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美國(guó)數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新院(DMDII)，最近給出的“數(shù)字設(shè)計(jì)與制造”的進(jìn)化時(shí)間。文中認(rèn)為技術(shù)進(jìn)化有三個(gè)代級(jí)：自動(dòng)化和數(shù)字戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)化和集成、智能系統(tǒng)。而在這三個(gè)階段之前，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化和電氣化的傳統(tǒng)階段。
圖1：工業(yè)發(fā)展階段的分類(lèi)
美國(guó)數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新院，對(duì)這三個(gè)階段的認(rèn)識(shí)是，數(shù)字化屬于過(guò)渡階段，網(wǎng)絡(luò)化屬于轉(zhuǎn)型階段，而智能化則屬于崛起階段。
盡管三個(gè)階段中，智能化的事情，基本是留在2020年以后了。但從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，它與中國(guó)智能制造當(dāng)前主流語(yǔ)境中所劃分的三個(gè)階段：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，基本吻合。
這三個(gè)階段的時(shí)間劃分，仍然可以有商榷的余地，那取決于以何為標(biāo)準(zhǔn)了。但看起來(lái)，大的階段是有共識(shí)的。
這是國(guó)外近年來(lái)非常明確的一次提法，尤其提出機(jī)構(gòu)是美國(guó)數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新院(DMDII)，它繼承和代表了美國(guó)軍方的技術(shù)發(fā)展和數(shù)字化制造的多年結(jié)晶。因此，這個(gè)說(shuō)法是非常值得采信的美國(guó)主流語(yǔ)境。
數(shù)字化起步
利用計(jì)算機(jī)來(lái)改造企業(yè)的生產(chǎn)裝備，實(shí)際上比管理信息系統(tǒng)起步還要早。1952年商用電子計(jì)算機(jī)發(fā)明的第二年，美國(guó)就有一家公司設(shè)計(jì)了一套數(shù)控裝置，開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)三坐標(biāo)數(shù)控銑床。盡管這個(gè)銑床體積很大，造價(jià)也很高，但是這開(kāi)辟了一個(gè)數(shù)字控制的新時(shí)代。到了1958年，美國(guó)研究出第一臺(tái)加工中心。這意味著，計(jì)算機(jī)改變制造業(yè)的時(shí)代，已經(jīng)正式拉開(kāi)帷幕。
早在70年代，就可以看到數(shù)字化對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的改造，特別是在1974年，第五代使用微處理芯片和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置研制成功以后，從裝備的角度來(lái)看這個(gè)發(fā)展非常快，拿數(shù)控機(jī)床來(lái)講，從一軸到三軸到五軸到七軸。這個(gè)是對(duì)工業(yè)化產(chǎn)生了革命性的影響。還有計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，從輔助制圖CAD、到計(jì)算機(jī)輔助工程仿真CAE、到計(jì)算機(jī)輔助制造CAM等，都對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
后來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了全三維數(shù)字化和數(shù)字仿真，這是工業(yè)數(shù)字化向高端方向開(kāi)始發(fā)展。從開(kāi)始接訂單，一直到最后產(chǎn)品交付這個(gè)全流程上，全部是靠計(jì)算機(jī)軟件控制和支撐。
網(wǎng)絡(luò)化崛起
上個(gè)世紀(jì)90年代初互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始在全球普及，企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化隨之也發(fā)展非常快。在互聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有起步之前，基本上所有的企業(yè)都采用客戶(hù)服務(wù)器C/S的架構(gòu)，但客戶(hù)服務(wù)器只能解決本地的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題。互聯(lián)網(wǎng)興起之后，異地可以聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)很快也開(kāi)始走向網(wǎng)絡(luò)化。
網(wǎng)絡(luò)化給制造業(yè)帶來(lái)重大的技術(shù)突破，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。
一個(gè)就是關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在虛擬設(shè)計(jì)與制造的環(huán)境下，可以支持成百上千個(gè)在線(xiàn)用戶(hù)進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)，使得一個(gè)系統(tǒng)或者一臺(tái)裝備的總體、子系統(tǒng)之間的三維設(shè)計(jì)結(jié)果相互關(guān)聯(lián)。這對(duì)于制造能力的提升，開(kāi)辟了巨大的想象空間，這個(gè)對(duì)企業(yè)來(lái)講是一個(gè)全新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
其次，網(wǎng)絡(luò)化帶來(lái)的不僅僅是大家交換信息，而且可以帶來(lái)工程人員的協(xié)同。一些大的企業(yè)如波音公司，率先建立了自己非常強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同平臺(tái)。2000年9月以波音、洛克希德?馬丁、雷神、BAE及R&R為代表的美英國(guó)防航空巨頭，在就發(fā)起組建了大名鼎鼎的Exostar，探索國(guó)防航空行業(yè)的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。目前通過(guò)Exostar進(jìn)行供應(yīng)鏈管理和協(xié)同的有六大主制造商，包括16，000個(gè)不同規(guī)模的專(zhuān)業(yè)供應(yīng)商。
其三就是全三維標(biāo)注技術(shù)，任何一個(gè)產(chǎn)品只要把三維的圖做出來(lái)，零部件的圖紙自然而然可以被分解。這可以使得企業(yè)形成單一數(shù)據(jù)源的管理。美國(guó)國(guó)防部和航空航天近幾年非常重視的數(shù)字主線(xiàn)(Digital Thread)，也正是這樣一種技術(shù)的發(fā)展和延伸。
智能化發(fā)展
企業(yè)智能化的發(fā)展，可以回溯到上個(gè)世紀(jì)六十年代開(kāi)始。通過(guò)圖2的制造業(yè)智能化發(fā)展，可以看到制造業(yè)如何從數(shù)字化走到網(wǎng)絡(luò)化，再走到智能化。
圖2：制造業(yè)智能化的發(fā)展史
可以看到制造業(yè)的智能化，實(shí)際上跟數(shù)字化基本上是同步的，不過(guò)在早期，只是單機(jī)、單個(gè)裝備而已。像CAE這種非常復(fù)雜的軟件，需要把計(jì)算、工程知識(shí)和人類(lèi)的經(jīng)驗(yàn)，都融合在里面。因此，工業(yè)軟件并不簡(jiǎn)單是軟件，而是一門(mén)非常精神的工業(yè)學(xué)科和行業(yè)學(xué)問(wèn)。就智能化而言，說(shuō)從數(shù)據(jù)處理的角度來(lái)看，早期業(yè)務(wù)智能(Business Intelligence)也是很重要的一個(gè)發(fā)展。
智能化實(shí)際上是依托于計(jì)算科學(xué)。美國(guó)國(guó)家總統(tǒng)信息技術(shù)委員會(huì)在2005年專(zhuān)門(mén)就“計(jì)算科學(xué)的意義”給時(shí)任總統(tǒng)小布什寫(xiě)過(guò)一個(gè)報(bào)告，其中講到，計(jì)算科學(xué)是由三個(gè)不同的元素組成的：計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)、建模與模擬軟件和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施，這三點(diǎn)缺一不可。
現(xiàn)在的智能化，實(shí)際上是包含四個(gè)基本的要素：模型、算法、軟件和數(shù)據(jù)。發(fā)展真正的智能化系統(tǒng)，一定要包含這四個(gè)方面。
最基礎(chǔ)的階段
但這三個(gè)階段，都有一個(gè)非常重要的基礎(chǔ)，就是標(biāo)準(zhǔn)化階段——看上去國(guó)人，對(duì)這個(gè)階段，忽略的比較厲害。工業(yè)化一開(kāi)始，就是與標(biāo)準(zhǔn)化共生的。標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)持續(xù)不斷、貫穿時(shí)代的命題，盡管不同階段的內(nèi)涵和特征，會(huì)有所不同。自工業(yè)化開(kāi)始，標(biāo)準(zhǔn)化就是一個(gè)永恒的主題。而由于歷史發(fā)展原因，標(biāo)準(zhǔn)化一直就沒(méi)有深入落根到中國(guó)工業(yè)中去，這也是造成當(dāng)前中國(guó)制造業(yè)的一些頑疾的原因。
在中國(guó)，還需要解決的基本功課，不完全是技術(shù)問(wèn)題，而是工業(yè)化的基礎(chǔ)理念問(wèn)題。工業(yè)工程是一個(gè)特別值得注意的問(wèn)題。
例如，工業(yè)工程，在國(guó)外可以看作是“工廠之父”，標(biāo)準(zhǔn)化和精益，是最為重要的內(nèi)容之一，多年來(lái)一直如此。喬治亞理工學(xué)院專(zhuān)門(mén)有工業(yè)工程學(xué)院，全球第一;密西根大學(xué)的工業(yè)工程系，也是美國(guó)數(shù)一數(shù)二，受到工業(yè)界廣泛地推崇。
佐治亞理工大學(xué)為什么工業(yè)工程這么強(qiáng)?就需要追溯到它的歷史。當(dāng)年美國(guó)內(nèi)戰(zhàn)(南北戰(zhàn)爭(zhēng))結(jié)束后，大敗而歸的南方農(nóng)業(yè)大佬戰(zhàn)后進(jìn)行了深刻的反思，將南方敗給北方的重要原因歸結(jié)于：北方的州郡有著強(qiáng)大的工業(yè)，而南方缺乏工業(yè)根基。痛定思痛，南方?jīng)Q定設(shè)立喬治亞理工大學(xué)，專(zhuān)門(mén)為制造業(yè)培養(yǎng)人才。這是佐治亞理工大學(xué)的發(fā)展根基和DNA，它在工業(yè)方面的教育獨(dú)步武林，而工業(yè)工程是其重點(diǎn)發(fā)展的領(lǐng)域。一般學(xué)校都只是工業(yè)工程系，但佐治亞理工則是擴(kuò)大編制，有一個(gè)工業(yè)工程學(xué)院。
工業(yè)工程是工業(yè)文明的一個(gè)重要組成部分，沒(méi)有工業(yè)工程，就沒(méi)有工業(yè)文明。中國(guó)工業(yè)的質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)、工匠精神等諸多現(xiàn)象，都跟工業(yè)工程的發(fā)展孱弱，是相輔相成的。
好在這幾年，工業(yè)工程逐漸開(kāi)始抬頭，受到更多企業(yè)的追捧和實(shí)踐，這是一門(mén)需要補(bǔ)充的大課，唯有如此，中國(guó)才能實(shí)際上完成真正意義上的工業(yè)化。
原發(fā)工業(yè)與嫁接工業(yè)
工業(yè)化不是一個(gè)獨(dú)立要素的作用，而是往往具有多種屬性和特征。所有 “XX化”的階段，都有伴生特征。例如，電氣化伴隨著標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化伴隨著自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化伴隨這集成化。而所有的基礎(chǔ)，首先是標(biāo)準(zhǔn)化，而標(biāo)準(zhǔn)化則與現(xiàn)代工業(yè)結(jié)合的尤其緊密——這也是電氣化 + 標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)代。
這些都可以稱(chēng)之為“原發(fā)工業(yè)”的伴生性，這是西方工業(yè)的特點(diǎn)，是在工業(yè)化近百年的積累基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展而來(lái);而中國(guó)的工業(yè)，是一個(gè)半途出家的“嫁接工業(yè)”，無(wú)論是早期受到蘇聯(lián)支持、直接照搬的大工業(yè)體系，還是改革開(kāi)放依賴(lài)通過(guò)“拿來(lái)主義”發(fā)展世界工廠的快速崛起，都缺乏“原生工業(yè)”和“伴生工業(yè)”的概念。
從這個(gè)意義來(lái)看，面對(duì)中國(guó)制造當(dāng)下的發(fā)展階段，單純說(shuō)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，也是不完整的，需要同時(shí)注意伴生物的發(fā)展。例如，數(shù)字化一定需要自動(dòng)化的“伴生”;而網(wǎng)絡(luò)化則需要同時(shí)解決信息系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)的自由流動(dòng)。
由于中國(guó)制造需要在多個(gè)階段、多個(gè)伴生特征的場(chǎng)景下齊頭并進(jìn)，因此，充分理解原生工業(yè)的伴生特征，系統(tǒng)性地考慮中國(guó)制造的特征問(wèn)題，具有非常重要的意義。
（知識(shí)自動(dòng)化）
