智能制造与“庖丁解牛”(下)

从要素看,制造系统由对象和过程所构成,而对象之间、过程之间、对象与过程之间又形成了数量、时间和空间上的结构关系,这种结构关系决定了制造系统的功能和行为。

请你再为我点上一盏烛光

因为我早已迷失了方向

我掩饰不住的慌张 在迫不急待地张望

生怕这一路是好梦一场

而你是一张无边无际的网

轻易就把我困在网中央

我越陷越深越迷惘 路越走越远越漫长

……

企业的制造环境是一个“世界”,如果这个世界没有得到有效的管理和治理,对于身处其中的人们来说,那它就像一张无边无际的“网”;人们在其中张望,人们在其中慌张,人们在其中深陷,人们在其中迷惘,需要有人给他们“一盏烛光”,需要有人给他们“指引方向”。

根据前文(“智能制造与‘庖丁解牛’(上)”),我们可以借用OPM方法对制造系统进行模型化描述,而其中的主要构成要素是对象(人、机、料、环)和过程(法、测),以及建立这两类要素之上的关系。智能制造的本质是优化并改进对象与对象、过程与过程、对象与过程之间的关系,以实现制造过程的低投入,零浪费和高产出。

在制造系统中,上述关系可以从结构和行为两个维度来描述,即对象或过程之间的数量结构、空间结构和时间结构,以及制造系统的翻译行为,传输行为和转化行为。

1.结构

对象与对象之间,过程与过程之间,对象与过程之间的结构,包括它们之间N:M式的数量结构,上下、左右、前后、内外的空间结构,以及先后有序的时间结构,具体的组织形式就是产品的物料清单(Bill of Material,BoM),工艺路线(Bill of Process,BoP),以及计划、组织、执行、控制、操作等五层次的流程与作业框架。

2.行为

有了上述结构关系,制造系统就可以实现它的功能或行为;简单来说,就是三个“T”:1)Translate,翻译,把客户对产成品的订单需求翻译成对制造系统中人、机、料、法、环、测的结构化需求,其要求是翻译的高准确度;2)Transfer,传输,把人、料等可移动的(资源)对象根据订单和过程(法)在数量和时间的要求传输到它们应该出现的位置,其要求是传输的高及时性(Just in Time);3)Transform,转化,将资源转化(加工或装配)为半成品或产成品,并尽可能地杜绝无价值的副产品(工废、料废、不合格品、排放等)的产生,其要求是转化的高效益。

3.路径

要改进制造系统的三“T”行为,就要优化对象或过程之间的动态结构,其切入方式要么从过程(法和测)入手,再旁及对象(人、机、料、环),再推广到整个制造系统;要么从对象(人、机、料、环)入手,再旁及过程(法、测),再推广到整个制造系统。从企业信息化或数字化的角度看,从过程入手是过程的交易化(Transaction),比如ERP、MES、LES、WMS等IT系统的应用;从对象入手是对象的透明化(Transparency),比如工业互联网和数字孪生等数字化技术的应用。

图2:智能制造的思路和路径

1)过程的交易化

交易化,Transaction,其内涵是tran(横穿)+ action(行动)。

过程是由一序列活动所组成的,活动会影响到对象(人、机、料、环),要么改变对象的状态,要么消耗原材料或能源,要么产生副产品、半成品或产成品。以交易(Transaction)的形式把活动和过程记录下来,分析交易的执行情况,比如何时何地,消耗了多少原材料,产出了多少产成品,等等,进一步去看制造系统中的各类结构关系是否有优化的空间,进而寻求改进制造系统相关行为的路径,比如提高产品BOM的准确率,优化BOM中的数量配比,提高物料配送的及时率(JIT),或者是制造系统的转化率。ERP、MES、LES等IT系统的着力点和价值实现路径正是如此。

2)对象的透明化

透明化,Transparency,其内涵是tran(横穿)+ par(平等)+ ency(透明)。

对象是现实世界中相对独立的物理或信息式存在。制造系统中的对象(人、机、料、环),既是过程的被消耗者、被产出者、被改变者,也是过程的操作者和支持者。借助物联网等数字化技术,可以开发出制造系统中各种对象的数字化孪生体(数字孪生),根据对象的数字孪生,可以实时了解各个对象的状态变化,进一步再了解相关的其他对象或过程的动态变化,以寻找制造系统内部结构的优化点,进而改进制造系统的功能和行为,工业互联网和数字孪生技术的应用和价值实现路径正是如此。详细内容可参考笔者的另外一个文章:数字孪生驱动的工业互联网思维。

小结

利用OPM方法,我们可以用简单的模型去了解企业的制造系统,从要素、结构和行为等三个层面去剖析智能制造的方向和路径。从要素看,制造系统由对象和过程所构成,而对象之间、过程之间、对象与过程之间又形成了数量、时间和空间上的结构关系,这种结构关系决定了制造系统的功能和行为。智能制造的目的是改进制造系统的功能和行为,简单来说,就是制造系统的三“T”行为:翻译Translate,传输Transfer和转化Transform。方向上看,则需要优化制造系统内对象或过程的结构关系。切入点上,要么从过程的交易化入手,比如ERP、MES;要么从对象的透明化入手,比如数字孪生。

因此,从智能制造的视角看,ERP或MES也好,工业互联网或数字孪生也好,它们的目的是相同的,差异只在于技术手段和切入点不一样。两者之间应该是相互补充,而不是相互替代。回过来头再来看“庖丁解牛”的故事,“庖丁”之所以为“庖丁”,是因为他抓住了“解牛”这一行为的神,而前提还是建立在他对“全牛”的结构化、系统性认识上,因此才能做到游刃有余。在《庄子·养生主》的开篇有这么一段话:“吾生也有涯,而知也无涯;以有涯随无涯,殆已!” 按笔者的理解,庄子的这段话,以及“庖丁解牛”的故事,是希望人们用有涯的一生去认知那些根本性规律,企业的智能制造之旅也是如此。

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