美國智能制造的路線圖 美國制造創新研究院解讀

　　雖然進展不多，美國智能制造創新研究院還是終于公布了路線圖。

　　清潔能源智能制造創新研究院CESMII發布了其2017年到2018年的短期建設路線圖(Roadmap 2017-2018)，而在CESMII的愿景描述中，清晰的指出：智能制造是2030年左右可以實現的制造方式。CESMII是美國能源部資助的美國國家制造業創新網絡中的一個創新研究院。

　　美國定義的智能制造

　　在路線圖中，CESMII在2017-2018的路線圖中給出了自己的定義：智能制造(SM)是一系列涉及業務、技術、基礎設施及勞動力的實踐活動，通過整合運營技術和信息技術(OT/IT)的工程系統實現制造的持續優化。

　　這個定義把“業務”放在第一位，充分體現了智能制造最終是為業務服務的觀點，這是樸實的;另外，該定義提到了“勞動力”的實踐活動。

　　更重要的是該定義把智能制造最終落足到持續優化(optimizing)之上，這和筆者在智能工廠建設規劃實踐中獲得的體驗是一致的，我們常給客戶傳達一個觀點：智能化浪費是沒有意義的。也就是說，智能化一定是和優化同步進行的。

　　該定義給出的四個維度(業務、技術、基礎設施、勞動力)對我們設計智能制造成熟度模型也是一個很好的參考，與Acatech工業4.0成熟度指數中四個結構域(資源、信息系統、組織結構、文化)相比，個人認為CESMII的這四個維度概括的更清晰，邏輯也更嚴密。

　　CESMII進一步補充到，智能制造使得正確的信息和正確的技術能夠在正確的時間以正確的形式被正確的人訪問到，以增強在工廠乃至整個價值鏈范圍內做出明智的決定。

　　智能制造發展指導原則

　　CESMII指出，在智能制造上的投資，應指向服務于已連接的客戶，而這個服務的基礎是高質量的產品、有效的流程、快速響應的服務。

　　這個過程中，智能制造的價值，會通過動態形成的賽博物理系統CPS來實現。智能制造的實現是一個漸進的過程，在這個過程中賽博物理系統CPS的建設是個關鍵，而創新研究院應該為這個系統的動態形成提供支持。

　　智能制造的技術和基礎設施必須最大化開放性和互用性。這是在講智能制造平臺的建設，諸如西門子的MindSphere之類。未來的智能制造是一個多方協作、資源及優勢互補的模式，開放的接口是各方能順利接入的基礎，而可互用的產品和系統是協作的驅動力。在這方面，OPC的UA(統一架構， Unified Architecture)提供了一個可擴展框架，可作為參考。

　　最后，CESMII還指出：智能制造必須用業務產出的術語來進行溝通。這里包含了兩個層面：1)智能制造要為提高業務的產出服務;2)在多方協作的過程中要統一術語。筆者在工作過程中就經常因為術語不同而被困擾，比如，同樣在西門子，總部的GSS把收貨稱為GR(Goods Receiving)，而有些運用公司把收貨稱為IMR(Incoming Material Received)。這類問題必然會降低智能制造平臺的應用效率，甚至有時會造成錯誤，在行業間、公司間統一術語的任務，也是拆除信息孤島的一個基礎性工作。

　　創新研究院做什么

　　為了促進新制造方案的實施及運營技術和信息技術的整合，CESMII將以單個公司或行業無法完成的形式來加速早期的研發，定義了三類工作對象：

　　1)從研究向技術開發過渡時，主要工作對象有：先進傳感器、模型和計算工具、數據結構與配置、流程控制、軟件、硬件;

　　2)從技術開發向產品集成過渡時，主要工作對象有：參考架構、系統配置、系統模型、可互用性標準;

　　3)從產品集成向市場實施過渡時，主要工作對象有：安全要求、人機界面、數據管理、流程模型、業務變革管理、勞動力技能開發。

　　如圖1所示：

　　圖1：三個過渡是關鍵

　　同時，CESMII定義了自己的工作職責，大致分為兩個方面：1)促進跨行業解決方案的開發;2)應對OT/IT融合過程中的研發挑戰和知識鴻溝。

　　其中 “促進跨行業解決方案開發”的核心詞是協作(collaboration)。CESMII指出，跨行業性的解決方案，需要站在跨學科、跨行業、跨公司、跨業務、跨技術的角度來整合各自的優勢。

　　跨行業的協作，并不是啟動一個又一個范圍過于寬泛的項目。因此，需要在創新研究院的運營過程中，必須對項目類別進行科學的設置，否則，即便是國家級別的創新研究院也沒法開展工作。CESMII把運營過程中的項目大致分為了三類：

　　1)路線圖項目，通常針對開發新的能力;

　　2)應用項目，通常針對應用和使用已有能力;

　　3)跨行業或跨應用的對標分析及評估。

　　如何定義項目選擇，美國創新研究院的運營基本都是項目導向的。有時，選擇一個好的項目，比把項目完成得好更重要。CESMII提出的擇項指標有：

　　☆ 定義行業內顯著的制造問題;

　　☆ 匯總當前狀態，陳述當前最高水平，識別壁壘、差距和機會;

　　☆ 定義獨特規格的創新，并能被不同的公司或行業所重用;

　　☆ 定義項目如何為CESMII的目標服務、如何與CESMII的研發職責保持一致。

　　從這些指標，我們可以看出創新研究院啟動的項目具備的一些特性，包括：1)跨行業性;2)領先性;3)獨創性;4)可重用性。也就是說創新研究院啟動的項目，不是為了支持哪一個企業的發展，而是為了支持整個跨行業、行業的整體發展，這是和我們申報項目時最大的區別。

　　集成四大戰略

　　為優化制造以增加能源生產力，CESMII在路線圖中提出了 “集成戰略”，主要包含四個部分：1)商務實踐;2)使能技術開發;3)基礎平臺建設;4)勞動力發展。如圖2所示：

　　圖2：四大戰略

　　需要注意的是，這四個方框的顏色、以及不同方塊之間顏色漸變的連線，CESMII用這種方式來表達戰略部署的集成關系，算是一個比較新穎的創舉。在2017-2018的短期行動計劃的甘特圖中，可以更好的看出這個思路。

　　圖3：商務實踐的甘特圖

　　圖3中綠色細框中的內容，都是推進商務實踐戰略的行動計劃，諸如：重啟商務標準委員會以定義關鍵市場、發展咨詢能力以識別行業機會、定義智能制造集成的評價指標等。而其它顏色粗框里的內容，是完成商務實踐戰略所需的其它戰略的相應行動計劃，比如：

　　☆ 實施商業模式以促進技術提供商持續的為基礎平臺和市場提供工具(藍色，基礎平臺建設);

　　☆ 識別與智能制造相關的勞動力技術技能差距，為不同層級的利益相關方開發課程與培訓，并與商業機會相匹配(棕色，勞動力發展);

　　☆ 開展相關工作組的討論會以促進智能制造市場技術主題的問題及方案分享(黃綠色，使能技術開發)。

　　其它幾項戰略的行動計劃也是按這個思路展開的。

　　勞動力發展

　　本文把這項戰略單列出來，是因為筆者發現國內的企業在智能化轉型的實踐中，普遍忽略了勞動力發展的問題，而這個問題恰好是世界500強企業非常關注的。比如，大家熟悉的某個德國企業，去年就啟動了一個名為SWP(Strategy Workforce Planning，戰略勞動力規劃)的項目，10個工廠的總經理、研發副總、工藝副總參與，先后歷時8個月，對未來數字化工廠所需的不同崗位的技能技巧進行了全面的分析、歸類，并識別了當前存在的差距，制定了填補差距的策略，包括課程、培訓、不同崗位的技能共享等。

　　事實上，勞動力發展的理論基礎是P-CMM 2.0(People Capability Maturity Model，人員成熟度模型)，這是卡內基梅隆大學軟件工程學院2009年7月發布的，把人員能力的成熟度分成了5個水平，如圖4所示：

　　圖4：人員能力的五個階段

　　CESMII把勞動力發展作為四大戰略之一提出來，后面有一個重要的本質：智能制造會在全球范圍內消除勞動力成本的差異，越高水平的勞動力，其成本的全球差異越小。而更重要的是，必須建立一個全新的勞動力人才的體系，才能適應先進制造業的發展。

　　總結

　　CESMII發布的一個短期路線圖，重點提及了：智能制造的定義、智能制造發展的指導原則、創新研究院的主要工作職責、項目管理職責，給出了CESMII集成戰略路線圖的解讀方法，簡單討論了“勞動力發展”的戰略意義。相信對當下中國智能制造的發展，尤其是能源領域在跨行業范圍制定轉型策略，具有一定的參考價值。