從已接觸的幾十家智能工廠和智能車間的案例情況來看，筆者發(fā)現(xiàn)他們存在幾個(gè)相對(duì)普遍的現(xiàn)象。
1.生產(chǎn)批量較大的行業(yè)，智能工廠的投入產(chǎn)出較好。比如在化纖、棉紡、醫(yī)藥、電子這些行業(yè)，從投料到產(chǎn)成品的過程中，人工作業(yè)越來越少，通過生產(chǎn)裝備智能化躍遷，企業(yè)贏得了可靠的規(guī)模優(yōu)勢(shì)。
江蘇一家知名棉紡企業(yè)，在2018-2019年成功建起智能工廠，同樣紗錠的用工人數(shù)只有傳統(tǒng)工廠的五分之一，整體效能遠(yuǎn)超本地同行，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)顯著，現(xiàn)已基本收回了投資。
2.離散制造業(yè)的智能工廠建設(shè)容易重硬件、輕軟件，忽視系統(tǒng)性。這種情況在機(jī)械加工、食品等行業(yè)比較普遍。
一方面，硬件看得見，也相對(duì)好比價(jià)，采購(gòu)、安裝都會(huì)順利一些。另一方面，軟件主要涉及生產(chǎn)管理、物料管理以及設(shè)備的控制系統(tǒng)與生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)的對(duì)接等，在建設(shè)期難以充分考慮到正常運(yùn)營(yíng)以后的情形，所以后期有許多不匹配之處。
而系統(tǒng)性不僅包括信息系統(tǒng)，還包括上下游協(xié)同機(jī)制與智能工廠的互適應(yīng)，基本上要在正式使用后才開始“見招拆招”地解決問題。
有一家做家居地板的企業(yè)，在裁切工段實(shí)現(xiàn)了智能化，但是由于工業(yè)協(xié)議的問題，每次生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行前，都要花很長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)，并人工錄入機(jī)器終端，造成效率低下，沒有兩三天批量的活，一般不輕易安排到這里。以至該工廠“淪為”一個(gè)可供參觀的景點(diǎn)，而極少開機(jī)。
3.規(guī)劃不同步。有些企業(yè)非常重視智能工廠的建設(shè)，但是在做新廠規(guī)劃時(shí)比較草率，缺乏充分的調(diào)研學(xué)習(xí)，往往難以想象在一個(gè)具體空間里究竟如何讓各個(gè)工站協(xié)同運(yùn)作，會(huì)有哪些沖突等。
這就好像一家人突然從住慣的平房搬到樓房一樣不適應(yīng)。有一家企業(yè)在做新工廠布局的時(shí)候，待加工中心安裝好之后，才發(fā)現(xiàn)AGV小車的物流路線與消防通道的設(shè)計(jì)沖突，解決辦法是要么砸墻，要么撤掉一套加工中心，企業(yè)十分苦惱。
智能工廠的規(guī)劃，其實(shí)涉及的領(lǐng)域非常多，包括水電氣的管線、生產(chǎn)設(shè)備的空間布局、最短物流路線、機(jī)器人作業(yè)環(huán)境、工人操作的便利、人員動(dòng)線、消防等等。
通常情況下，企業(yè)對(duì)智能工廠的理解是首先開展基建工作，基建完成后才考慮如何安放設(shè)備、更精細(xì)地規(guī)劃空間，而沒能有效實(shí)現(xiàn)提前設(shè)置。
總體來看，這些現(xiàn)象反映的問題如下：
一是忽視了規(guī)模經(jīng)濟(jì)規(guī)律，在工廠智能化投資的必要性上準(zhǔn)備不足；
二是智能工廠作為工廠建設(shè)的創(chuàng)新容器，有一些完全不同于傳統(tǒng)基建的流程和模式，而企業(yè)在人機(jī)協(xié)同、功能空間協(xié)同、上下游業(yè)務(wù)協(xié)同等方面缺乏預(yù)判；
三是常態(tài)業(yè)務(wù)情況下，企業(yè)對(duì)運(yùn)營(yíng)智能工廠所需要的資源、能力、外部條件的配置等缺少預(yù)判，導(dǎo)致增加了新的不可逆成本。
從某種意義上講，智能工廠這幾年被“玩壞了”。相當(dāng)一部分投入成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造這些標(biāo)簽下的“泡沫”。一些企業(yè)成為創(chuàng)新路上的“先烈”。同樣，還有更多的企業(yè)在觀望，他們因看到身邊的失敗例子而愈加恐懼。
那么，智能工廠在決策、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)時(shí)，首要的考慮因素究竟是什么呢？
尊重規(guī)模經(jīng)濟(jì)規(guī)律
規(guī)模經(jīng)濟(jì)規(guī)律依然是經(jīng)濟(jì)的基本規(guī)律，尤其是在微觀經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。與以往不同的是，現(xiàn)在的規(guī)模經(jīng)濟(jì)可以支持生產(chǎn)并非一模一樣的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)過程中“免”換型。數(shù)字時(shí)代的規(guī)模經(jīng)濟(jì)是基于經(jīng)營(yíng)分?jǐn)偝杀镜臏y(cè)算展開的，其生產(chǎn)換型有條件做到完全不同的產(chǎn)品也可以低頻換型，從而贏得規(guī)模，如3D打印機(jī)一樣，又如數(shù)控鉆床的鉆頭在預(yù)置后可以根據(jù)加工件的需要自動(dòng)調(diào)換。在工業(yè)場(chǎng)景中，我們將規(guī)模性體現(xiàn)在工業(yè)能力被高效能“復(fù)用”，復(fù)用頻度越高，工業(yè)能力的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越強(qiáng)，其可持續(xù)性也就越好。工業(yè)場(chǎng)景的規(guī)模性要求工業(yè)能力充分社會(huì)化。在單一、封閉的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)里，工業(yè)能力被其他管理單元（市場(chǎng)主體）調(diào)用的機(jī)會(huì)并不多。但是通過在線方式的社會(huì)化之后，工業(yè)能力可以被更多的工業(yè)場(chǎng)景“看見”，這是一個(gè)相互作用的過程。工業(yè)場(chǎng)景的規(guī)模性產(chǎn)生訂單“虹吸”，帶來產(chǎn)業(yè)虹吸。保持規(guī)�；馕吨鴨渭a(chǎn)品的加工費(fèi)用、采購(gòu)成本可以更低，從而出現(xiàn)“價(jià)值洼地”，產(chǎn)生虹吸效應(yīng)。規(guī)模經(jīng)濟(jì)并不是實(shí)態(tài)產(chǎn)品的規(guī)模大，而是隨著同一種生產(chǎn)加工工藝持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，同一能力結(jié)構(gòu)復(fù)用頻度越高，從而帶來了時(shí)間價(jià)值上的規(guī)模效益。從上面的敘述中，我們可以看到智能工廠的規(guī)模性局限主要來自兩個(gè)方面：一是智能工廠換型的時(shí)間成本高，這往往來自上下游產(chǎn)業(yè)環(huán)境的約束；二是智能工廠裝備之間的耦合性太強(qiáng)，訂單匹配成本比較高。在生產(chǎn)任務(wù)不飽和的時(shí)候，產(chǎn)能的社會(huì)化受到極大的約束。因此，一部分企業(yè)家認(rèn)為，智能工廠并不完全需要向“黑燈”工廠、全自動(dòng)工廠這個(gè)方向發(fā)展，企業(yè)還需要從實(shí)際出發(fā)，突破性地提高瓶頸設(shè)備的產(chǎn)能，漸進(jìn)性地提高裝備之間的協(xié)同度，以及裝備與業(yè)務(wù)訂單履行之間的協(xié)同度。
△ 通過生產(chǎn)裝備智能化躍遷，一些企業(yè)贏得了可靠的規(guī)模優(yōu)勢(shì)。圖為自動(dòng)落紗粗紗機(jī)，紡織行業(yè)智能工廠的主力裝備之一（攝影：王甲佳）
務(wù)實(shí)之道
更精益地進(jìn)行自動(dòng)化改造
用數(shù)字技術(shù)升級(jí)價(jià)值鏈
1.在一些重復(fù)性工作較多、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)完善的生產(chǎn)領(lǐng)域，可以更多地利用數(shù)字技術(shù)提高機(jī)器自動(dòng)化水平，甚至采用機(jī)器人作業(yè)。比如針對(duì)裝配、涂裝、搬運(yùn)等工作，工人只要監(jiān)控機(jī)器狀態(tài)，適時(shí)予以調(diào)整即可。在工作標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的場(chǎng)景下，機(jī)器的優(yōu)勢(shì)更為明顯。比如以一牛頓的力把一號(hào)零件壓入二號(hào)零件的孔內(nèi)。對(duì)于一牛頓的力有多大，工人容易憑借自己的感覺和經(jīng)驗(yàn)來把握。不同的人，甚至是同一個(gè)人在不同時(shí)間會(huì)有不同的感受，實(shí)際工作交付也只能“大差不差”。但是機(jī)器人卻可以很好地解決這個(gè)問題。在傳感器的幫助下，一牛頓的力始終就是那么大，保證每次都是同一標(biāo)準(zhǔn)。如果出現(xiàn)異常情況，機(jī)器人也會(huì)有差錯(cuò)，比如，零件的孔內(nèi)有異物，但機(jī)器感知不到，會(huì)依然走固定程序。這時(shí)，就需要人工介入，隨時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，排除隱患。通過一些傳感器的設(shè)置，這類問題也不難解決。機(jī)器人和工人特點(diǎn)各異，在具體場(chǎng)景中互相合作，各司其職，最終完成交付，這應(yīng)該是一個(gè)比較合適的主流狀態(tài)。機(jī)器人作業(yè)在遇到例外情況的時(shí)候，是不是一定需要人來干預(yù)呢？能不能產(chǎn)生新的應(yīng)對(duì)策略，自主排除，恢復(fù)正常秩序呢？這個(gè)問題可能需要分不同的產(chǎn)業(yè)及場(chǎng)景進(jìn)一步具體分析，屬于持續(xù)迭代的范疇。2.在輔料、工具消耗比較多的領(lǐng)域，可采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行升級(jí)。有一家鋼材加工廠，在鋼材的截?cái)嘬囬g，每天要消耗二百多根鋸條，是一筆不菲的成本。每天還有十幾起因?yàn)殇彈l老化，鋸條斷在鋼材里的情況，增加了電機(jī)燒壞后維修、返工等成本。如何在鋸條使用壽命臨期之前就果斷地?fù)Q下呢？電氣和能源工程師根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定了一個(gè)不同工況條件下鋸條使用壽命時(shí)長(zhǎng)的基本數(shù)據(jù)。同時(shí)，通過電流傳感器檢測(cè)電流的變化，鋸條老化后，電機(jī)工作電流會(huì)慢慢升高。當(dāng)檢測(cè)到電流連續(xù)3分鐘（不同工況有不同的時(shí)間）超過額定值的時(shí)候，適時(shí)與該工況下的鋸條使用壽命做比較，并通過警鈴提示進(jìn)行人工干預(yù)。這個(gè)技術(shù)改進(jìn)項(xiàng)目實(shí)施半個(gè)月后，截?cái)嘬囬g的鋸條消耗下降了20%，額外的損失沒有再發(fā)生。令人驚喜的是，能耗也下降了，節(jié)約綜合成本經(jīng)測(cè)算達(dá)1萬多元。這就是非常顯著地通過數(shù)字技術(shù)進(jìn)行“小改小革”的例子，實(shí)際上是升級(jí)了企業(yè)價(jià)值鏈，企業(yè)節(jié)約了成本，生產(chǎn)秩序得到了更好的保證。實(shí)現(xiàn)這些并不需要立刻上馬高端的鋸床設(shè)備。前面我們提到智能工廠的一個(gè)約束，即由于標(biāo)準(zhǔn)意義的智能工廠在其組件和環(huán)境方面的高度耦合，它更適合作為一個(gè)整體來實(shí)現(xiàn)社會(huì)化，也就是為其他同行企業(yè)所用。在需要敏捷協(xié)同的領(lǐng)域，尤其是項(xiàng)目制造類的業(yè)務(wù)中，這是一個(gè)局限。國(guó)內(nèi)有一些項(xiàng)目制造類公司，他們?cè)陉P(guān)注單臺(tái)設(shè)備效能的同時(shí)，更關(guān)注如何通過面向產(chǎn)業(yè)鏈上下游的透明來實(shí)現(xiàn)既有產(chǎn)能所創(chuàng)效益的最大化。實(shí)際上是通過數(shù)字技術(shù)將自己的單臺(tái)設(shè)備、設(shè)備組合的工況動(dòng)態(tài)信息開放給產(chǎn)業(yè)伙伴。
工廠智能化改造優(yōu)先，還是透明化改造優(yōu)先？不同企業(yè)會(huì)有不同選擇。就最終的商業(yè)利益以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力而言，在生產(chǎn)方式維度增強(qiáng)透明化，在生產(chǎn)力維度增強(qiáng)智能化，是相得益彰的
