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          以人為本,構建智能制造新體系

          發布時間:2020-12-21     來源:北京蘭光創新科技有限公司
          摘要:智能制造是制造業轉型升級的主攻方向,當前我國越來越多的企業在積極推進智能制造戰略。但在這個過程中,不少企業僅從技術視角,將重點放到了機器人、自動化產線、工業軟件等具體技術上,而容易忽略人在其中的價值與作用,進而造成投資大、回報低、效果不理想等現象。本文從東方文化與哲學視角,以人為原點和焦點,提出了基于六階模型的智能制造新體系,以期為制造企業推進智能制造提供參考。

          一、前言

          當前,越來越多的企業將智能制造定為企業發展戰略方向,但很多企業過多地聚焦在人工智能、數字孿生、機器人、自動化產線、MES制造執行系統等智能制造具體的使能技術上,甚至提出了“機器換人”、“無人工廠”等口號,這種做法可能與智能制造的初衷背道而馳。如果將“機器換人”、“無人工廠”等當成轉型方法論,則忽略了智能制造系統中人這個主體,容易使得智能制造陷入表面化、工具化。

          美國西北大學Jonathan R.Copulsky教授在《技術謬論:人是數字化轉型的真正關鍵》一書中寫道:“許多企業的領導人錯誤地認為,數字化技術才是商業出現巨變的原因,于是他們堅信在企業內推行數字化技術是最佳解決方案。實際上,文化、組織、戰略、領導力和人才等因素遠比技術更為重要。如果企業的組織形態過時了,尖端技術的推行幾乎不可能帶領他們達成所愿。”

          因此,智能制造絕對不僅僅局限于新技術的應用,而是一個系統工程,是轉思想、轉戰略、轉戰術、轉手段以及企業文化的重塑。歸根到底一句話,智能制造系統的核心不是技術本身,而應該是人。

          二、人是智能制造系統的核心

          實際上,重視并強調人在智能制造系統中價值的觀點在很多國家智能制造戰略中得到了一定的體現,只不過還沒引起我們的足夠重視。

          2.1 德國:工業4.0重視人的價值

          2013年,德國在推出工業4.0戰略時,在制訂的落地八項行動中,有六項行動與人有關。第一條是標準化和參考架構,這是純技術問題,是解決眾多企業如何通過標準化定義與靈活架構而進行高效集成的問題;第三條為工業建立全面寬帶的基礎設施,是IT基礎的問題。除此之外,其他六條都是與人相關的,比如第二條管理復雜系統,是擔心和解決眾多文化水平不高、歲數偏大的員工如何適應和掌握復雜系統的問題,這是制造業很現實的問題;第四條是安全和保障,這里面除了設備安全、系統安全以外,人身安全是首要的;第五條是工作的組織和設計,通過組織架構、工作優化、流程管理等讓員工更高效地工作;第六條是培訓和持續的職業發展,以員工為中心,通過培訓、培養助力員工的職業發展;第七條是規章制度,是指企業如何建設與工業4.0相匹配的規章制度;最后一條,是資源利用效率,是包括人力資源、物質資源等在內一切資源的高效、綠色、健康地利用。從中可以看出,工業4.0并不是全都聚焦在新技術,德國對人的價值非常重視。

          2.2 歐盟:“未來工廠” 強調以人為中心

          2009年開始啟動的“未來工廠”計劃,是歐盟在制造業領域投資最大、影響力最深遠的一個獨立研發計劃,匯集了英、德、法、意、西、瑞典等國上千家知名工業企業、研究機構和協會,代表了歐盟眾多國家及社會組織的當前觀點與發展思路。“未來工廠”強調通過自動化、數字化、工藝改善等多方位舉措,著眼于智能制造中的勞動力,建立人在生產和工廠中的全新定位,構建以人為中心的制造,并實現企業與員工、顧客、合作伙伴、社會及環境的友好。

          圖1 歐盟“未來工廠”戰略計劃


          2.3 美國:人是GE工業互聯網的三要素之一

          2012年,美國GE公司提出了工業互聯網的概念,“希望通過生產設備與IT相融合,目標是通過高性能設備、低成本傳感器、互聯網、大數據收集及分析技術等的組合,大幅提高現有產業的效率并創造新產業。”并進一步將工業互聯網分解為三要素:智能機器、高級分析、工作人員。由此可見,即便是秉承技術導向的美國公司,也強調通過人在回路,實現人機協同,人是工業互聯網的三要素之一。相反,如果過度強調技術而忽視人的價值,難免會付出代價的。被稱為“硅谷鋼鐵俠”的埃隆·馬斯克,曾將特斯拉位于加州的工廠幾乎全部自動化,但由于過度自動化導致Model 3車型無法快速量產,企業陷入困局。經過反思,2018年4月,馬斯克發布推特稱:“特斯拉工廠的過度自動化是個錯誤。確切地說,是我的錯誤。人的價值被低估了。”

          2.4 日本:人是 “工業價值鏈參考架構”的起點

          2016年12月,日本工業價值鏈促進會參考德國工業4.0及美國工業互聯網聯盟的參考架構,推出了頗具日本特色的智能工廠基本架構——《工業價值鏈參考架構》,代表了日本推進智能制造的發展思路。在該參考架構中,日本將人作為了智能制造的起點。

          日本豐田汽車社長豐田章男在一次講話中,也強調“自働化和準時制是TPS(豐田生產方式,筆者注)的支柱。兩者的共同點是人是中心。自動化發展得越快,使用自動化的人的能力受到的考驗就越大。除非人類也改進,否則機器無法改進。培養技能能與機器媲美、感覺能力超過傳感器的人才,是豐田戰略的一個基本組成部分。”可以看出,重視與強調人的價值,是日本推進智能制造的一大特色。

          2.5 中國:以人為中心的智能制造思想

          在制造強國建設戰略規劃文件中,中國明確提出:“人才為本。堅持把人才作為建設制造強國的根本,建立健全科學合理的選人、用人、育人機制,加快培養制造業發展急需的專業技術人才、經營管理人才、技能人才。營造大眾創業、萬眾創新的氛圍,建設一支素質優良、結構合理的制造業人才隊伍,走人才引領的發展道路。”

          在2015年,針對制造企業重硬輕軟,重外在輕內在等情況,特別是針對“機器換人”等口號,蘭光創新從企業視角提出了“人機網三元戰略”,呼吁強調和重視人的價值,以人為本,打造人與賽博、物理虛實兩世界的融合、迭代發展,構建以賽博智能為目的的人機網三元系統,而不僅僅是關注自動化或者信息化等純技術手段的建設;并以人為主線,從人的視度歸納出四次工業革命的四個階段不同變化,分別為人才匯聚、人才管理、人性激發與人才釋放,這一觀點被中國社會科學院的專家引用并發表在《改革與戰略》雜志上。

          2016年,在《三體智能革命》一書中,作者以東方文化視角,在業界率先提出三體智能模型,即物理實體、意識人體、數字虛體,三體交匯,衍生出智能的三小循環與兩大循環的進化路徑,突破西方CPS賽博物理二元系統的局限性,強調與突出了人的價值,該理論在業界引起了較大反響。

          圖2 三體智能模型

          2017年,中國工程院相關學者提出“HCPS三元系統”,指出“制造業從傳統制造向新一代智能制造發展的過程,是從原來的‘人—物理”二元系統(HPS)向新一代’人-信息-物理”三元系統(HCPS)進化的過程,新一代人-信息-物理系統掲示了智能制造發展的基本原理,能夠有效指導新一代智能制造的理論研究和工程實踐。”HCPS理論從科學技術角度,對人、信息系統、物理系統三者之間的邏輯關系進行了深入的闡述,形成了具有中國特色的智能制造理論體系。

          此外,在2016年至2017年,德勤公司對來自140個國家的超過1萬多名企業管理者進行了調查,發現超過80%以上的高管把人才獲取、員工培養培訓、未來組織構建,作為了企業最重要的三個關注點,只有不到四成的高管把機器人、認知技術、人工智能等新技術應用認為是重要或非常重要的事情。

          綜上所述,在推進智能制造進程中,我們不能僅僅關注看得見的自動化與看不見的信息化,更要基于企業“人機網三元戰略”、“三體智能模型”、“HCPS三元系統”等東方視角與理論體系,借鑒德國工業4.0、歐盟未來工廠及日本工業價值鏈等相關理念,基于我國國情,加快推動從以技術為中心向 “以人為中心”的轉變,進而構建以人為本的智能制造新體系。

          三、以人為中心,基于六階模型構建智能制造新體系

          3.1 智能制造六階模型

          部分專家學者將智能制造定義為“自感知、自決策、自執行、自學習、自適應”等理想化的技術及其應用,但這種超現實的理念容易導致制造企業透支財力去追求所謂高大上的技術,而造成投入很大、應用效果不明顯的結果。

          近年來,一些專家學者開始明確使用Smart Manufacturing來描述智能制造,Smart字面上并不是智能的意思,而是聰明的意思。聰明就是耳聰目明,就是耳朵靈敏、眼睛明亮、大腦能思考、嘴巴能說話、四肢能執行。Smart Manufacturing就是通過自動化、數字化、網絡化、智能化等技術手段,在人口老齡化、競爭白熱化等嚴峻的現實情況下,通過企業內部、企業間、社會化的深度協作,實現高效、高質、快速響應市場的生產和服務模式。

          那么如何走向 Smart Manufacturing?首先是通過數字化、網絡化、智能化等技術手段解決耳不聰、目不明、腦不智、肢不靈等問題,然后是拓展人的能力,使人耳更聰、目更明、腦更智、肢更靈,并通過組織間的深度協作,實現企業社會化的合作。

          基于以上思想,作者改變“機器換人”等傳統的技術視角,以人為中心,從技術助人的視角,提出了智能制造六階模型。通過自動化、數字化、網絡化、智能化等技術手段,逐步實現以下目標:

          1)解放人的體力、腦力;

          2)賦能人的感知、決策與執行能力;

          3)實現組織內人與人的信息共享與過程協同;

          4)充分激活人的主動性,促進人的創新活力;

          5)組織間深度合作,打造社會化生態;

          6)基于綠色研發與生產,打造環境友好的制造與服務模式。

          圖3 以人為本的智能制造六階模型

          3.2 六階模型的內涵

          1) 解放

          “機器換人”雖然有解放人的意思,但不夠準確。機器和人沒有對立關系,人不是多余的,智能制造不應該是以減人為目的,準確地說應該是機器助人。通過機器,將體力勞動者從重復、機械、繁重、有毒、有害等環境中解放出來,將腦力勞動者從重復、低效等低端腦力勞動中解放出來,讓人更輕松、高效、愉悅地從事更高價值的勞動。

          換個視角和思路,以利他之心對待員工,將是推進智能制造的一大動力,否則就可能出現種種意見分歧甚至是阻力,會極大影響智能制造的順利推進。

          2) 賦能

          前文說Smart Manufacturing就是走向耳聰目明,走向研發、生產、運營等系統的更敏捷、更高效,基于這個思想,可以通過數字化、網絡化、智能化等技術手段給人賦能,解決耳不聰(設備、崗位、部門、企業與外界信息交流的孤島化)、目不明(對生產狀態的感知不及時、不精確)、腦不智(決策不科學)、肢不靈(設備等執行機構不受控、不精準)等問題,助力企業走向智能化生產模式。

          比如物聯網實現設備的網絡化生產,通過機器視覺實現質量檢測的更精準更高效,通過VR/AR等技術使觀察設備或產品更逼真更方便,通過預測性維護可以預知設備健康狀況,通過高級排產從上百萬種方案中選出最優解等等。

          3) 協同

          三國時期孫權曾說“能用眾力,則無敵于天下矣;能用眾智,則無畏于圣人矣。”企業是一個組織,一定在發揮每個人的價值基礎上,實現集眾力、匯眾智,發揮出組織的效率。

          基于數字化、網絡化等技術,以信息流驅動業務流,形成信息共享、過程協同,包括實現人與人協同,人與機協同,機與機協同,組織與組織的協同等,從而實現整個組織的高效運轉。比如通過自動化產線、設備物聯網實現機與機的協同,通過ERP企業資源計劃系統實現企業運營的協同,通過PLM產品生命周期管理系統實現產品研發的協同,通過MES制造執行系統實現生產管理的協同等等。

          4) 創新

          人與機器最大的不同就是富有創新力,將人們從重復低級的勞動中解放出來,可以從事更多更富有創意的活動。

          通過數字孿生、物聯網、人工智能等技術賦能,可以更高效地進行技術創新與管理創新。比如通過數字化、網絡化、智能化等新技術衍生出智能化生產、網絡化協同、個性化定制、服務化延伸等創新研發、生產、管理與服務模式。

          5) 生態

          未來,企業競爭力不局限于企業內部效率的提升,在很大程度上取決于生態的競爭。除了企業做好內部智能化升級改造以外,還需要與價值鏈上的合作方深度合作,通過企業與供應鏈、消費者等利益攸關方實現物流、資金流和信息流的“三流”整合,推進生態化乃至社會化的合作模式。

          比如通過工業互聯網平臺等新技術構建新生態,實現社會化的泛在連接、深度協作、高效配置、彈性供給,提升企業競爭力,提高社會資產的運轉效率。

          6) 環境

          “綠水青山就是金山銀山”。企業不能只顧自身發展而影響社會和環境,一定要堅持綠色生產、可持續性發展,利用先進技術與管理,盡最大程度地降低物質浪費和避免環境污染,走生態優先、綠色發展之路,向綠色轉型要出路、向生態產業要動力,實現人與社會、環境和諧、健康的發展。

          比如通過數字孿生、人工智能、3D打印、預測性維護等新技術,實現智能研發、智能生產、智能管理、智能服務等,減少試制次數、降低廢品率、減少能耗與物資浪費等,實現低碳、綠色、人與環境友好的研發、生產與服務。

          3.3 六階模型的環形表達與實踐

          圖4 六階模型的環形表達

          圖3是以階梯漸進的形式表達了智能制造模型,我們也可以以環形的形式對該模型進行表達,從圖4中可以更明顯地看到,這是一個以人為本、動態演進的體系。演進范圍是由小到大,從外在到內在,從體力到腦力,從減壓到賦能,從初級到高級,從個體到組織,從企業到社會,再到環境逐漸發展的過程,與“人法地,地法天,天法道,道法自然”的東方哲學思想也高度吻合。

          作為成立18年的工業軟件公司,蘭光創新不僅僅提出了這些理論體系,在軟件研發與項目實施中也是充分遵循這些理念,以設備聯網、MES制造執行系統等軟件為載體,以人為本,站在利他、助人的角度將軟件盡可能設計得人機友好、高效實用,還通過數字化、網絡化、智能化等技術手段,基于信息流驅動業務流實現協同準備、智能決策等方式,將人員從重復、低級、易出錯等環境中解決出來,充分發揮人的創造力,提升企業的競爭力。這些軟件系統已經在航空航天等數百家企業中得到成功應用,很好地助推了這些企業的智能化轉型升級。2016年2月,李克強總理在視察蘭光創新的典型用戶——寧夏共享集團時,對該企業智能制造的建設給予高度評價,將該企業比喻為“傻大黑粗”轉型升級成為了“窈窕淑女”,稱贊該企業“展示了‘中國制造2025+互聯網’的融合,是新舊動能轉換的生動體現。”

          四、結語

          智能制造是一項長期的系統工程,核心主體不是機器而是人,構建智能制造系統不是要換掉人,而是要幫助人。少人化是外在表現,但不是最終目的。在推進智能制造發展過程中,遠非購置設備那么簡單,一定要結合先進技術理念,敢于做到文化自信、道路自信,勇于探索中國制造業智能化轉型之路。首先要突出東方文化,增加人文因素,做到以人為本,體現利他之心,站在幫助員工、幫助合作伙伴乃至有利于社會與環境的角度考慮問題,然后充分利用自動化、數字化、網絡化、智能化等技術手段,解放人的體力與腦力,賦能與拓展人的能力,發揮協同的優勢,促進人與企業的創新,打造緊密型的社會化合作生態,最終實現環境友好的綠色生產,構建富有競爭力和可持續性的商業模式,這才是發展智能制造的初心與最終目標。

          如果僅僅停留在“機器換人”視角、停留在人工智能等純技術環節,而沒有幫助、激發人這個企業中最具價值的主體,智能制造很可能就本末倒置了,很難取得理想的實施效果。

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