文/周倩

人機(jī)結(jié)合的“量化工廠(chǎng)”如何運(yùn)作

文/周倩

“智能制造”一直被視為中國(guó)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵所在，國(guó)內(nèi)普遍將“機(jī)器換人”看作智能制造的一大標(biāo)志，關(guān)注點(diǎn)大多集中在ERP/ MES等信息化系統(tǒng)，或是工業(yè)機(jī)器人、五軸數(shù)控機(jī)床、會(huì)移動(dòng)的AGV以及尚不成熟的AI等自動(dòng)化智能化技術(shù)?？墒牵詣?dòng)化或者信息化實(shí)質(zhì)上都是工具，而在智能制造的推進(jìn)過(guò)程中，人的因素是第一位的，人機(jī)融合才是其核心要點(diǎn)。

德國(guó)西門(mén)子在工業(yè)4.0的落地計(jì)劃中反復(fù)強(qiáng)調(diào)，如何管理復(fù)雜系統(tǒng)、如何保證人身安全、如何優(yōu)化工作的組織與管理、如何促進(jìn)人機(jī)融合深度挖掘人的價(jià)值。美國(guó)GE則是將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義為三個(gè)關(guān)鍵要素“智能機(jī)器+高級(jí)分析+工作人員”，人始終是核心要素。GE高層多次公開(kāi)強(qiáng)調(diào)：“人，在企業(yè)謀求成功的過(guò)程中起著決定性作用?！薄吨袊?guó)制造2025》當(dāng)中更是重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“以人為本”的基本方針，并提出制造業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃、卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃、提高現(xiàn)代經(jīng)營(yíng)管理水平等具體舉措。

機(jī)器能夠很好地充當(dāng)輔助人工的角色，但不能替代人在工業(yè)系統(tǒng)中的核心作用。20世紀(jì)末，美國(guó)與日本在工業(yè)領(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)中，就曾掀起“熄燈工廠(chǎng)”、“無(wú)人化工廠(chǎng)”的世界潮流，如今看來(lái)，這已成為一段值得汲取的歷史教訓(xùn)。中國(guó)工程院郭重慶院士曾表示：“德國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化程度未必比日本高，日本曾經(jīng)的無(wú)人化工廠(chǎng)的結(jié)局讓人記憶猶新。進(jìn)行工業(yè)4.0需要大量的設(shè)備升級(jí)，工廠(chǎng)智能化，這勢(shì)必會(huì)耗用大量資本，最終能否隨機(jī)應(yīng)變地提供市場(chǎng)所需要的產(chǎn)品，未來(lái)誰(shuí)也不敢擔(dān)保?！?/p>

數(shù)十年來(lái)，IT已使人類(lèi)管理物理環(huán)境的方式發(fā)生改變，已經(jīng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了制造流程的數(shù)字化與可視化；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則促使人類(lèi)主動(dòng)地全方面感知，通過(guò)將機(jī)器操作和工藝數(shù)據(jù)無(wú)縫集成實(shí)現(xiàn)真正的“一網(wǎng)到底”；如今CPS技術(shù)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物的互聯(lián)互通與深度融合，高效靈動(dòng)的量化工廠(chǎng)已經(jīng)成為可能。

量化工廠(chǎng)不是“無(wú)人化工廠(chǎng)”

現(xiàn)今，歐美工業(yè)強(qiáng)國(guó)在推進(jìn)制造業(yè)重塑的過(guò)程中都非常強(qiáng)調(diào)“量化思維”。具體而言，主要通過(guò)CPS（賽博物理系統(tǒng)）、虛擬工廠(chǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能傳感器、分布式能源等前沿技術(shù)，將所有生產(chǎn)單位鏈接在一起，推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化和動(dòng)態(tài)集群化，以及個(gè)性化、大規(guī)模定制化的商業(yè)模式創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)互通的“量化工廠(chǎng)”。

國(guó)內(nèi)工業(yè)界往往基于特殊階段的現(xiàn)實(shí)需求，將當(dāng)今時(shí)代的工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)簡(jiǎn)單看作“無(wú)限追求工廠(chǎng)車(chē)間的自動(dòng)化和無(wú)人化”。確實(shí)，對(duì)于處在產(chǎn)業(yè)鏈低端的那些制造商來(lái)說(shuō)，人力成本是不得不給予重視的。高度自動(dòng)化甚至無(wú)人化工廠(chǎng)，將省去太多麻煩，不用再開(kāi)燈了（熄燈工廠(chǎng)），空調(diào)和暖氣也都可以不要了，不用為員工薪酬福利傷腦筋，不用擔(dān)心人員流失問(wèn)題，也不用擔(dān)心生產(chǎn)線(xiàn)上因?yàn)槿斯さ募夹g(shù)局限或者疏懶懈怠造成的良品率問(wèn)題。

可是，看似有著諸多優(yōu)勢(shì)的“全自動(dòng)的無(wú)人化工廠(chǎng)”，在歐美日等先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家已經(jīng)是非常過(guò)時(shí)的東西了。其中，有兩大困擾是無(wú)論如何也繞不過(guò)去的。

核心工程師成為風(fēng)險(xiǎn)因素

20世紀(jì)90年代，很多歐美工業(yè)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)（或者接近實(shí)現(xiàn)）無(wú)人化工廠(chǎng)，自動(dòng)化水平已經(jīng)達(dá)到非常驚人的程度——原材料投入進(jìn)去之后產(chǎn)品就會(huì)被生產(chǎn)出來(lái)，而且是包裝好的，現(xiàn)場(chǎng)只有設(shè)備維護(hù)人員，完全看不到人工操作的痕跡。

不過(guò)，這些企業(yè)很快就發(fā)現(xiàn)一個(gè)致命風(fēng)險(xiǎn)：必須要有精通各個(gè)制造環(huán)節(jié)和整個(gè)工藝流程的生產(chǎn)線(xiàn)維護(hù)工程師，來(lái)進(jìn)行全盤(pán)掌舵。怎么能讓少數(shù)幾個(gè)工程師來(lái)掌控整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的命運(yùn)？“人的風(fēng)險(xiǎn)”變得越來(lái)越不可承受。

生產(chǎn)線(xiàn)喪失柔性、調(diào)整力不足造成的巨大財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)

很多工業(yè)企業(yè)后來(lái)發(fā)現(xiàn)，無(wú)人化工廠(chǎng)在經(jīng)濟(jì)上也是很不合理的。機(jī)器生產(chǎn)的只是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，當(dāng)一條生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化以后，柔性也隨之喪失，調(diào)整力不足。因?yàn)橐揽看罅繖C(jī)器設(shè)備來(lái)完成生產(chǎn)（即硬件投資加大）。一旦市場(chǎng)需求、產(chǎn)品種類(lèi)發(fā)生變化，硬件的更換成本非常高。

一條生產(chǎn)線(xiàn)一個(gè)月可以生產(chǎn)1萬(wàn)輛汽車(chē)或者100萬(wàn)臺(tái)手機(jī)，但是嚴(yán)重缺乏靈活性，就像一個(gè)人很健壯，但是胳膊腿不靈活。在當(dāng)今這個(gè)創(chuàng)新加速的時(shí)代，這就越來(lái)越難以適應(yīng)不斷縮短的產(chǎn)品生命周期。

大規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)的穩(wěn)健高效運(yùn)行，往往是知易行難，必須防范工業(yè)運(yùn)行中的各種意外。如果設(shè)備故障，高度自動(dòng)化的系統(tǒng)會(huì)不會(huì)更難以修理導(dǎo)致生產(chǎn)停滯？如果幾個(gè)熟練的核心工程師決定離職，是不是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行就失去保障？如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)出現(xiàn)較大變化，會(huì)不會(huì)導(dǎo)致這條生產(chǎn)線(xiàn)不能繼續(xù)使用？如果訂單不夠，生產(chǎn)線(xiàn)只能開(kāi)工一半時(shí)間，如何處理昂貴的設(shè)備折舊成本？所以，追求“無(wú)限自動(dòng)化”不如追求“自動(dòng)化與靈活性的互補(bǔ)共進(jìn)”。

世界上最好的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在歐洲，但是在歐洲主要工業(yè)國(guó)家的制造業(yè)車(chē)間里，機(jī)器人所承擔(dān)的職責(zé)依然只是運(yùn)輸及相關(guān)協(xié)作，“全自動(dòng)化”并不是優(yōu)先發(fā)展方向。德國(guó)寶馬集團(tuán)只強(qiáng)調(diào)“合作自動(dòng)化”，他們認(rèn)為工業(yè)企業(yè)需要強(qiáng)調(diào)平衡發(fā)展，在平衡投入產(chǎn)出比的基礎(chǔ)上盡可能多地利用最新技術(shù)，并非不計(jì)任何成本。

在需要做重復(fù)勞動(dòng)的地方，或者對(duì)人工負(fù)荷比較大的地方用機(jī)器人代替。在精密制造的很多方面，人工嫻熟程度和高超技術(shù)，才是最值得信賴(lài)的。智能制造解決的是大批量生產(chǎn)的效率問(wèn)題，但在高精度的工作中，還是要依靠匠人和“工匠精神”做前期的探索，將這些技術(shù)固化、量化之后才能通過(guò)智能制造的手段實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

工業(yè)界逐漸意識(shí)到“不能再用大規(guī)模生產(chǎn)的思維方式去建造無(wú)人化工廠(chǎng)”，應(yīng)該尋求人（靈動(dòng)、應(yīng)變）與機(jī)器（速度、精度）的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基于量化思維的柔性制造。

“人機(jī)結(jié)合”反哺精益制造

實(shí)現(xiàn)智能制造或者工業(yè)4.0，最終目的是什么？毫無(wú)疑問(wèn)是高效率地造出好產(chǎn)品?？梢詫?guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的路徑分成四個(gè)階段：

第一階段是精益工廠(chǎng):要調(diào)理生產(chǎn)方法，提高整個(gè)制造環(huán)節(jié)人的管理水平和生產(chǎn)效率，這是工業(yè)工程師干的事。第二階段是透明工廠(chǎng):運(yùn)用各種IT系統(tǒng)把調(diào)理好的生產(chǎn)管理方法固化在軟件里，這是IT工程師干的事。第三階段是自動(dòng)化工廠(chǎng):在經(jīng)濟(jì)條件約束下，用各種自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備取代人力，這是自動(dòng)化工程師干的事。第四階段是量化工廠(chǎng):基于同一個(gè)底層的數(shù)據(jù)庫(kù)，將所有的人、IT系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)連通在一起，運(yùn)用各種高精度的量化手段對(duì)“精益制造”進(jìn)行反哺，這是目前工業(yè)領(lǐng)域最受關(guān)注的前沿探索。

工業(yè)界普遍推崇日本企業(yè)的“精益工廠(chǎng)”，但很少關(guān)注“精益的代價(jià)”是否合理。2008年以來(lái)，日本電子工業(yè)幾乎全線(xiàn)潰敗，索尼連年巨虧無(wú)計(jì)可施，連總部大樓都賣(mài)了；松下虧損額度更是刷新了日本企業(yè)虧損最高紀(jì)錄；夏普在跌向死亡邊緣時(shí)將自己賣(mài)給了臺(tái)灣鴻海；東芝面臨存亡時(shí)刻，只得分拆出售相對(duì)優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)，茍延殘喘……

日本制造業(yè)還是那樣“精益”，為何突然就變得如此脆弱？日本國(guó)內(nèi)對(duì)此進(jìn)行反思，其中一個(gè)重要結(jié)論是日本制造商“過(guò)于苛求性能與指標(biāo)的極致，而忽視了市場(chǎng)實(shí)際需求水平，投入不必要的成本，致使市場(chǎng)出現(xiàn)變化時(shí)，在研發(fā)上不能及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品?！?/p>

以日本林內(nèi)為例，這是一家在燃?xì)饩哳I(lǐng)域有著全球聲望的百年企業(yè)，其精益化生產(chǎn)、對(duì)機(jī)器人的大規(guī)模應(yīng)用以及企業(yè)管理方式，都令人驚嘆。比如林內(nèi)有一個(gè)“不斷追求零不良率”的QAP質(zhì)量保證計(jì)劃，包含品質(zhì)水平的改善、工作現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和生產(chǎn)線(xiàn)水平品質(zhì)保證三方面內(nèi)容，主要流程是檢出問(wèn)題，提出改善對(duì)策并標(biāo)準(zhǔn)化，然后進(jìn)行效果檢查。

在林內(nèi)的工廠(chǎng)里，每個(gè)員工上崗前都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格培訓(xùn)，即便是像擰螺絲這樣簡(jiǎn)單的動(dòng)作，員工也需要經(jīng)過(guò)三萬(wàn)次零失誤操作才可以通過(guò)測(cè)試。在林內(nèi)的瀨戶(hù)工廠(chǎng)里，檢測(cè)過(guò)程詳細(xì)而復(fù)雜，一條熱水器生產(chǎn)線(xiàn)共計(jì)有26個(gè)檢測(cè)工程，零部件基本上每個(gè)小時(shí)都要進(jìn)行樣品檢查。整機(jī)組裝完成以后，每一臺(tái)熱水器都要經(jīng)過(guò)漏氣、漏電、漏水測(cè)試，產(chǎn)品需要通過(guò)全部測(cè)試才可以出廠(chǎng)。

在林內(nèi)的生產(chǎn)線(xiàn)上，哪怕僅僅想換個(gè)與內(nèi)件毫無(wú)瓜葛的外殼，也會(huì)被視為“新產(chǎn)品”，就得重新接受檢測(cè)。所有測(cè)試流程都要從頭再來(lái)一遍，這耗費(fèi)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都是時(shí)間和成本。結(jié)果是，無(wú)論想在產(chǎn)品中加入什么功能，冗長(zhǎng)的檢測(cè)環(huán)節(jié)都會(huì)讓新品滯后于市場(chǎng)?！皩?duì)產(chǎn)品的細(xì)節(jié)苛刻到無(wú)聊的程度”，這筆追求極致完美所產(chǎn)生的成本，最終都會(huì)反映在產(chǎn)品價(jià)格上，可是，究竟有多少客戶(hù)愿意承擔(dān)這些呢？

所以，精益工廠(chǎng)需要得到更智能、更可靠的量化技術(shù)的反哺。量化工廠(chǎng)的實(shí)用價(jià)值更在于要能為精益管理提供足夠的保證，把生產(chǎn)過(guò)程中以前認(rèn)為不可能的事情變成可能，把以前困難的變得簡(jiǎn)單，把以前沒(méi)有的變得可以實(shí)現(xiàn)。量化工廠(chǎng)要能給精益生產(chǎn)帶來(lái)更實(shí)用化、更合理化的推動(dòng)作用。

三大核心技術(shù)

當(dāng)前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于轉(zhuǎn)型階段，工業(yè)企業(yè)普遍面臨收入和利潤(rùn)增速的回落態(tài)勢(shì)，產(chǎn)品銷(xiāo)售增長(zhǎng)緩慢、成本上升快于銷(xiāo)售增長(zhǎng)、價(jià)格走低擠壓盈利空間。人機(jī)結(jié)合的技術(shù)方向最終是要使精益工廠(chǎng)在效率、質(zhì)量和成本之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡，依靠對(duì)定制化、個(gè)性化市場(chǎng)需求的快速反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)、更高附加值的價(jià)值創(chuàng)造。

根本上講，人機(jī)結(jié)合是要延伸和增強(qiáng)人的能力。有好幾種技術(shù)（人機(jī)界面、可穿戴工業(yè)設(shè)備、VR/AR）可以增強(qiáng)人工能力，這些前沿技術(shù)可以單獨(dú)使用，也能結(jié)合運(yùn)用，是此次技術(shù)革命的核心。

人機(jī)界面（HMI）作為量化工廠(chǎng)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制的可視化。HMI最初解決的，是PLC（可編程邏輯控制器）的人機(jī)交互問(wèn)題，隨著IT和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，很多工業(yè)控制設(shè)備具備了串口通信能力，諸如變頻器、直流調(diào)速器、溫控儀表、數(shù)采模塊等都可以連接HMI，來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。現(xiàn)今，HMI已經(jīng)在形狀上、觀念上、應(yīng)用場(chǎng)合等方面不斷尋求技術(shù)突破，從而觸發(fā)工業(yè)控制領(lǐng)域技術(shù)變革的持續(xù)推進(jìn)。

人機(jī)交互的發(fā)展趨勢(shì)是，使操控人員在最大程度上擺脫任何形式的交互界面，輸入信息的方式變得更加簡(jiǎn)單、隨意，借助工業(yè)智能與大數(shù)據(jù)的融合，能夠非常直觀、直接、全面地捕捉到人的需求，并順暢地按照操控人員的意圖進(jìn)行執(zhí)行與反饋。人機(jī)交互技術(shù)的巨大進(jìn)步，正在使可穿戴工業(yè)設(shè)備、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）在人機(jī)融合的量化工廠(chǎng)中扮演重要角色。

歐美工業(yè)界有一個(gè)概念叫“操作員4.0”。簡(jiǎn)而言之，就是讓工人們穿上機(jī)器人外骨骼裝備，增強(qiáng)他們的力量和智能?！霸鰪?qiáng)操作員”將有技術(shù)支持，并且身強(qiáng)力壯、信息暢通、毫無(wú)危險(xiǎn)。可穿戴工業(yè)設(shè)備融入了“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”技術(shù)，將信息與真實(shí)世界場(chǎng)景融為一體，操作員不必停下手中的工作，即可接收指令或獲取協(xié)助。

通常情況下，當(dāng)工廠(chǎng)引入新設(shè)備或新作業(yè)流程時(shí)，需要請(qǐng)來(lái)培訓(xùn)人員，用幾周時(shí)間對(duì)工人進(jìn)行培訓(xùn)。研發(fā)人員也會(huì)這么做，為了改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)四處搜尋反饋。這些付出費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本高昂。而有了“可穿戴工業(yè)設(shè)備+增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)”，這些工作往往就沒(méi)有了開(kāi)展的必要。佩戴智能眼鏡的工人無(wú)論身處何地，只需直視前方，就可以在眼前看到一步步指令。再戴上耳機(jī)和麥克風(fēng)，工人就可以直接與培訓(xùn)人員通話(huà)?？傊夹g(shù)將使人大有“智”為。

通用電氣（GE）早已用行動(dòng)證實(shí)，靈動(dòng)的AR設(shè)備可以在制造過(guò)程中減少錯(cuò)誤的發(fā)生，以及壓縮生產(chǎn)實(shí)踐，提高產(chǎn)品質(zhì)量。GE通過(guò)移動(dòng)端的AR技術(shù)把計(jì)算機(jī)生成的圖像疊加到工人的現(xiàn)實(shí)世界視野內(nèi)，有助于工人組裝復(fù)雜的機(jī)械部件。過(guò)去，GE渦輪機(jī)工廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中需要操作員對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的噴嘴進(jìn)行100多次測(cè)量以確保質(zhì)量，他們需要人工將測(cè)量結(jié)果輸入電子表格中。這個(gè)任務(wù)往往容易出錯(cuò)，且非常繁瑣。

在采用AR技術(shù)之后，AR設(shè)備可以在燃?xì)鈬娮斓闹圃熘携B加虛擬圖像，從而對(duì)噴嘴的數(shù)十個(gè)指標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)量。這項(xiàng)技術(shù)包括一系列傳感器、應(yīng)用軟件以及平板電腦和相機(jī)。操作員得以準(zhǔn)確觀察到需要測(cè)量的位置，平板電腦會(huì)自動(dòng)識(shí)別進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量完成之后，平板電腦顯示區(qū)域附近的紅色將變?yōu)榫G色，同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)將以無(wú)線(xiàn)方式傳送給計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)。如果測(cè)量數(shù)據(jù)不符合要求，則會(huì)通過(guò)平板電腦通知操作員再次測(cè)量。整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，操作員進(jìn)行測(cè)量所需時(shí)間從8小時(shí)壓縮到1小時(shí)，成效顯著。

AR智能頭顯是廣泛應(yīng)用于歐美工業(yè)企業(yè)的可穿戴設(shè)備，其搭載了高清攝像頭、深度傳感器和運(yùn)動(dòng)傳感器等AR組件。德國(guó)蒂森克虜伯公司主要用其檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，以簡(jiǎn)化人工操作。這樣無(wú)需憑空猜測(cè)就能知道設(shè)備具體哪一部分出現(xiàn)故障，并通過(guò)AR技術(shù)將這部分呈現(xiàn)在人的視線(xiàn)范圍之內(nèi)，以判斷是否出現(xiàn)了故障。

除了可以讓產(chǎn)品生產(chǎn)更有效率，AR智能頭顯還能幫助工人繞開(kāi)危機(jī)，保障其健康和安全。美國(guó)洛克希德·馬丁公司的工程師們現(xiàn)在無(wú)需再經(jīng)過(guò)數(shù)年的培訓(xùn)才能組裝F-35戰(zhàn)斗機(jī)。工程師們借助AR智能頭顯，可以在視線(xiàn)范圍內(nèi)看到設(shè)備中電纜、螺栓、部件、零件編號(hào)，以及如何組裝特定組件的詳細(xì)說(shuō)明，這促使操作準(zhǔn)確性提高到了96%，而人工效率則提高了30%。

重塑工業(yè)創(chuàng)新模式

實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的量化工廠(chǎng)，其最大價(jià)值在于“全方位釋放人的創(chuàng)造力”，促使工業(yè)開(kāi)放式創(chuàng)新模式的進(jìn)化，未來(lái)“整合者得天下”。近些年來(lái)，工業(yè)界不斷尋求將機(jī)器人、自動(dòng)化和更多以數(shù)據(jù)為依托的技術(shù)融入生產(chǎn)線(xiàn)中。人機(jī)緊密結(jié)合，分別在系統(tǒng)層面和操作層面使技術(shù)工作更加靈活、更具創(chuàng)造性。

系統(tǒng)層面

過(guò)去，工業(yè)企業(yè)最值錢(qián)的兩樣?xùn)|西，一是圖紙（圖紙解決做什么的問(wèn)題），二是工藝（工藝解決怎么做的問(wèn)題）。如今，圖紙和工藝都在計(jì)算機(jī)和管理系統(tǒng)里，由軟件來(lái)組織和引導(dǎo)控制產(chǎn)品生命周期的整體價(jià)值鏈。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是通過(guò)功能整合創(chuàng)造價(jià)值，從機(jī)械到機(jī)電到自適應(yīng)材料系統(tǒng)。而未來(lái)的量化工廠(chǎng)將通過(guò)CPS創(chuàng)造價(jià)值，包括嵌入式系統(tǒng)、智能傳感器和執(zhí)行器等，能夠進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程對(duì)話(huà)、遠(yuǎn)程控制，形成一個(gè)具有通信能力的自我調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

操作層面

持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)和服務(wù)流程，并不是只在工業(yè)4.0時(shí)代才開(kāi)始推動(dòng)的。量化工廠(chǎng)最關(guān)注的不是機(jī)器換人，而是零部件、機(jī)器和人員之間的互聯(lián)互通性的有效加強(qiáng)。工程師可以運(yùn)用以知識(shí)為基礎(chǔ)的邏輯推理解決復(fù)雜問(wèn)題，與此同時(shí)，可以將繁雜的工作細(xì)節(jié)交給VR/AR、可穿戴傳感器等先進(jìn)技術(shù)的機(jī)器負(fù)責(zé)處理。

工業(yè)企業(yè)將在很大程度上從制造環(huán)節(jié)的繁雜細(xì)節(jié)中解脫出來(lái)，將更多精力集中于“前端整合創(chuàng)新”，即聚焦于產(chǎn)品和客戶(hù)。單獨(dú)談工業(yè)智能、量化工廠(chǎng)或者精益制造，不能有效對(duì)接客戶(hù)，做好產(chǎn)品創(chuàng)新，那都是沒(méi)有實(shí)際意義的。人機(jī)合作，追求智能、量化和精益，最終是要使創(chuàng)新周期縮短、創(chuàng)新更加方便。

工業(yè)創(chuàng)新的主角始終是人，強(qiáng)化智能裝備只是手段，好的手段是為了促使工藝知識(shí)的不斷積累，以及產(chǎn)品本身的創(chuàng)新突破，最終形成整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)化能力，那才是高品質(zhì)的制造，才能打開(kāi)市場(chǎng)并產(chǎn)生高附加值。

在這樣一個(gè)人、機(jī)、物協(xié)同精進(jìn)的過(guò)程中，應(yīng)該像弗雷德里克·泰勒在《科學(xué)管理原理》中所說(shuō)“每個(gè)人都能盡其天賦之所能，以最快的速度、用最高的流動(dòng)生產(chǎn)率從事適合他的等級(jí)最高的工作。”比如，制造精密研削切割設(shè)備的日本迪思科公司在實(shí)施機(jī)器人應(yīng)用后，就讓工人自行尋找工作興趣，他們推出一項(xiàng)新規(guī)：工人可以根據(jù)工作自主選擇自己的強(qiáng)項(xiàng)，以及想從事的項(xiàng)目。

制造端的創(chuàng)新重點(diǎn)是“智能量化”，而產(chǎn)品端的創(chuàng)新重點(diǎn)則是“跨界整合”，這同時(shí)也需要柔性靈動(dòng)的制造環(huán)節(jié)的有效配合。好的技術(shù)并不等同于好的產(chǎn)品、好的市場(chǎng)，技術(shù)具有穩(wěn)定性和直線(xiàn)性，而產(chǎn)品、市場(chǎng)卻具有多變性、曲線(xiàn)性，這更需要人“在智能機(jī)器的有效輔助下充分釋放想象力和創(chuàng)造力”，對(duì)前沿技術(shù)進(jìn)行高價(jià)值的跨界整合。

現(xiàn)今，歐美一流工業(yè)企業(yè)對(duì)工程師和研發(fā)人才的考核重點(diǎn)已不同以往，更加強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)略思維和邏輯，側(cè)重點(diǎn)是資源整合能力和規(guī)則制定能力。正如郭重慶院士所言：“整合者得天下，單打獨(dú)斗式的創(chuàng)新不符合科技發(fā)展的潮流。開(kāi)放型的創(chuàng)新將是制造業(yè)未來(lái)的主要選擇。”

責(zé)任編輯：張通

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周倩 本刊特約撰稿人