建设智能制造标准化的路径问题

    德国实施工业4.0规划的一个重要目标是要解决工业生产制造中的成本和速度的问题。成本包括人力资源成本、能源成本、开发成本等等。由此，他们规划了采取或逐步采取哪些技术手段来实现生产制造模式的转变。由于这一系列的技术手段涉及到许多技术标准，于是实施这一转变 的过程首先面临了一系列极具挑战的标准化问题。

    中国实施《中国制造2025》是要解决工业生产制造中的质量和效率问题。效率包括劳动生产效率、能源利用效率、资源利用效率等等。中国实施《中国制造2025》选择了数字化、网络化和智能化作为突破口。这同样面临了一系列极具挑战的标准化问题。

    极具挑战的智能制造标准化问题

    任正非在论及互联网的作用时有句名言，也是大实话：“我们认为互联网并没有改变事物的本质。现在汽车首先必须是汽车，豆腐必须是豆腐。”把这句话推广到智能制造领域，可以得出以下的结论：在实现工业4.0和智能制造中，机械工程、工业工程和自动化工程的变革是其必要条件，信息工程技术和数字化技术在生产制造模式中的应用则是其充分条件，网络化技术是实现工业4.0和智能制造的唯一途径。

    信息技术为智能制造提供了充分的手段和实现的途径，但智能的内涵（包括智能赖以实现的架构、智能功能、智能算法……）还是要从制造过程去提炼和开发。因此在构建智能制造综合标准化体系框架时，应充分考虑上述工程学科的相互关系，防止头重脚轻、以偏概全或重点倒置。

    智能制造对跨越不同领域的集成、跨多级分层结构边界的集成，以及对生命周期不同阶段的集成要求达到空前的程度。因此，智能制造综合标准化体系的重点之一应该是建立上述方面无缝集成的标准。无缝集成涉及到的基础标准有：通信接口标准、制定不同领域和不同行业的语义标准的指导规范、实现横向集成和垂直集成的指导标准……这些方面国际标准和国外标准大都还处于开发阶段，缺乏成熟的定论，因此需要搜索和调研。

    在传统上，制定工业标准常常是主要开发产品标准，而且国际工业标准化组织IEC在制定标准时，以安全性和兼容性为导向。但现在智能制造必须在系统的方法和面向应用的全球解决方案的基础上加以理解，并在此基础上开展标准化活动。为此，IEC作为制定国际工业标准的领头羊进行了深入的反思。IEC传达的讯息在于，必须从系统入手，深入到部件，而不是像目前一样从独立的产品入手再逐渐进入系统。在有必要时，即在为新的系统标准做准备时，必须重新探讨和评估既有的产品标准体系是否需要修订或重新制定。解决方案要根据市场需求来确定，标准化的首要工作就是留意并提出市场相关的问题，以期理解并描绘 系统所要求的解决方案，同时确定这些解决方案的哪些方面属于IEC的范畴。然后再邀请所有相关组织，共同制定出解决方案，并最终规定IEC范畴中对于这些解决方案所需的服务和产品的标准化要求。我国智能制造综合标准体系应学习这种思路和方法。

    在应用案例的基础上制定智能制造的应用标准

    为了说明特定领域或特定行业开发和标准化的需要，可在现有系统范围的基础上通过“应用案例”来辨认其中具有在工业4.0发展阶段或智能制造对该行业或领域的特征要求。对所辨认的应用案例的实质性和代表性取得一致意见，具有决定性的重要意义。基于这个理由，在达到协商一致的标准化过程中应该开发、发掘和公布“应用案例”。

    “use case”这个专用名词最早出现于软件工程学科，在通用建模语言UML中将其译为“用例”或“用况”。在软件工程中，用例是一种在开发新系统或者软件改造时捕获潜在需求的技术。每个用例提供了一个或多个场景，该场景揭示了系统是如何同最终用户或其它系统交互的，从而获得一个明确的业务目标。在制定智能制造标准化体系时，借鉴这一概念是十分有益的。

    工业自动化一个重要的特征就是，通过努力使自动化的部件达到商业意义上的质量，以致尽可能多的覆盖和满足各类工业的要求。要达到这一点，一方面要求平衡不同工业门类对自动化部件要求的差异性，另一方面又必须通过调整或改变参数等措施满足客户的差异性要求。在硬件上，客户既希望这些自动化部件尽量具备军工产品质量的鲁棒性，又希望价格尽量便宜到消费品的水平。显然，在开发阶段要使这二者统一起来，通常是困难的。在智能制造、智慧工厂、工业4.0中，集成是一大关键。在其发展探索的过程中，先在实践中采用合理综合、集成应用现有标准等方法，事实证明是可行、可信的途径。

    在制定标准时，重视应用案例的目的就是要从应用案例的个案中发掘出共性的核心标准内容，同时又不失于可满足个性需求的适应性方法。借鉴自动化工业在长期实践中运用的开发硬件的思路和路径，在选择应用案例的时候，应该尽可能考虑选择具有典型的通用意义，同时又能作为实现特定技术和特定产品的基础案例。

    下图给出了如何通过案例提升为标准的流程。首先需要收集相关案例，这些案例是在一定数量的企业在探索 智能制造的实践中已经有了实用的基础上加以筛选。然后对多个应用案例进行分析，根据其应用特征、应用行业、 应用领域等进行分组构成集群，接着定义要求形成案例。从应用和技术细节的观点借助于案例、角色、数据进行抽象，抽象的过程必须依照参考架构模型，最后才有可能依据这许多经过抽象的内容制定完整的标准。

    在今年工信部征集智能制造标准化项目的时候，笔者建议制定智能工厂运营管理的标准，目的就是希望能够通过 运用“应用案例”的方法，让多个有实力有竞争力的单位， 在原来已经在智能工厂的建设中有了一定积累的条件下，探索如何实现智能工厂运营管理。这是因为在智能工厂建成以后，其价值链体现于企业的可持续性发展和竞争力。这一目标的实现核心在于，在长期运营过程中保障产品质量的一致性和持续提升、严格的控制成本、缩短交付期、增强生产组织的灵活性，优化资源配置、材料利用和能源效率。只有全面实现了上述目标，企业才能快速响应市场需求和供应链的变化，把产品的创新、生产制造系统的创新和灵活组织高质量产品的批量生产、客制化制造和小批量多品种生产完美结合起来。就长期的效果来讲，智能工厂的建成仅仅是创建了智能制造的基础和条件，保证智能工厂的运营管理全面高效的实现，才有可能迅速达到建设智能工厂的初衷，为《中国制造2025》做出应有的贡献。因此，仅有智能工厂建设的导则，而没有智能工厂运营管理的导则，显然是不完整的。

    果不其然，在已经公示的今年智能制造标准有关项目中，涉及运营管理的就达十余个，分布于许多不同的行业。说实话，这只能说是起步。如果经过几年的历练和积累，将来能在这些应用案例的基础上抽象出通用的智能工厂运营管理标准，那才是我国在智能制造上迈出了一大步。