四次工業(yè)革命：信息物理時(shí)代。在新的時(shí)代，數(shù)據(jù)將成為核心，網(wǎng)絡(luò)連接、云、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的協(xié)同作用將開創(chuàng)新的商業(yè)模式。

然而，不容忽視的現(xiàn)實(shí)狀況是，制造業(yè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)度仍然相對(duì)落后。

為何制造業(yè)姍姍來遲？

主要原因是基礎(chǔ)設(shè)施陳舊。制造業(yè)IT系統(tǒng)誕生之時(shí)，云、低價(jià)存儲(chǔ)和泛在連接都還不存在，導(dǎo)致工業(yè)數(shù)字化難度加大。此外，全面數(shù)字化還伴隨著一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檐浖蚓W(wǎng)絡(luò)故障而停止整條生產(chǎn)線作業(yè)會(huì)給制造商帶來巨大損失。智能制造對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接的要求非常高，時(shí)延必須降低到毫秒級(jí)，數(shù)據(jù)傳輸速率要達(dá)到10Gbit/s，才能滿足機(jī)器視覺和協(xié)作機(jī)器人的需求。最新的無線網(wǎng)絡(luò)解決方案可以提供高帶寬、低時(shí)延和可靠連接，令成本節(jié)省50%，能耗減少10%。

另一個(gè)同樣重要的問題在于，企業(yè)缺乏必要的數(shù)據(jù)分析人才。大數(shù)據(jù)對(duì)于制造業(yè)至關(guān)重要，只有具備了數(shù)據(jù)分析技能，才能對(duì)生產(chǎn)流程、機(jī)械故障、消費(fèi)者習(xí)慣等產(chǎn)生深刻洞察。許多企業(yè)并不清楚如何部署數(shù)據(jù)分析方案，也不知道如何利用傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。據(jù)麥肯錫估測(cè)，僅是在美國，數(shù)據(jù)分析專家的缺口很快就會(huì)增至150萬左右。

印度塔塔咨詢服務(wù)公司對(duì)制造業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)企業(yè)認(rèn)為最大的問題是在數(shù)據(jù)科學(xué)家和管理層之間缺乏互信，這導(dǎo)致數(shù)據(jù)洞察無法服務(wù)于業(yè)務(wù)戰(zhàn)略選擇和落地。第二大問題是選擇什么數(shù)據(jù)來為哪些業(yè)務(wù)決策提供參考。第三是沒有足夠能力處理傳感器產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，換句話說，制造業(yè)廠商還無法充分利用自己擁有的數(shù)據(jù)。

由于制造行業(yè)復(fù)雜多樣，因此并不存在全行業(yè)通用的數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，各企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的節(jié)奏和方向都不盡相同。另外，許多企業(yè)缺乏必要的敏捷度，無法把關(guān)注焦點(diǎn)從精益制造這類傳統(tǒng)目標(biāo)中轉(zhuǎn)移出來。塔塔咨詢服務(wù)公司調(diào)查顯示，根據(jù)制造業(yè)廠商的理解，數(shù)據(jù)分析帶來的前三大好處還是離不開傳統(tǒng)流程優(yōu)化的目標(biāo)：產(chǎn)品故障和質(zhì)量追蹤、供應(yīng)規(guī)劃、識(shí)別流程缺陷。

制造企業(yè)在數(shù)據(jù)分析、智能傳感器、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域迅速行動(dòng)，其實(shí)反映的是行業(yè)對(duì)精益流程青睞有加。這樣做也無可厚非，但在過去五年時(shí)間里，六西格瑪和精益制造的效益提升作用已經(jīng)接近極限，因?yàn)榱鞒桃呀?jīng)非常完善，進(jìn)一步優(yōu)化的空間已不大。

心態(tài)轉(zhuǎn)變

傳感器的大量使用以及相關(guān)數(shù)據(jù)洞察將催生以服務(wù)為導(dǎo)向的新商業(yè)模式，不過并非所有企業(yè)都在充分利用這一轉(zhuǎn)變。通用電氣渠道、合作聯(lián)盟、業(yè)務(wù)發(fā)展和投資全球主管Denzil Samuels以航空公司客戶為例，介紹了通用電氣如何通過數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)等助力客戶商業(yè)成功：“我們可以為航空公司提供實(shí)時(shí)信息，支持機(jī)組人員排班、貨物裝卸等航班業(yè)務(wù)運(yùn)作。我們不但為他們提供飛機(jī)引擎，還可以提供一系列相關(guān)數(shù)據(jù)。所以，通用電氣不但是制造商，也是服務(wù)提供商，借助硬件內(nèi)嵌傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為客戶提供服務(wù)?！?/p>

除了技術(shù)之外，其他因素也會(huì)催生新的商業(yè)模式?？蛻羝诖岣弋a(chǎn)品的個(gè)性化程度，縮短交付周期，這就要求制造商采用大規(guī)模定制模式，建立強(qiáng)大的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施。

英國時(shí)尚初創(chuàng)企業(yè)Unmade在服裝生產(chǎn)前，可以讓消費(fèi)者進(jìn)行定制，定制設(shè)計(jì)的單位生產(chǎn)成本與批量生產(chǎn)的成本持平。Unmade的商業(yè)模式包含個(gè)性化、電子商務(wù)和按需生產(chǎn)三大元素，可以避免超量生產(chǎn)造成浪費(fèi)。顧客可以使用在線的個(gè)性化編輯器修改服裝顏色、樣式和標(biāo)識(shí)；通過電子商務(wù)，可以讓已有庫存和個(gè)性化定制部件捆綁銷售；按需制造模式，可以把訂單發(fā)送給合作針織廠加工制造。

盡管Unmade等公司已經(jīng)證明了批量定制具有靈活敏捷的優(yōu)勢(shì)，但許多傳統(tǒng)制造商遲遲不肯轉(zhuǎn)變心態(tài)，擁抱個(gè)性化定制的理念。不過隨著消費(fèi)者期望的變化，這一點(diǎn)很可能會(huì)發(fā)生改變。

安全問題

《制造商業(yè)技術(shù)》雜志2017年3月報(bào)道稱，制造業(yè)遭到黑客攻擊的次數(shù)僅次于醫(yī)療行業(yè)，主要原因在于網(wǎng)絡(luò)安全投資不足。雖然網(wǎng)絡(luò)攻擊每年造成的損失高達(dá)成千上萬億美元，但企業(yè)在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域面臨著跟數(shù)據(jù)分析同樣的問題，即人才不足。非營利信息安全倡導(dǎo)組織ISACA預(yù)測(cè)，到2019年全球網(wǎng)絡(luò)安全從業(yè)人員的缺口將達(dá)到200萬人。

隨著制造業(yè)邁向工業(yè)4.0時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度進(jìn)一步提高，大量工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及云端大數(shù)據(jù)處理的出現(xiàn)，使網(wǎng)絡(luò)的受攻擊面也進(jìn)一步擴(kuò)大。許多企業(yè)缺乏完備的端到端信息安全解決方案，無法抵御層出不窮的黑客攻擊。同樣，在研發(fā)環(huán)節(jié)，因?yàn)樯婕爸R(shí)產(chǎn)權(quán)和敏感數(shù)據(jù)的保護(hù)，需要采用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)解決方案把研發(fā)內(nèi)網(wǎng)和辦公外網(wǎng)隔離開來，使用安全連接支持協(xié)作。

邁向未來

德國提出的工業(yè)4.0代表了歐洲制造業(yè)的下一階段，類似戰(zhàn)略還包括美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和中國制造2025戰(zhàn)略。這些戰(zhàn)略都涉及使能技術(shù)和加速器的融合，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能工廠和智能制造。

智能制造并不僅僅是使用計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化，還涉及信息物理系統(tǒng)，即數(shù)字化映射（Digital Twin），建立流程、產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬模型。智能傳感器可以利用無處不在的低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，并在云端進(jìn)行分析處理。

在物理世界和虛擬世界之間建立映射有許多優(yōu)勢(shì)。通用電氣利用飛機(jī)引擎上的智能傳感器采集數(shù)據(jù)，用于建立數(shù)字模型進(jìn)行模擬，進(jìn)而根據(jù)模擬渦輪葉片的磨損程度及時(shí)替換單個(gè)渦輪葉片，避免了引擎大修之痛，縮短了引擎停工維護(hù)的時(shí)間。

未來十年，智能制造將不再局限于工廠內(nèi)部，還會(huì)把制造業(yè)和其他垂直行業(yè)連接起來，打通研發(fā)、原材料采購、生產(chǎn)、質(zhì)檢、銷售、分銷和物流各個(gè)環(huán)節(jié)。

到2025年，3D打印將不再局限于原型開發(fā)，還會(huì)應(yīng)用到規(guī)模生產(chǎn)中。今天在服裝、體育用品、電子產(chǎn)品中使用的納米材料屆時(shí)將發(fā)展成每年1700億美元產(chǎn)值的重要行業(yè)。機(jī)器人和人工智能技術(shù)的進(jìn)步也將刺激產(chǎn)生新領(lǐng)域的需求。

人工智能、3D打印技術(shù)日漸成熟，工業(yè)4.0的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)以及不斷變化的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)將對(duì)未來產(chǎn)生什么影響？這都需要我們未雨綢繆。盡管技術(shù)在不斷進(jìn)步，但我們所處的時(shí)代仍然充滿了不確定性。未來十年，面對(duì)數(shù)字化的顛覆，制造業(yè)必須進(jìn)行戰(zhàn)略投資，建設(shè)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、提升員工技能、建立產(chǎn)業(yè)生態(tài)，才能取得商業(yè)成功。