基于六阶模型构建智能制造新体系
先进制造业·导读
智能制造是制造业转型升级的主攻方向，当前我国越来越多的企业在积极推进智能制造战略。但在这个过程中，不少企业仅从技术视角，将重点放到了机器人、自动化产线、工业软件等具体技术上，而容易忽略人在其中的价值与作用，进而造成投资大、回报低、效果不理想等现象。
本文从东方文化与哲学视角，以人为原点和焦点，提出了基于六阶模型的智能制造新体系，以期为制造企业推进智能制造提供参考。
关键词：智能制造；以人为本；六阶模型；新体系
来源 | 兰光创新
作者 | 朱铎先 王柏村
前言
当前，越来越多的企业将智能制造定为企业发展战略方向，但很多企业过多地聚焦在人工智能、数字孪生、机器人、自动化产线、MES制造执行系统等智能制造具体的使能技术上，甚至提出了“机器换人”、“无人工厂”等口号，这种做法可能与智能制造的初衷背道而驰。如果将“机器换人”、“无人工厂”等当成转型方法论，则忽略了智能制造系统中人这个主体，容易使得智能制造陷入表面化、工具化。
美国西北大学Jonathan R.Copulsky教授在《技术谬论：人是数字化转型的真正关键》一书中写道：“许多企业的领导人错误地认为，数字化技术才是商业出现巨变的原因，于是他们坚信在企业内推行数字化技术是最佳解决方案。实际上，文化、组织、战略、领导力和人才等因素远比技术更为重要。如果企业的组织形态过时了，尖端技术的推行几乎不可能带领他们达成所愿。”
因此，智能制造绝对不仅仅局限于新技术的应用，而是一个系统工程，是转思想、转战略、转战术、转手段以及企业文化的重塑。归根到底一句话，智能制造系统的核心不是技术本身，而应该是人。
人是智能制造系统的核心
实际上，重视并强调人在智能制造系统中价值的观点在很多国家智能制造战略中得到了一定的体现，只不过还没引起我们的足够重视。
|2.1 德国：工业4.0重视人的价值
2013年，德国在推出工业4.0战略时，在制订的落地八项行动中，有六项行动与人有关。第一条是标准化和参考架构，这是纯技术问题，是解决众多企业如何通过标准化定义与灵活架构而进行高效集成的问题;第三条为工业建立全面宽带的基础设施，是IT基础的问题。
除此之外，其他六条都是与人相关的，比如第二条管理复杂系统，是担心和解决众多文化水平不高、岁数偏大的员工如何适应和掌握复杂系统的问题，这是制造业很现实的问题;第四条是安全和保障，这里面除了设备安全、系统安全以外，人身安全是首要的;第五条是工作的组织和设计，通过组织架构、工作优化、流程管理等让员工更高效地工作;第六条是培训和持续的职业发展，以员工为中心，通过培训、培养助力员工的职业发展;第七条是规章制度，是指企业如何建设与工业4.0相匹配的规章制度;最后一条，是资源利用效率，是包括人力资源、物质资源等在内一切资源的高效、绿色、健康地利用。从中可以看出，工业4.0并不是全都聚焦在新技术，德国对人的价值非常重视。
|2.2 欧盟：“未来工厂” 强调以人为中心
2009年开始启动的“未来工厂”计划，是欧盟在制造业领域投资最大、影响力最深远的一个独立研发计划，汇集了英、德、法、意、西、瑞典等国上千家知名工业企业、研究机构和协会，代表了欧盟众多国家及社会组织的当前观点与发展思路。“未来工厂”强调通过自动化、数字化、工艺改善等多方位举措，着眼于智能制造中的劳动力，建立人在生产和工厂中的全新定位，构建以人为中心的制造，并实现企业与员工、顾客、合作伙伴、社会及环境的友好。
图1 欧盟“未来工厂”战略计划
|2.3美国：人是GE工业互联网的三要素之一
2012年，美国GE公司提出了工业互联网的概念，“希望通过生产设备与IT相融合，目标是通过高性能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合，大幅提高现有产业的效率并创造新产业。”并进一步将工业互联网分解为三要素：智能机器、高级分析、工作人员。
由此可见，即便是秉承技术导向的美国公司，也强调通过人在回路，实现人机协同，人是工业互联网的三要素之一。相反，如果过度强调技术而忽视人的价值，难免会付出代价的。被称为“硅谷钢铁侠”的埃隆·马斯克，曾将特斯拉位于加州的工厂几乎全部自动化，但由于过度自动化导致Model 3车型无法快速量产，企业陷入困局。经过反思，2018年4月，马斯克发布推特称：“特斯拉工厂的过度自动化是个错误。确切地说，是我的错误。人的价值被低估了。”
|2.4 日本：人是 “工业价值链参考架构”的起点
2016年12月，日本工业价值链促进会参考德国工业4.0及美国工业互联网联盟的参考架构，推出了颇具日本特色的智能工厂基本架构——《工业价值链参考架构》，代表了日本推进智能制造的发展思路。在该参考架构中，日本将人作为了智能制造的起点。
日本丰田汽车社长丰田章男在一次讲话中，也强调“自働化和准时制是TPS(丰田生产方式，笔者注)的支柱。两者的共同点是人是中心。自动化发展得越快，使用自动化的人的能力受到的考验就越大。除非人类也改进，否则机器无法改进。培养技能能与机器媲美、感觉能力超过传感器的人才，是丰田战略的一个基本组成部分。”可以看出，重视与强调人的价值，是日本推进智能制造的一大特色。
|2.5 中国：以人为中心的智能制造思想
在制造强国建设战略规划文件中，中国明确提出：“人才为本。坚持把人才作为建设制造强国的根本，建立健全科学合理的选人、用人、育人机制，加快培养制造业发展急需的专业技术人才、经营管理人才、技能人才。营造大众创业、万众创新的氛围，建设一支素质优良、结构合理的制造业人才队伍，走人才引领的发展道路。”
在2015年，针对制造企业重硬轻软，重外在轻内在等情况，特别是针对“机器换人”等口号，兰光创新从企业视角提出了“人机网三元战略”，呼吁强调和重视人的价值，以人为本，打造人与赛博、物理虚实两世界的融合、迭代发展，构建以赛博智能为目的的人机网三元系统，而不仅仅是关注自动化或者信息化等纯技术手段的建设;并以人为主线，从人的视度归纳出四次工业革命的四个阶段不同变化，分别为人才汇聚、人才管理、人性激发与人才释放，这一观点被中国社会科学院的专家引用并发表在《改革与战略》杂志上。
2016年，在《三体智能革命》一书中，作者以东方文化视角，在业界率先提出三体智能模型，即物理实体、意识人体、数字虚体，三体交汇，衍生出智能的三小循环与两大循环的进化路径，突破西方CPS赛博物理二元系统的局限性，强调与突出了人的价值，该理论在业界引起了较大反响。
图2 三体智能模型
2017年，中国工程院相关学者提出“HCPS三元系统”，指出“制造业从传统制造向新一代智能制造发展的过程，是从原来的‘人—物理”二元系统(HPS)向新一代’人-信息-物理”三元系统(HCPS)进化的过程，新一代人-信息-物理系统掲示了智能制造发展的基本原理，能够有效指导新一代智能制造的理论研究和工程实践。”HCPS理论从科学技术角度，对人、信息系统、物理系统三者之间的逻辑关系进行了深入的阐述，形成了具有中国特色的智能制造理论体系。
此外，在2016年至2017年，德勤公司对来自140个国家的超过1万多名企业管理者进行了调查，发现超过80%以上的高管把人才获取、员工培养培训、未来组织构建，作为了企业最重要的三个关注点，只有不到四成的高管把机器人、认知技术、人工智能等新技术应用认为是重要或非常重要的事情。
综上所述，在推进智能制造进程中，我们不能仅仅关注看得见的自动化与看不见的信息化，更要基于企业“人机网三元战略”、“三体智能模型”、“HCPS三元系统”等东方视角与理论体系，借鉴德国工业4.0、欧盟未来工厂及日本工业价值链等相关理念，基于我国国情，加快推动从以技术为中心向 “以人为中心”的转变，进而构建以人为本的智能制造新体系。
以人为中心，
基于六阶模型构建智能制造新体系
|3.1 智能制造六阶模型
部分专家学者将智能制造定义为“自感知、自决策、自执行、自学习、自适应”等理想化的技术及其应用，但这种超现实的理念容易导致制造企业透支财力去追求所谓高大上的技术，而造成投入很大、应用效果不明显的结果。
近年来，一些专家学者开始明确使用Smart Manufacturing来描述智能制造，Smart字面上并不是智能的意思，而是聪明的意思。聪明就是耳聪目明，就是耳朵灵敏、眼睛明亮、大脑能思考、嘴巴能说话、四肢能执行。Smart Manufacturing就是通过自动化、数字化、网络化、智能化等技术手段，在人口老龄化、竞争白热化等严峻的现实情况下，通过企业内部、企业间、社会化的深度协作，实现高效、高质、快速响应市场的生产和服务模式。
那么如何走向 Smart Manufacturing？首先是通过数字化、网络化、智能化等技术手段解决耳不聪、目不明、脑不智、肢不灵等问题，然后是拓展人的能力，使人耳更聪、目更明、脑更智、肢更灵，并通过组织间的深度协作，实现企业社会化的合作。
基于以上思想，作者改变“机器换人”等传统的技术视角，以人为中心，从技术助人的视角，提出了智能制造六阶模型。通过自动化、数字化、网络化、智能化等技术手段，逐步实现以下目标：
1)解放人的体力、脑力;
2)赋能人的感知、决策与执行能力;
3)实现组织内人与人的信息共享与过程协同;
4)充分激活人的主动性，促进人的创新活力;
5)组织间深度合作，打造社会化生态;
6)基于绿色研发与生产，打造环境友好的制造与服务模式。
图3 以人为本的智能制造六阶模型
|3.2 六阶模型的内涵
1)解放
“机器换人”虽然有解放人的意思，但不够准确。机器和人没有对立关系，人不是多余的，智能制造不应该是以减人为目的，准确地说应该是机器助人。通过机器，将体力劳动者从重复、机械、繁重、有毒、有害等环境中解放出来，将脑力劳动者从重复、低效等低端脑力劳动中解放出来，让人更轻松、高效、愉悦地从事更高价值的劳动。
换个视角和思路，以利他之心对待员工，将是推进智能制造的一大动力，否则就可能出现种种意见分歧甚至是阻力，会极大影响智能制造的顺利推进。
2)赋能
前文说Smart Manufacturing就是走向耳聪目明，走向研发、生产、运营等系统的更敏捷、更高效，基于这个思想，可以通过数字化、网络化、智能化等技术手段给人赋能，解决耳不聪(设备、岗位、部门、企业与外界信息交流的孤岛化)、目不明(对生产状态的感知不及时、不精确)、脑不智(决策不科学)、肢不灵(设备等执行机构不受控、不精准)等问题，助力企业走向智能化生产模式。
比如物联网实现设备的网络化生产，通过机器视觉实现质量检测的更精准更高效，通过VR/AR等技术使观察设备或产品更逼真更方便，通过预测性维护可以预知设备健康状况，通过高级排产从上百万种方案中选出最优解等等。
3)协同
三国时期孙权曾说“能用众力，则无敌于天下矣;能用众智，则无畏于圣人矣。”企业是一个组织，一定在发挥每个人的价值基础上，实现集众力、汇众智，发挥出组织的效率。
基于数字化、网络化等技术，以信息流驱动业务流，形成信息共享、过程协同，包括实现人与人协同，人与机协同，机与机协同，组织与组织的协同等，从而实现整个组织的高效运转。比如通过自动化产线、设备物联网实现机与机的协同，通过ERP企业资源计划系统实现企业运营的协同，通过PLM产品生命周期管理系统实现产品研发的协同，通过MES制造执行系统实现生产管理的协同等等。
4)创新
人与机器最大的不同就是富有创新力，将人们从重复低级的劳动中解放出来，可以从事更多更富有创意的活动。
通过数字孪生、物联网、人工智能等技术赋能，可以更高效地进行技术创新与管理创新。比如通过数字化、网络化、智能化等新技术衍生出智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸等创新研发、生产、管理与服务模式。
5)生态
未来，企业竞争力不局限于企业内部效率的提升，在很大程度上取决于生态的竞争。除了企业做好内部智能化升级改造以外，还需要与价值链上的合作方深度合作，通过企业与供应链、消费者等利益攸关方实现物流、资金流和信息流的“三流”整合，推进生态化乃至社会化的合作模式。
比如通过工业互联网平台等新技术构建新生态，实现社会化的泛在连接、深度协作、高效配置、弹性供给，提升企业竞争力，提高社会资产的运转效率。
6)环境
“绿水青山就是金山银山”。企业不能只顾自身发展而影响社会和环境，一定要坚持绿色生产、可持续性发展，利用先进技术与管理，尽最大程度地降低物质浪费和避免环境污染，走生态优先、绿色发展之路，向绿色转型要出路、向生态产业要动力，实现人与社会、环境和谐、健康的发展。
比如通过数字孪生、人工智能、3D打印、预测性维护等新技术，实现智能研发、智能生产、智能管理、智能服务等，减少试制次数、降低废品率、减少能耗与物资浪费等，实现低碳、绿色、人与环境友好的研发、生产与服务。
|3.3 六阶模型的环形表达与实践
图4 六阶模型的环形表达
图3是以阶梯渐进的形式表达了智能制造模型，我们也可以以环形的形式对该模型进行表达，从图4中可以更明显地看到，这是一个以人为本、动态演进的体系。演进范围是由小到大，从外在到内在，从体力到脑力，从减压到赋能，从初级到高级，从个体到组织，从企业到社会，再到环境逐渐发展的过程，与“人法地，地法天，天法道，道法自然”的东方哲学思想也高度吻合。
结语
智能制造是一项长期的系统工程，核心主体不是机器而是人，构建智能制造系统不是要换掉人，而是要帮助人。少人化是外在表现，但不是最终目的。在推进智能制造发展过程中，远非购置设备那么简单，一定要结合先进技术理念，敢于做到文化自信、道路自信，勇于探索中国制造业智能化转型之路。
首先要突出东方文化，增加人文因素，做到以人为本，体现利他之心，站在帮助员工、帮助合作伙伴乃至有利于社会与环境的角度考虑问题，然后充分利用自动化、数字化、网络化、智能化等技术手段，解放人的体力与脑力，赋能与拓展人的能力，发挥协同的优势，促进人与企业的创新，打造紧密型的社会化合作生态，最终实现环境友好的绿色生产，构建富有竞争力和可持续性的商业模式，这才是发展智能制造的初心与最终目标。
如果仅仅停留在“机器换人”视角、停留在人工智能等纯技术环节，而没有帮助、激发人这个企业中最具价值的主体，智能制造很可能就本末倒置了，很难取得理想的实施效果。
|作者：
朱铎先
北京兰光创新科技有限公司董事长、高级工程师
王柏村
中国工程院战略咨询中心，博士后