在談到自動化流程時，我們經(jīng)常將它視為智能工廠的特有產(chǎn)物。然而實(shí)際上，制造運(yùn)營活動采用自動化和機(jī)器人技術(shù)已有數(shù)十年之久。許多傳統(tǒng)工廠在多個運(yùn)營環(huán)節(jié)使用了自動化機(jī)器，如條形碼掃描儀、攝像頭和數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備。但是這些設(shè)備沒有實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。由于傳統(tǒng)工廠中的人員、資產(chǎn)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)之間沒有建立連接，企業(yè)必須不斷地手動協(xié)調(diào)和整合這些資源。
而智能數(shù)字工廠將機(jī)器、人員和大數(shù)據(jù)整合到統(tǒng)一的數(shù)字互聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)中。智能工廠不僅能夠管理和分析數(shù)據(jù)，還能從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)。此外，智能工廠還能解讀數(shù)據(jù)集并從中獲取洞察，進(jìn)而預(yù)測趨勢和事件，并推薦和實(shí)施智能制造工作流和自動化流程。智能工廠可以通過持續(xù)優(yōu)化相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)自我校正和優(yōu)化。也就是說，智能工廠能夠自己學(xué)習(xí)并為人類提供指導(dǎo)，從而增強(qiáng)韌性，提高生產(chǎn)力和安全性。
智能工廠的結(jié)構(gòu)
智能工廠的基礎(chǔ)邏輯大致分為三步：
- 數(shù)據(jù)采集：利用人工智能和現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)，管理和獲取分散在企業(yè)內(nèi)部、供應(yīng)鏈和世界各地的有用數(shù)據(jù)集。利用各種傳感器和網(wǎng)關(guān)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 支持互聯(lián)的機(jī)器將數(shù)據(jù)收集到系統(tǒng)中。借由各種其他數(shù)據(jù)門戶，人工智能系統(tǒng)可以整合與績效、市場趨勢、物流或任何其他潛在相關(guān)來源有關(guān)的數(shù)據(jù)集。
- 數(shù)據(jù)分析：機(jī)器學(xué)習(xí)和智能業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用高級分析和現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理解決方案來充分利用收集的所有數(shù)據(jù)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以在機(jī)器需要維修或維護(hù)時發(fā)出警報。這些系統(tǒng)不僅可以整合市場和運(yùn)營數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)機(jī)遇和風(fēng)險，還能持續(xù)研究工作流的效率，從而優(yōu)化績效，并實(shí)施必要的自動校正。事實(shí)上，通過比較和分析數(shù)據(jù)集，系統(tǒng)可以構(gòu)建無限的組合，為數(shù)字工廠優(yōu)化和供應(yīng)鏈預(yù)測提供有力支持。
- 智能工廠自動化：一旦數(shù)據(jù)采集和分析工作完成，系統(tǒng)就會建立起相關(guān)的工作流，并將工作說明下發(fā)給系統(tǒng)中的機(jī)器和設(shè)備。這些設(shè)備可能位于工廠內(nèi)部，也可能位于供應(yīng)鏈中的物流或制造環(huán)節(jié)。智能工廠會不斷地監(jiān)控并優(yōu)化智能工作流和流程。如果新聞報道提醒某產(chǎn)品的需求將激增，系統(tǒng)就可以指示 3D 打印機(jī)工作流提高該產(chǎn)品的生產(chǎn)優(yōu)先級。如果原材料裝運(yùn)延遲，則可以利用庫存緩沖來避免任何形式的供應(yīng)中斷。
智能工廠的優(yōu)勢
很多企業(yè)數(shù)十年來基本沒有更新過供應(yīng)鏈運(yùn)營實(shí)踐和系統(tǒng)。但是，隨著消費(fèi)者期望和經(jīng)濟(jì)不確定性達(dá)到前所未有的高度，供應(yīng)鏈管理人員需要采用能夠快速帶來巨大收益的解決方案。根據(jù)《福布斯》雜志報道，2017 年，僅 43% 的制造商在實(shí)施智能工廠計劃。到 2019 年，這一比例達(dá)到 68%。通過投資數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能工廠解決方案，企業(yè)有望獲得巨大的業(yè)務(wù)收益，包括：
- 提高生產(chǎn)力和效率：長久以來，制造業(yè)一直是被動做出響應(yīng)，也就是反思已發(fā)生的事件或趨勢，嘗試在事后調(diào)整企業(yè)的發(fā)展方向。智能工廠技術(shù)旨在減少被動響應(yīng)情況，提高供應(yīng)鏈管理的韌性和響應(yīng)能力。借助預(yù)測分析和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，企業(yè)可以確定和實(shí)施經(jīng)過優(yōu)化的流程。智能工廠帶來的效率升級體現(xiàn)在諸多方面，包括及時管理庫存、準(zhǔn)確預(yù)測需求，以及加快產(chǎn)品上市等等。在數(shù)字化洞察的加持下，智能工廠的員工能夠更輕松地完成工作，最終提高企業(yè)的整體運(yùn)營效率。德勤 2019 年的智能工廠研究報告顯示，”投資智能工廠計劃后，企業(yè)的制造產(chǎn)出、工廠利用率和勞動生產(chǎn)率等最高增長了 12%。到 2030 年，相比傳統(tǒng)工廠，擁有智能工廠的制造商的凈勞動生產(chǎn)率將高出 30%。”
- 可持續(xù)性和安全性：消費(fèi)者越來越愿意多花一點(diǎn)錢，購買那些尋源和制造方式對社會和環(huán)境友好的產(chǎn)品?，F(xiàn)代智能工廠技術(shù)讓企業(yè)能夠更輕松地發(fā)現(xiàn)并把握機(jī)會，采用更加綠色、安全和對社會負(fù)責(zé)的制造實(shí)踐。智能工廠管理人員可以使用區(qū)塊鏈和 RFID 傳感器等數(shù)字化創(chuàng)新技術(shù)，確保所有物料的來源和品控?zé)o爭議，即使是來自供應(yīng)鏈最遠(yuǎn)端的物料也不例外。值得注意的是，國際自動化學(xué)會 (International Society of Automation) 稱，機(jī)器人和自動化設(shè)備能夠幫助減少或消除 3/5 的主要工傷事故隱患。
- 產(chǎn)品質(zhì)量和客戶體驗(yàn)：正如孩子們的電話游戲一樣，傳統(tǒng)制造商往往難以確保他們的指令會被供應(yīng)鏈中的下級供應(yīng)商和制造商準(zhǔn)確接收并執(zhí)行。而在智能工廠中，云連接和端到端可視性能為制造流程的所有層級提供實(shí)時的洞察和建議。憑借快速定制和響應(yīng)趨勢變化的能力，企業(yè)能夠確保產(chǎn)品緊跟客戶需求的發(fā)展步伐。通過對系統(tǒng)數(shù)據(jù)執(zhí)行高級分析，他們還能快速發(fā)現(xiàn)薄弱之處或待完善的領(lǐng)域。如此一來，企業(yè)就可以提高市場競爭力，獲得更積極的產(chǎn)品評價，并減少費(fèi)時費(fèi)力的退貨或產(chǎn)品召回情況。
智能工廠技術(shù)
智能工廠技術(shù)非常靈活。隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型計劃的加速推進(jìn)，企業(yè)將有無限的機(jī)會來根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展、修改和調(diào)整。
- 云連接：無論是公有云、私有云還是混合云，云都是所有數(shù)據(jù)和信息在智能工廠中的流通渠道。通過在整個企業(yè)和全球范圍內(nèi)建立云連接，企業(yè)能夠確保各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域均采用實(shí)時數(shù)據(jù)，并且及時了解供應(yīng)鏈內(nèi)的所有互聯(lián)資產(chǎn)和系統(tǒng)。
- 人工智能：采用集成式人工智能技術(shù)的運(yùn)營系統(tǒng)具有快速、靈活、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，不僅能夠收集和分析不同的數(shù)據(jù)集，還能提供實(shí)時洞察和響應(yīng)式建議。智能工廠中的自動化流程和智能系統(tǒng)可以利用人工智能技術(shù)，不斷優(yōu)化和學(xué)習(xí)。
- 機(jī)器學(xué)習(xí)：機(jī)器學(xué)習(xí)對智能工廠的重要貢獻(xiàn)之一就是實(shí)現(xiàn)高級預(yù)測性維護(hù)。通過監(jiān)控和分析制造流程，高級預(yù)測性維護(hù)功能可以在系統(tǒng)發(fā)生故障之前發(fā)送警報，然后，基于當(dāng)時的情形執(zhí)行自動維護(hù)，或在必要時建議人工干預(yù)。
- 大數(shù)據(jù)：企業(yè)可以基于海量數(shù)據(jù)集，在智能工廠內(nèi)執(zhí)行預(yù)測分析和高級分析。企業(yè)早已懂得大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略價值，但直到最近，他們大多依舊缺乏必要的系統(tǒng)來有效利用大數(shù)據(jù)。得益于供應(yīng)鏈和智能工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，企業(yè)迎來了巨大的機(jī)遇，能夠利用大數(shù)據(jù)洞察實(shí)現(xiàn)優(yōu)化和創(chuàng)新。
- 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)：在智能工廠中，如果設(shè)備和機(jī)器配有唯一的標(biāo)識符，并且能夠發(fā)送和接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，那么這些機(jī)器和設(shè)備就會構(gòu)成一張工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)代化機(jī)械可能已經(jīng)擁有數(shù)字門戶，但即使是有幾十年歷史的模擬機(jī)器也可以通過安裝工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，跟上時代發(fā)展步伐。事實(shí)上，來自設(shè)備的數(shù)據(jù)能夠反映設(shè)備的狀態(tài)和活動，而發(fā)向設(shè)備的數(shù)據(jù)則能夠用于管控和自動操作設(shè)備與工作流。
- 數(shù)字孿生：機(jī)器或系統(tǒng)的精確虛擬副本被稱為數(shù)字孿生。數(shù)字孿生能夠以盡可能低的運(yùn)營風(fēng)險，幫助企業(yè)充分發(fā)揮創(chuàng)新潛力和創(chuàng)造力。數(shù)字孿生可以設(shè)置到極限狀態(tài)，通過多種虛擬方式進(jìn)行重新配置，或用于測試其在現(xiàn)有系統(tǒng)中的兼容性，而不會在現(xiàn)實(shí)世界中引發(fā)風(fēng)險或造成資源浪費(fèi)。
- 增材打?。?/strong>增材打印也稱為 3D 打印，支持智能工廠利用智能自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)按需制造。這項(xiàng)技術(shù)尤其適用于應(yīng)對突如其來的供應(yīng)鏈中斷或突發(fā)性產(chǎn)品需求。但即使在平時，虛擬庫存也可以支持準(zhǔn)時制 (Just in Time) 生產(chǎn)方式，從而大大降低風(fēng)險和減少浪費(fèi)。
- 虛擬現(xiàn)實(shí) (VR) 和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)：2019 年，Assembly Magazine 將智能工廠中應(yīng)用的一些 VR 可穿戴設(shè)備描述為“能夠基于情境，將環(huán)境條件、庫存水平、流程狀態(tài)、裝配錯誤數(shù)據(jù)、利用率和產(chǎn)量指標(biāo)結(jié)合在一起”。這種沉浸式的感官體驗(yàn)讓用戶能夠使用來自任何位置或時間點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)來增強(qiáng)他們的自然感官，輕松了解工廠狀態(tài)。
- 區(qū)塊鏈：幸運(yùn)的是，隨著智能工廠技術(shù)的進(jìn)步，安全解決方案也齊頭并進(jìn)。區(qū)塊鏈在供應(yīng)鏈中的應(yīng)用很廣泛。從創(chuàng)建與供應(yīng)商之間的“智能合同”，到追蹤貨物來源和運(yùn)營整個供應(yīng)鏈，區(qū)塊鏈的身影無處不在。在智能工廠中，區(qū)塊鏈對于管理企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)資產(chǎn)和機(jī)器的訪問權(quán)限尤其有用，能夠保護(hù)系統(tǒng)的安全性以及這些設(shè)備所保存的記錄的準(zhǔn)確性。
- 現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫：內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)代 ERP 系統(tǒng)是工業(yè) 4.0 以及所有智能工廠和智慧供應(yīng)鏈解決方案的“大腦”。而傳統(tǒng)磁盤數(shù)據(jù)庫只有突破性能極限，才能勉強(qiáng)支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理和分析功能，滿足智能工廠和現(xiàn)代供應(yīng)鏈的運(yùn)營需求。
實(shí)現(xiàn)智能工廠轉(zhuǎn)型
2020 年，世界各地的企業(yè)都面臨巨大的業(yè)務(wù)中斷和運(yùn)營風(fēng)險。早在 2019 年新冠疫情爆發(fā)之前，德勤對 600 多名制造業(yè)高管開展了一項(xiàng)調(diào)查，結(jié)果顯示，86% 的受訪者認(rèn)為，未來五年，“智能工廠計劃將成為制造業(yè)競爭力的主要驅(qū)動因素”。如今，對于立志創(chuàng)新和提高競爭力的企業(yè)來說，數(shù)字化轉(zhuǎn)型和供應(yīng)鏈革新已經(jīng)不再是長期目標(biāo)，而是當(dāng)務(wù)之急。
開啟智能工廠轉(zhuǎn)型的方法取決于企業(yè)的業(yè)務(wù)現(xiàn)狀和最重要的業(yè)務(wù)流程。初始系統(tǒng)審計將幫助企業(yè)分析和盤點(diǎn)現(xiàn)有流程、資產(chǎn)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在著手實(shí)現(xiàn)工作流和制造流程自動化之前，你需要先評估這些流程當(dāng)前的情況。
在開啟數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅時，你還須謹(jǐn)記，智能工廠中的“智能”源于其高級數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理能力?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)庫和強(qiáng)大的 ERP 系統(tǒng)是智能工廠的“大腦”，能為驅(qū)動系統(tǒng)的高級功能提供支持。要想成功實(shí)現(xiàn)智能工廠轉(zhuǎn)型，有一點(diǎn)很關(guān)鍵，那就是現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)必須能夠有效管理大數(shù)據(jù)，并集成人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和高級分析等技術(shù)。
最后，智能工廠轉(zhuǎn)型的一大魅力在于，無需一步到位，也不需要中斷或暫?，F(xiàn)有的業(yè)務(wù)活動。企業(yè)為了革新和優(yōu)化數(shù)字化系統(tǒng)而開展的每項(xiàng)計劃，都會讓他們離完全集成的智能工廠更近一步。而且，智能工廠技術(shù)的本質(zhì)是收集和分析數(shù)據(jù)。這意味著，從安裝階段開始，企業(yè)就可以衡量和評估新數(shù)字技術(shù)的影響和投資回報率。
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