製造工廠的未來 自適應數字化工廠三部曲（上）

本文選編自PEGA的數字工廠報告，此處為三部曲的上篇。

一、製造工廠的未來

數字化在全球製造業中已經到來。以往我們所了解的製造業的價值流及其周遭的工業系統，將變得不再相同。

價值流的數字化與物理設備與數字世界的匹配映射，使貫穿產品生命周期的工作方式成為可能——從設計到採購，通過供應鏈、生產現場直至所有重要的售後服務市場。科技本身如大數據、分析、雲計算、物聯網，正在重新定義每個人的角色和運行模式。

顯而易見，工業的基本表現形式正處於變革之中，在接下來的數十年中，許多製造業主將發現他們自己正以嶄新的、與過往一個世紀當中工業製造的形式截然不同的方式進行管理運營。

要想使這種轉變成為可能，需要在前所未有的實用性、靈活性和連接性上建立企業軟體。應用必須是以業務為中心、面向流程並對連續的變化有很強的適應性。他們現在必須包含所有形式的角色，包含人、系統和事物。他們必須同時支持已經建立和正在興起的實踐如動態案例管理、精益六西格瑪、工業4.0 。

建立自適應數字化工廠，正是這樣一種全新的考量，是對作用於製造業的驅動因素、方法論、科技和創新的綜合應用。由於與設備、材料和能源相關的製造業佔據世界經濟總量的1/3 。遍布這些行業的數字化變革是這個時代最大規模的活動之一，而自適應數字化工廠將是最重要的實踐。

二、數字化工廠的影響因素

數字化工廠必須充分利用其它數字化趨勢如社交網路、移動端、數據分析、雲計算。這四個數字化趨勢是如何為製造業主們提供價值的。

社交網路對製造業的影響：社交網路對製造業主們具有積極甚至是挑戰性的影響。消費者的社交帖子可能幫助或摧毀製造業主們。另一方面，社交合作使消費者與分銷商、經銷商，以及製造服務和生產團隊聯繫在一起。

移動端對製造業的影響：移動端全渠道與全設備的相互作用允許製造業主們通過移動設備無縫地開始並完成端到端的自動化工作。全渠道是指通過不同的渠道進行消費者一致性體驗。全設備是指利用聯網設備進行連接、維護和優化體驗。

分析對製造業的影響：數據分析為製造業主們提供必要的工具進行大量隱藏數據的挖掘。一旦確認，製造業主們能夠根據產品、設備和製造材料工藝的關鍵信息進行生產。大數據的興起趨勢和實時分析使製造業主們能夠優化他們的製造、維護和其他工藝。

雲計算對製造業的影響：雲計算允許整個製造價值鏈(從消費者到製造管理者到員工)接近產品生命周期的任何階段。雲計算服務通過網路、伺服器、存儲器傳遞互聯網，同時為業務應用提供便利與請求式的使用。當聯網設備的物聯網的力量被添加到移動端、社交網路、雲與數據分析後，傳統製造業將獲得自適應數字化工廠的轉變。

三、物聯網的數字化趨勢

通過數字化設備如衣服、無人車和智能家居將人們聯繫起來的互聯網變革通過大量的感測器和制動器獲得進一步的擴展。對於製造業來說，隨著聯網資產與製造設備被數字化工廠不間斷連接、監督和優化的到來，變革仍在繼續。

事物本身基本沒有價值。但是，當考慮到事物的健康和維護性，把握這些聯網設備是怎麼適應物聯網的很重要。

思科用整體觀描述物聯網為萬物互聯：

△ 物：聯網設備，每一事物通過互聯網擁有獨一無二的可訪問地址。

△ 人：與物的合作中，端到端過程或動態案例的參與者。

△ 工藝：在最基本的水平，為業務目標協調多活動性或任務。工藝過程的參與者將包含人、物、企業應用軟體、業務合作者。

△ 數據：物以一個比人或應用更快的速率產生數據，物聯網數據需要實時地被分析和反饋。在這四個實體類型之間具有核心關係。

製造業主們已經在生產車間開始使用聯網設備，現在可指望物聯網通過網路獲取唯一可訪問的物理設備。他們不得不與增加製造者與消費者連接性的物共事並創造物。這些聯網設備含有車載診斷軟體，從而使製造商能夠用來進行監控、控制和管理。

四、自適應數字化工廠登堂入殿

自適應數字化工廠，首先是基於端到端的業務過程的聯通，形成數字化的決策體系;然後通過擴充工業物聯網的能力，保留與邊緣設備的聯繫，藉助於數據分析、雲計算的力量，從而形成自適應數字工廠。

它具有以下幾個典型特點：

1、優化工廠資產

在傳統的製造業中，在生產車間的大部分資產是沒有相互聯繫的。因此，實際上，對製造業主來說，這些資產的功能和狀態是不可見的。通過IOT連接，所有的資產和機器能夠聯繫、監督、控制和優化。

2、預防性維護

不論是在生產車間，還是已製成的設備中，數字化工廠的聯網性機器能夠被前瞻性地與指令性的維護。聯網產品的維護、監督、控制與更新方面，這種指令性維護的方法是IOT模型的重要優勢。

3、設備的全生命周期價值管理

物聯網利用大數據分析優化製造機械的終身價值。而且，利用數字化和聯網製造，使得既有設備的終身價值也得到了提高。

4、大數據預測建模

既有設備不斷地產生大量的感測器數據。數字化工廠挖掘這些數據建立可能的模型，並識別預防性維護行為來避免潛在的事故或故障。

5、3D列印和物聯網

支付得起的3D列印技術的到來將允許機構有效地生產聯網產品，並通過製造業主們的相互連接吸引多個創新者。這使得數字化工廠製造商將生產車間與聯網產品的壽命周期成功地連接在一起。

所有這些技術，為了在機構創造聯繫，並提高客戶價值，工藝流程必須數字化與可操作化。生產車間包含複雜工藝，在需要處理與生產一個製造產品的工作流中，每個工藝可能包含多個裡程碑、任務與業務單元。製造業的售後服務市場(例如維護與支持)也依賴並包含複雜工藝過程。建立一個優化的、自動化的、自適應的數字化工廠，每一個工藝超越了工廠的限制，為協調與管理這些相互聯繫的傑出資源提出了挑戰。從而可以動態管理複雜的端到端解決方案，是解決數字化工廠面臨的挑戰的最優方法論。

以OT與IT融合為例，在自適應數字化工廠中，設備正變的越來越智能化與自動化，更適合監控、維護與持續改善。這些可能通過人或計算機控制的設備與全廠的IT應用程序相連接。為了在機構創造聯繫，並提高客戶價值，工藝流程必須數字化與可操作化。

有一些新興的用於OT-IT集成的參考體系結構與通信標準。其中之一是ISA-95標準，該標準是集成企業IT軟體與製造生產車間的標準。下面的示意圖標識了包含的階段和各種系統。

圖1：ISA95數據連接層次

五、模塊化製造的終結：製造業的新模式

許多製造業主們必須謹記像如下的趨勢將提升他們的業務：

微製造業：向更小的製造工廠的典型轉換生產定製化的產品，典型的微工廠是個人車庫或地下室;

社交製造業：連接多種、更小更靈活的製造業主們來生產大量的整合產品;

移動製造業：移動微製造也能夠從一個地方搬至另一個地方。

互聯網創新從未停止。在過去幾年裡，我們目睹了一個新興的趨勢是社交製造業。想像我們生活在多雨的江南小鎮上，其中三所房子都有一台3D印表機(在線購買的每台價格不到1000美元)，最後一所房子有一台縫紉機。第一所房子中用3D印表機生產一把圓形傘柄，第二家生產傘軸，第三家生產織物骨架，第四家縫紉傘的織物。通過一連串的工作，他們生產了一個在當地無價的、可以很容易被定製的產品。

由於每家關注在小的加工能力下用於特定需求的定製化產品，因此每家都是微製造的例子。如果我們想像房子是移動的，而且位於即時生產的中心，我們將有一個移動製造業。這個趨勢使製造業主變的更加靈活，同時變得與不斷變化的需求更加一致。製造業主更加接近消費者，將更具有創新性，將改變供應鏈的方式。

為了成功獲得這種轉變，製造業主必須擁有合適的工具，自適應數字工廠適逢其時。

作者

黃昌夏：西門子數字化工廠戰略與數字化高級顧問，南山工業書院研究組成員，在數字化工廠、工業互聯網、企業技術戰略、智能製造市場發展與生態演進等領域具有獨到的見解，業界人稱黃小邪。

朱偉佳：專註於石油化工行業可視化解決方案的數字化從業新人。

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