从数字到智能，让制造“轻量化”（上）

从用锤击法制造石片石器，到利用自然，开采矿物、冶金，再到局部利用水力和风力形成家庭作坊式的生产，技术的进步令制造业经历了许多阶段性的改变。

18世纪，蒸汽动力机的发明，标志着制造业步入了近代的发展道路；发动机、电动机、内燃机的发明改变了机械的结构，也让单件手工作业的制造方式进化到自动流水线生产，至此，制造业真正步入到了现代。

20世纪，当麻省理工学院试制成功世界上第一台数控铣床，数字制造进入到公众的视线中，计算机、数字化、柔性制造被引入到了现代制造业当中。

随着20世纪80年代全球对人工智能的研究逐渐开展，如何利用人工智能使制造获得更高的灵活度，提高制造效率等议题被越来越多的从业者关注。

值得一提的是，尽管在现代制造业中，数字化制造、智能化制造的概念早在上个世纪就已经被提出，但因为各种技术原因和观念原因，直到现在依旧处于过渡期。

就我国而言，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中指出要推动制造业高端化智能化绿色化，深入实施智能制造；推进产业数字化转型，深化研发设计、生产制造、经营管理、市场服务等环节的数字化应用，培育发展个性定制、柔性制造等新模式，加快产业园区数字化改造。说明依旧处于发展中阶段。

随着技术的不断发展，尽管制造模式得到进化，制造能力、制造工艺得到大幅提高，但不可否认的是制造的整体过程也变的臃肿不堪。

一方面，由于制造能力的提升，企业可接受到的订单量逐渐增多，但各种问题也随之而来，例如物流不通畅、物料供应得不到及时保障、生产计划变得愈发复杂难以排程、库存满载难以抽调、发送等等。另一方面，由于制造要求愈发精细，制造工艺变得越发繁多和专业，这导致对人员的要求也变得愈发苛刻，要么工作内容不断增加变得繁重，要么专业知识不断更新变得难以接受学习、难以创新。

这也就导致制造业企业要么难以找到专业性技术员工支撑产品的生产和迭代创新，要么在生产执行时拉长员工的工作时间以满足生产效率，却形成招工难、人力资源成本臃肿的结果。

在国际范围内，现在已经有很多制造业企业逐渐形成了完备的数字化建设，然而在数字化向智能化转型的过程中依旧存在着不小的“壁垒”。因此，如何选择合适自身企业发展的数字化、智能化转型方式，使得制造真正变得“简洁”、数字化智慧化真正变得“可用”，才是现今企业进行产业转型时应重点考虑的事情。

{“轻量化”制造}

“轻量化”的概念起源于赛车运动，赛车的轻量化，就是要在保证稳定提升性能的基础上，尽可能的节能设计各总成零部件（例如降低汽车的整备质量），从而持续优化车型谱、提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排期污染。

现在，“轻量化”是年轻时代的一个流行概念，提到“轻量化”，大众第一反应是“轻量化办公”。

轻量化办公的具体表现形式分为两种，一种是工作形式上的轻量化，即无纸化、远程化，强调线上的信息沟通效率、精准性、及时性，能满足用户简单操作、复杂应用的需求。另一种是工作设备上的轻量化，即工作不再需要传统意义上的各种办公设备，例如台式机电脑、日历、堆叠的文件，各种设备转换线、硬盘、接口，员工在工作上只需要携带一个轻薄的移动设备和无线的少量配套外设便可以完成一系列繁复的工作内容。

有趣的是，“轻量化办公”的概念也是因为企业数字化转型而产生的。

映射到制造业，所谓的制造业“轻量化”应该包括几个特点：

（1） 生产制造过程“轻量化”，生产执行流畅，即能组建快速的、柔性的生产系统，可对操作行为做出规划、对意外事件做出反应并行为可控。

（2） 数据信息“轻量化”，生产制造产生的数据信息当然不可能减少，但可以让它们在流动性上变得“灵活”，使其在传递过程中不卡顿、不延迟，这样就可以避免信息孤岛。

（3） 设备物资“轻量化”，减少硬件，当制造企业减少自身固定资产和物料储备，便可以节省一大笔制造成本。 

（4） 企业员工“轻量化”，释放员工工作压力，便能提升员工工作效率，帮助并引导学习，便能将员工从“耗材”变为“资源”，使其能灵活适应多种类工作，这样就节约了企业人力成本。

这些特点可能略微抽象，那么以下结合制造业从业人员较为熟悉的“精益制造”概念进行具体举例解释。

精益制造的原型是日本丰田汽车公司创造的丰田生产方式。它强调以“社会需求”为驱动、以“人”为中心、以“简化”为手段，以“技术”为支撑，主张消除一切不产生附加价值的活动和资源，从系统观点出发将企业中所有的功能合理地加以组合，以利用最少的资源、最低的成本向顾客提供高质量的产品和服务，使企业获得最大利润和最佳应变能力。

在延展提出的构建法中，精益制造被描绘为以“精益制造”（LP）为屋顶，以“准时制（JIT）、成组技术（GT）、全面质量管理（TQM）”为廊柱，以“并行工程（CE）和小组工作方式”为地基的建筑画面。

▲ 精益制造的构建法

追溯到最开始，丰田生产方式强调的重点在于成本，只有成本减少，才可以获得利润的增加。以此为基准，丰田关注于“人、库存、生产集群”三要素。

在丰田企业的设想中，企业的生产员工应该是一专多能，当人等料时，该员工参与其他工序，当料等人时，会有其他员工过来帮助生产。这就提到了一个问题，怎样能让一个生产员工快速上手对应工序的操作。那么可以提出以下的解决方案设想。

如果有现成的操作手册并且可以随时在所有操作员工的设备用户端共享读取，那么是否就意味着所有的操作人员都可以对所有工序进行操作了？这样是否就节省了一大部分人员成本？这是其一。

其二，当人员都熟悉了产品生产的所有操作，那么是否就可以随意安排组织多个生产小组，实现柔性制造和多小组同时进行生产的并行制造？这样是否就节省了生产周期，并且将生产时段变为可调节化，可进一步优化生产周期？

其三，当所有制造员工都知晓工艺流程、工序操作，了解产品的参数、配置方法，是否就意味着所有的制造员工都可以进行研究，被引导成为“专家”，甚至会提出产品质量改进、工艺创新方法？

其四，当员工只需要输入工艺流程，其余的制造执行步骤全都交予人工智能和机器人去完成，是否就意味着一位员工就可以管控整条产品生产链？工作压力减小，员工的工作效率是否就意味着提升，人力资源和人员成本问题是否就意味着解决？

▲ 人操控机械装配

▲ 波音飞机装配并行工程、小组工作

同样，在库存上进行考虑，丰田认为，产品的利润来源于“销售价格-成本”，当市场竞争压力大，销售价格无法压缩时，只有减少成本是增加利润的方法。成本中重要的在于“减少库存”，理想的情况是库存为零。于是“准时生产（JIT）”的思想便提出来，即“当我需要的时候，它就会出现，当我不需要时，它便还未产生。”

如何实现它便是库存端的问题。假如企业拥有一套系统，能够实时获取生产端的需求，当生产端想要生产一个零部件或者产品的“念头”产生时，库存端便能知晓并且在很短时间甚至不需要反应就能将物料送给生产端，达到了像大江大河一样“川流不息”的效果，这个“JIT”是否就能形成了？再结合可做到的现实情况进行考虑，当企业做好生产计划，在生产端快要需求，但还没确实需求时，库存端根据生产计划就得知了该需求并将物料送到生产端。

这样上述所说的“不需要反应时间”的情况是否就能得以实现？当然，这又涉及到了很多其他的问题，例如如何能按照计划快速找到对应储存的物料，如何能让库存物料快速从仓库中出来，能否不设置仓库了，做到物料“即产即用”？这些不断地提出的问题便能不断趋近于“0库存”的目标。

总而言之，一切的系统构建方法是为了达到“0库存”的目标，没有存量便不臃肿，便是“轻量”。

▲ JIT的拉动式生产

最后，谈到丰田的生产集群。丰田汽车的总部公司在日本的丰田市，然而，在昭和32年以前，丰田市名为“举母市”，是明治时代因养蚕而兴起的小城，因为20世纪日本丝绸行业的衰退该市陷入经济荒废的巨坑。又因为丰田汽车公司的建立以及丰田带动的产业集群的建立，举母市被建设成为现代的大都市“丰田市”。

值得一提的是，丰田公司只负责汽车的装配工作，大多数的汽车零部件的生产交由围绕丰田总部而产生的二级公司或者三级公司。不需要自行生产零部件便不需要零部件的库存，也不需要专业的制造设备。

依靠着日本独特的人文条件，丰田构建了一套以丰田为中心，其他零配件供应商以二级、三级的形式向外扩展的“年轮”式产业集群架构，并且能做到及时联系，及时供应。这样做的好处便在于减轻了本应由丰田所承担的风险，并且可以进行利益共享形成稳定的合作关系，同时还可以做到“外轮公司”之间的良性竞争，提升产品品质。

然而，这样的方式是丰田独有的，举例来说，我国的地貌辽阔，各个城市都有各个城市的产业规划，很难形成像丰田市这样实体的、完备的、具有高集群性的产业集群，许多供应商和需求方也不能瞬间形成稳固的合作关系。

那么是否可以有一套系统能够紧密的联系上游供应商、中游厂家和下游分销商，形成一个虚拟的“丰田市”，以达到风险分摊、利益共享，让所有人都能减轻负担呢？答案是肯定的。

▲ 丰田公司的供应商

以上从丰田汽车企业所关心的精益生产的三个点假设了数字化、智能化系统在企业“轻量化”上的一些解决办法，当中有的问题还在研究阶段，有的问题已经通过数字化系统解决了，还有些问题距离完全解决还有一段距离。

以上谈到的假设涉及到的数字化系统有MES、APS、WMS、QMS、SRM、CRM、IOT等等。但是，以上的讨论有一点没有涉及到，那就是“信息的‘轻量化’”，即信息的“流动性和灵活性”。为了实现制造型企业的“轻量化”，要使用到以上这些系统，然而系统与系统之间的集成、数据之间的交流转换却并没有那么容易的做到。

此外，考虑到智能化当中涉及到的人工智能技术，系统与系统之间的数据能灵活交流的特性也同样是重中之重。如何实现系统之间的可兼容性也是数字化演变为智能化的过程中急需解决的重要问题。

而这，便不得不提到MOM在其中扮演的角色了……

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