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[摘要]基于新興信息技術條件下制造模式變革,系統概括了智能制造的發展歷程,從關鍵技術、核心服務兩個維度分析了智慧制造模式的支撐體系,為提升智慧慧制造應用水平提供了參考建議.

[關鍵詞]新興信息技術;智慧制造;支撐體系;協同決策

一、引　言

近年來,以互聯網、云計算、大數據、人工智能為主要內容的新一代信息技術廣泛滲透到制造領域[1],在產品開發、生產和營銷等整個制造價值鏈中,它們與制造系統深度融合,改變了制造系統和人、組織、社會、環境的關系,顛覆了傳統制造模式和商業模式,催生出全球化、網絡化和智能化制造的新形態[2G3].為中國制造產業轉型升級、提質增效帶來了十分難得的歷史機遇.眾多企業開始利用新興信息技術和智慧管理理念轉變制造組織模式和產品服務提供方式[4],涌現出云制造、社會制造、全球化協同制造等新模式[5].智慧制造是融合多種先進制造模式優勢基礎上形成的新型制造模式,面向制造業發展的新趨勢以大規模協同合作、全面感知、實時決策和滿足客戶個性化需求能力為目標,基于云平臺廣泛地整合分散的、多層次制造資源,按任務需求使用合適粒度服務,靈活構建動態企業聯盟以及時地把握市場機會、滿足客戶需求.新興信息技術在金融、制造、醫療等行業的廣泛應用,實現了萬物互聯、一切即服務,構筑了新型的智慧化社會形態.眾多制造企業探索適合中國情境的智能制造轉型路徑,如樹根互聯、海爾、用友—精智等,基于行業特點積極探索不同類型的智慧制造云平臺和應用,為中國制造企業數字化、智能化轉型升級提供了標桿和模板.與此同時,也出現“空喊口號”、“智能化悖論”、“應用策略五花八門”、“平臺割裂、重復建設”等現象,智慧制造模式的落地廣度和應用深度仍差強人意,與«中國制造2025»的戰略目標實現仍存在一定距離.因此,了解智慧制造的發展階段、找準戰略定位、完善平臺支撐體系,成為制約智慧制造應用的關鍵問題.本文緊扣制造強國戰略和企業智慧化轉型的重大需求,通過對已有文獻、新聞資料和相關實踐案例的歸納梳理,系統概括了智能制造模式的發展歷程,并從關鍵技術、核心服務兩個維度分析了智慧制造模式的支撐體系,為加快制造企業智能化轉型、提升智慧制造模式的應用水平提供了參考建議.

二、智慧制造模式的發展歷程

新興信息技術環境下,智能制造的內涵和外延不斷拓展,從制造與智能服務融合的深度(產品智慧化、制造過程智慧化)與價值創造主體的廣度(參與主體的范圍)兩個維度,探討智慧制造不同的發展階段,分析其主要模式及特征.本文基于制造模式變革與演化過程,將智能制造劃分為4個階段,如圖1所示.

(一)第一階段

(20世紀70年代—90年代初)萌芽期———自動化20世紀80年代,GE、IBM等公司開始從產品向自動化服務轉變,為客戶提供滿意的自動化服務解決方案.服務型制造開始成為關注的焦點,包含了產品或服務、產品＋服務、產品＋技術支持＋售后三個相互重疊階段,注重向用戶提供一體化的自動化服務.智慧制造的萌芽時期,強調制造過程的自動化,注重產品功能服務化和相關支持服務,以外包為主的服務性生產較少,消費者沒有參與到制造價值的共創過程中,參與主體只包括少量的服務商和供應鏈成員.這一階段仍然以傳統大規模制造模式為主,產品同質化嚴重,客戶多樣化需求難以滿足.

(二)第二階段

(20世紀90年代—21世紀初)發展期———信息化20世紀90年代GE主張為客戶提供整體的服務解決方案,公司的價值創造源于以物理產品為載體的各類衍生服務,需要用戶積極參與生產過程,并向客戶提供全生命周期的服務.智慧制造的發展期,關注產品服務系統、生產性服務和信息服務,服務性生產仍以外包的形式出現,雖然能夠在全球范圍內配置資源,但可用資源較少,協同交互成本較高.這一階段以大規模定制和網絡化協同制造為主,以提升供應鏈的協同績效為主要目標,用戶開始參與到生產、研發過程,協同主體從供應鏈成員拓展到外圍服務提供者,整個時期的產品豐富但缺少新型服務模式.

(三)第三階段

(2008年—2025年)快速成長期———智能化隨著云計算、大數據等信息技術在制造領域的廣泛應用,智能車間、數字化工廠出現,一切制造資源、制造過程均能夠以服務的形式在云平臺上社會化共享和集中使用.制造與服務的邊界變得模糊,谷歌開始制造無人駕駛汽車,作為信息技術公司的小米生產手機,傳統的設備制造企業開始提供遠程實時監測、智能診斷和維修服務.智慧制造的成長期,重點關注制造過程智能化、資源作為服務和智能互聯產品.這一階段以智能制造、云制造為主要模式,參與主體拓展到社會化的制造主體,通過制造生態系統為用戶實時提供定制化、情景化產品服務.

(四)第四階段

(2025年以后)顛覆創新期———智慧化物聯網、智能終端設備、機器人的廣泛應用,實現了萬物互聯、普適感知,使得物理空間、信息空間和社會空間進一步相互關聯和深度融合,形成“一切即服務”的智慧社會.服務型制造作為社會系統中的一個子系統,受到其他子系統(如交通系統、教育系統、醫療系統等)的影響,需要企業改變以往的戰略,構建開放式創新和多系統協同的理念,拓展和融合產業邊界,增加更多的協調領域,跨越企業及業種間藩籬.這一時期的服務型制造已經與其他社會子系統緊密連接,實現信息、資源、知識共享,為用戶提供預測性、個性化、準時化的服務,通過人—物—機的深度關聯融合,最終交織構造成一個智慧社會服務生態系統.

三、云環境下智慧制造的關鍵技術體系

智慧制造是一個復雜、多樣、動態的服務生態系統,包含制造智慧、多粒度制造單元、訂單需求、制造服務、業務過程、社會化服務池等多種元素,且彼此間關聯[3].根據智慧資源的特點,對比現有云制造、智能制造等模式的體系結構和應用平臺,分析了智慧制造的技術體系架構,如圖2所示.社會信息物理系統.以物聯網為基礎,通過網絡把分布在整個價值鏈上的制造功能單元連接起來,構成社會信息物理系統(SCPS),實現多層次制造資源的集成.SCPS技術支持下,形成了多層次、多粒度服務單元集成的制造資源體系.客戶、供應商、協作商甚至網絡上的業余設計人員擁有制造和設計資源,通過眾包廣泛參與到價值創造過程,制造資源具有社會化特征.云制造平臺.云制造平臺提供了一個制造資源虛擬化的平臺,分散的制造和設計資源擁有者通過云平臺把制造功能單元虛擬化為制造服務,進入云制造資源池,實現資源的共享和社會化,為動態聯盟的構建提供基礎制造資源.根據客戶提交訂單,運用云平臺進行高效地制造服務發現、選擇、組合、執行監控.動態聯盟.SCPS環境下的動態聯盟以多層次制造單元為參與主體的新型網絡化組織形態,根據制造任務的要求和業務流程約束,聯盟盟主以動態自組織的方式,運用短期、長期的契約構建滿足制造任務的不同形態的服務聯盟,實現基于合適粒度、合適協同屬性和社會關系的制造企業聯盟優化.大數據.社會信息物理系統和協同制造過程產生反映企業運行狀態的實時大數據,使得制造過程可以在對狀態和環境進行全面感知的基礎上,基于高度智能進行資源調度和實時決策.通過大數據分析實時檢測制造單元的狀態,挖掘制造過程異常事件,實現基于情景感知的制造過程優化.

四、服務主導邏輯下智慧制造的核心服務體系

智慧制造遵循智能增強和服務主導邏輯,主要包含兩個方向的智能化策略,一是制造結果智能化即產品智能化,在實體產品功能和使用過程中增添或者嵌入個性化智能服務,形成產品服務系統,或者構建智能互聯產品形成面向具體應用領域的產品服務云;二是制造過程智能化,對企業擁有的研發設計、仿真、生產加工、組裝、銷售等過程資源智能化和虛擬化再造,重構企業價值網絡,以專業化分工合作實現產品服務創造和制造過程智能化管理.基于產品全生命周期視角,從產品智能和制造過程智能兩個維度構建智慧制造核心服務體系,如圖3所示.

(一)產品智能化

智慧制造環境下,企業由產品主導轉向以客戶為中心的服務主導,更強調產品智能化功公用和使用過程中的價值.通過基于產品的智能服務,提供與消費者產品生命周期內的操作活動匹配,實現制造企業長期受益、降低成本.同時,產品集成物理、信息和社會功能形成復雜結構的智能產品服務生態系統,如智能互聯產品的出現,產品服務系統成為制造服務化戰略的新形態[4].實施智能化服務策略并非一定成功,存在組織安排與服務模式的不匹配問題,容易陷入服務困境,增加服務提供投入成本,難以獲取理想的受益.智能化戰略的實施需要構建服務參與者網絡和平臺、擁有創造和傳遞服務的資源能力,熏陶培養客戶成為服務導向,變革組織結構形成新企業文化,避免出現

(二)制造過程智能化

隨著云計算、物聯網技術的應用,企業可以將閑置的多層次制造資源和加工過程封裝為服務(如設計云、仿真云、加工云、銷售云等服務)[5],提供到云平臺上實現社會化交易,根據任務約束不同類型的組織以動態聯盟為主要形式的服務制造網絡.通過利用網絡優勢尋找并充分利用分散在同一企業的不同部門,或不同企業之間可利用的具有競爭力的制造資源,實現制造服務的快速重組與能力的優化配置,形成多粒度資源協同的制造價值鏈,是智能制造模式落地的根本.為了贏得未來競爭,眾多制造企業開始應用云計算、物聯網、大數據等新興信息技術,構建特定行業領域的云平臺,探索智慧制造新模式,如海爾COSMOPlat智能制造云平臺實現物聯網環境下的客戶大規模定制生產,用戶參與到研發設計、生產制造等整個過程,實現制造過程的實時、透明.

五、結　語

新興信息技術環境下,制造企業由以產品為中心的傳統層級生產模式,轉變為注重資源協同和價值共創的以服務為中心的智能制造.智慧制造模式作為當前企業轉型升級的主要方向,雖然涌現了一批優秀的云平臺和應用場景,但整體實施效果與國家宏觀戰略目標仍存較大差距.本文基于智能制造模式變革和發展階段的系統梳理,從關鍵技術體系、核心服務體系和協同決策體系三個維度構建了智慧制造模式支撐體系的分析框架,為優化企業智能化轉型路徑、提升智慧制造應用水平提供了理論參照.下一步應結合具體的企業案例,對智慧制造模式的支撐體系做進一步的實證分析,實現智慧制造戰略精準定位、支撐體系的全面完善.

作者：任磊 任明侖 單位：南京審計大學政府審計學院 合肥工業大學管理學院