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美國人給出了智能制造的三個(gè)維度，并同時(shí)給出了所有的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)維度與工業(yè)4.0的考量角度并不相同。然而需要我們用足夠的智慧和仔細(xì)的耐心，去識(shí)別其中所要強(qiáng)調(diào)的要點(diǎn)。一知半解的照搬，并不能解決中國制造的問題。
智能制造體系為什么是多維的？
從歷史上看，產(chǎn)品、生產(chǎn)系統(tǒng)和商業(yè)這些維度已經(jīng)被納入考慮范疇。僅僅針對(duì)某一個(gè)維度的集成都是非常了不起的，實(shí)際上很多人都在單個(gè)領(lǐng)域開展工作很長時(shí)間。
然而我們已經(jīng)觀察到，在這個(gè)智能制造生態(tài)系統(tǒng)中，某個(gè)單一維度集成的組織正在擴(kuò)大，從而集成范圍必然涉及到更多維度。各種制造范式，包括持續(xù)的過程改進(jìn)(CPI)、柔性制造(FMS)和面向制造和組裝的設(shè)計(jì)(DFMA)，只能依賴于不同維度之間進(jìn)行信息交換。
智能制造的三個(gè)維度
這就是未來智能制造必然呈現(xiàn)出來的姿態(tài)，也就是復(fù)雜系統(tǒng)，必然是多維度相互關(guān)聯(lián)而形成。
在這三個(gè)維度之間進(jìn)行更緊密的集成，將導(dǎo)致更快的產(chǎn)品創(chuàng)新周期，更高效的供應(yīng)鏈，并在生產(chǎn)系統(tǒng)更大的靈活性。
在這里，我們花點(diǎn)耐心，一點(diǎn)一點(diǎn)地看，智能制造系統(tǒng)的組成要素和所對(duì)應(yīng)的能力指標(biāo)。
美國標(biāo)準(zhǔn)院最新發(fā)布
集成技術(shù)和關(guān)鍵能力映射
在這里，編者注意到即使在美國面向未來的智能制造體系中，主要的關(guān)鍵能力仍然集中在質(zhì)量、敏捷性、生產(chǎn)率和可持續(xù)發(fā)展。
在面向未來的智能制造體系中，敏捷性占比巨大，當(dāng)然是意料之中，這是滿足個(gè)性化定制的一個(gè)重要基石。然而，質(zhì)量仍然是旗鼓相當(dāng)?shù)囊蛩?。這一點(diǎn)，對(duì)于急于追逐工四升級(jí)的中國制造業(yè)，啟發(fā)意義巨大。由于中國制造的整體質(zhì)量尚未過關(guān)，因此對(duì)于中國智能制造，比重應(yīng)該要大得多。
標(biāo)準(zhǔn)的維度
標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)的和有價(jià)值的工具，可以使企業(yè)主能夠更好的吸收和采用新技術(shù)和創(chuàng)新。因此，標(biāo)準(zhǔn)可以提升一個(gè)或多個(gè)SMS的關(guān)鍵能力。例如，在產(chǎn)品維度上，PLM標(biāo)準(zhǔn)有助于敏捷(通過簡化流程)和質(zhì)量(通過啟用不同的活動(dòng)的集成產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期)；在生產(chǎn)系統(tǒng)領(lǐng)域中，連續(xù)調(diào)試(CCX)標(biāo)準(zhǔn)可以提高機(jī)器性能和系統(tǒng)可靠性提高生產(chǎn)率、質(zhì)量和可持續(xù)性(通過提高能源性能)；而電子商務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，則可以通過開放應(yīng)用程序組集成規(guī)范(OAGIS)來簡化供應(yīng)鏈合作伙伴之間的業(yè)務(wù)流程。
（關(guān)于各種標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)組織機(jī)構(gòu)，請參見今日同期文章：《標(biāo)準(zhǔn)的組織結(jié)構(gòu)》——關(guān)注公號(hào)，然后查閱）
第一維度：產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)集
產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)集，也就是產(chǎn)品開發(fā)生命周期標(biāo)準(zhǔn)族。
產(chǎn)品維度的標(biāo)準(zhǔn)集
智能制造生態(tài)系統(tǒng)SMS下的產(chǎn)品生命周期管理包括6個(gè)階段，分別是設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工程、制造、使用和服務(wù)、廢棄和回收。
SMS產(chǎn)品維度的六階段
圍繞這六個(gè)產(chǎn)品生命周期階段，美國標(biāo)準(zhǔn)院給出了更加細(xì)致的標(biāo)準(zhǔn)分類，從五個(gè)角度出發(fā)，分別是建模實(shí)踐、產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)交換、制造模型數(shù)據(jù)、產(chǎn)品目錄數(shù)據(jù)和產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)管理。以建模實(shí)踐為例，它定義了數(shù)字化的產(chǎn)品定義，既有2D圖紙的數(shù)據(jù)，也有3D模型的數(shù)據(jù)。從這個(gè)角度來看，雖然高舉智能制造的大旗，美國標(biāo)準(zhǔn)院并沒有完全放棄二維圖紙。這也是過渡期的妥協(xié)吧。
美國標(biāo)準(zhǔn)院同時(shí)認(rèn)為，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn),尤其是在CAD、CAM和CAx方面大大的提高了工程效率。此外,這些標(biāo)準(zhǔn)提高了建模精度,減少產(chǎn)品創(chuàng)新周期,從而直接提高制造系統(tǒng)的敏捷性和產(chǎn)品質(zhì)量。在這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步已經(jīng)變革了新產(chǎn)品的開發(fā)模式，這被稱為基于模型的企業(yè)MBE（Model-Based Enterprise）。
目前在美國，MBE概念已經(jīng)深入人心，而且建立了成熟度分級(jí)模型。而在中國只有航空制造業(yè)做了一些非常有意義的實(shí)踐，其他領(lǐng)域似乎進(jìn)展并不深。
第二維度：生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期標(biāo)準(zhǔn)
“生產(chǎn)系統(tǒng)”在這里指的是從各種集合的機(jī)器、設(shè)備和輔助系統(tǒng)組織和資源創(chuàng)建商品和服務(wù)。雖然大部分產(chǎn)品模型開發(fā)和建模方法的標(biāo)準(zhǔn)，同樣適用于生產(chǎn)系統(tǒng)。但是作為一個(gè)最復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，仍然具有許多獨(dú)特的標(biāo)準(zhǔn)，這是實(shí)現(xiàn)SMS的根基。相比于它們所生產(chǎn)的商品，生產(chǎn)系統(tǒng)通常有一個(gè)更長的生命周期。此外，它們需要經(jīng)常重新配置，從而對(duì)設(shè)計(jì)有獨(dú)特的需求。這里，我們專注于支持復(fù)雜系統(tǒng)建模、自動(dòng)化工程、操作和維護(hù)(運(yùn)營管理)的標(biāo)準(zhǔn)。
典型的生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期階段，分為五個(gè)方面，如上圖所示，包括設(shè)計(jì)、修建、調(diào)試、運(yùn)營和維護(hù)、退役和回收。
SMS生產(chǎn)維度的五階段
支持生產(chǎn)生命周期活動(dòng)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，包括生產(chǎn)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)和實(shí)踐、生產(chǎn)系統(tǒng)工程、生產(chǎn)系統(tǒng)維護(hù)和生命周期數(shù)據(jù)管理。
第三維度：供應(yīng)鏈管理的商業(yè)周期
電子商務(wù)在今天至關(guān)重要，使任何類型的業(yè)務(wù)或商業(yè)交易，都會(huì)涉及到利益相關(guān)者之間的信息交換。下圖顯示了Plan-Source-Make-Deliver-Return周期的制造業(yè)供應(yīng)鏈管理。在制造商、供應(yīng)商、客戶、合作伙伴,甚至是競爭對(duì)手之間的交互標(biāo)準(zhǔn)，包括通用業(yè)務(wù)建模標(biāo)準(zhǔn)，制造特定的建模標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的消息協(xié)議，這些標(biāo)準(zhǔn)是提高供應(yīng)鏈效率和制造敏捷性的關(guān)鍵。
在這里,我們重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)三套專門面向制造集成標(biāo)準(zhǔn): APICS供應(yīng)鏈運(yùn)營參考、開放應(yīng)用程序組集成規(guī)范(OAGIS)和制造企業(yè)解決方案協(xié)會(huì)的B2MML。
SCOR（APICS的一部分）是一個(gè)管理工具跨越整個(gè)供應(yīng)鏈，從供應(yīng)商的供應(yīng)商到客戶的客戶，模型描述了相關(guān)所有階段的業(yè)務(wù)活動(dòng)以滿足客戶需求。
OAGIS包括一套工程和業(yè)務(wù)規(guī)范稱為業(yè)務(wù)對(duì)象文檔(bod),它定義常見的內(nèi)容模型和信息業(yè)務(wù)應(yīng)用程序之間的通信。
B2MML 很好的吸收實(shí)現(xiàn)了ISA 95數(shù)據(jù)模型。它促進(jìn)ERP和供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)，以及與制造系統(tǒng)的集成,如控制系統(tǒng)和MES。
制造金字塔
制造金字塔是智能制造生態(tài)系統(tǒng)的核心，產(chǎn)品生命周期、生產(chǎn)周期和商業(yè)周期都在這里聚集和交互。在智能自主操作和智能機(jī)器的行為里面，自我意識(shí)、推理和規(guī)劃、自我糾錯(cuò)是關(guān)鍵。然而美國標(biāo)準(zhǔn)院想強(qiáng)調(diào)的是，這些行為帶來的信息必須能夠在金字塔內(nèi)部上下流動(dòng)。要想實(shí)現(xiàn)這種從機(jī)器到工廠，再從工廠到企業(yè)系統(tǒng)之間的集成，標(biāo)準(zhǔn)顯然是至關(guān)重要的。
基于標(biāo)準(zhǔn)之上的智能制造系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)據(jù)快速?zèng)Q策，優(yōu)化產(chǎn)量和質(zhì)量；準(zhǔn)確的評(píng)估能源和材料的使用，同時(shí)可以改善車間安全和加強(qiáng)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
在下圖的制造業(yè)金字塔中，美國標(biāo)準(zhǔn)院推薦了一種常用的參考模型（ISA-95），用于開發(fā)自動(dòng)化企業(yè)和控制系統(tǒng)之間的接口。它為信息交換提供了標(biāo)準(zhǔn)，減少了 MES- ERP 集成的費(fèi)用，與產(chǎn)品的生命周期管理協(xié)同工作。由于可以提供生產(chǎn)能力和狀態(tài)，提高了生產(chǎn)制造的靈活性，提供了一套信息集成的架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)模型。這樣定義了 ERP 和 MES 的界限和信息流。
有關(guān)一個(gè)軟件系統(tǒng)的溝通是很難的，因?yàn)椴煌嗽谡f同一詞的時(shí)候往往在腦袋里的翻譯卻不一樣。這就是參考體系架構(gòu)的重要性，因?yàn)樗械男g(shù)語放到了模型里，而且清晰地闡述了術(shù)語之間的關(guān)系。
以建筑業(yè)做對(duì)比，由于建筑業(yè)的藍(lán)圖里使用通用的窗、門、墻、地板的符號(hào)來描述房子，所以盡管房子千奇百樣，但我們依然可以沒有歧義地描述所需要的門窗。同樣的技術(shù)也運(yùn)用到了制造金字塔體系中。盡管沒有兩個(gè)一樣的工廠，管理人員依然可以用相同的模型和術(shù)語來溝通工廠的業(yè)務(wù)、活動(dòng)、責(zé)任、信息流等等內(nèi)容。更進(jìn)一步的是，這種模型還規(guī)范了信息交換，為ERP和MES之間提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換接口。
制造金字塔的模型體系
在這里，我們再一次看到基于模型的體系，對(duì)于智能制造的重要性。它去除了歧義，確保所有的數(shù)字化工廠，不管采用何種設(shè)備，都可以自由地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這正是當(dāng)下中國制造2025最缺的骨架體系。
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