本期專欄文章由國(guó)防制造創(chuàng)新問題研究專家劉亞威先生為《空天防務(wù)觀察》撰寫，旨在介紹和分析美國(guó)國(guó)家智能制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)。原文較長(zhǎng)，本號(hào)將分上、下兩期刊出。劉亞威先生此前已為本號(hào)提供過30篇專欄文章，讀者可在文末專欄文章列表中查閱。
2016年6月20日，奧巴馬宣布美國(guó)國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃中 “智能制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”的獲勝團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)醞釀了一年半的競(jìng)標(biāo)終于塵埃落定。該機(jī)構(gòu)由能源部牽頭組建，將由獲勝團(tuán)隊(duì)——美國(guó)智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟（SMLC）負(fù)責(zé)管理，筆者曾在該機(jī)構(gòu)開啟競(jìng)標(biāo)之時(shí)就預(yù)測(cè)SMLC將會(huì)勝出。由于國(guó)內(nèi)外利益組織對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的技術(shù)性炒作，SMLC一直是比較神秘的存在，本文將給大家呈現(xiàn)美國(guó)官方對(duì)智能制造（Smart Manufacturing）的見解，展示他們所做的低調(diào)但意義重大的事情。
美國(guó)智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟（SMLC）于2006年成立，它一直負(fù)責(zé)的“智能制造”計(jì)劃是“智能美國(guó)”計(jì)劃的一部分，在美國(guó)國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)成立之前，SMLC是美國(guó)唯一的由政府、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、研究機(jī)構(gòu)、協(xié)會(huì)組建的智能制造研發(fā)促進(jìn)機(jī)構(gòu)。SMLC提出的相關(guān)智能制造概念、路線圖和行動(dòng)計(jì)劃反映了美國(guó)官方對(duì)智能制造的見解以及業(yè)界發(fā)展的典型路線。
一、智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟
近年來，為了重塑美國(guó)制造業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，美國(guó)啟動(dòng)了制造業(yè)振興戰(zhàn)略，加快發(fā)展技術(shù)密集型先進(jìn)制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)再工業(yè)化。作為先進(jìn)制造業(yè)的重要組成部分，智能制造得到了美國(guó)政府、企業(yè)各層面的高度重視。美國(guó)能源部、商務(wù)部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）和國(guó)家科學(xué)基金（NSF）是智能制造的重要支持力量，近年來資助并設(shè)立了眾多研究項(xiàng)目推動(dòng)其發(fā)展，這其中就包括2006年成立的美國(guó)“智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟”。
“智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟”（SMLC）是一個(gè)致力于構(gòu)建一個(gè)開放共享的智能制造平臺(tái)，突破“智能制造系統(tǒng)”開發(fā)與部署難題的非盈利組織。SMLC成員包括通用動(dòng)力、通用電氣、通用汽車、美國(guó)鋁業(yè)公司、美國(guó)能源部、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、國(guó)家科學(xué)基金、美國(guó)制造技術(shù)協(xié)會(huì)、機(jī)械工程協(xié)會(huì)等。SMLC負(fù)責(zé)的“智能制造”計(jì)劃與“輕巧成形技術(shù)”等計(jì)劃都是“智能美國(guó)”計(jì)劃的一部分。
SMLC的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)基于云的、開放式架構(gòu)的軟件平臺(tái)，集成了現(xiàn)有的和未來的工廠級(jí)數(shù)據(jù)、仿真和系統(tǒng)，并策劃業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)行動(dòng)。在這個(gè)智能制造平臺(tái)上，智能制造系統(tǒng)實(shí)時(shí)地將制造智能數(shù)據(jù)集成到整個(gè)工廠和供應(yīng)鏈，包括設(shè)計(jì)、工程、計(jì)劃和生產(chǎn)。集成智能制造系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)面向多層數(shù)據(jù)管理與建模的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中所有層級(jí)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)界面連接。
多層數(shù)據(jù)管理
2008年，在國(guó)家科學(xué)基金（NSF）的資助下，SMLC的工作組會(huì)議發(fā)布了“智能流程制造”（SPM）路線圖，針對(duì)SPM的愿景提出了5條路線。2010年，面向21世紀(jì)的智能制造，SMLC的工作組會(huì)議提出了“智能制造企業(yè)（聯(lián)盟）”愿景，以及行動(dòng)計(jì)劃。路線圖和行動(dòng)計(jì)劃描繪了美國(guó)未來實(shí)施智能制造的藍(lán)圖。
二、SMLC的智能制造概念
2014年12月，美國(guó)政府啟動(dòng)了國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中智能制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的競(jìng)標(biāo)，該機(jī)構(gòu)將由能源部牽頭組建。能源部對(duì)智能制造的定義是：智能制造是先進(jìn)傳感、儀器、監(jiān)測(cè)、控制和工藝/過程優(yōu)化的技術(shù)和實(shí)踐的組合，它們將信息和通信技術(shù)與制造環(huán)境融合在一起，實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)中能量、生產(chǎn)率和成本的實(shí)時(shí)管理。這一定義即是來源于SMLC一直以來對(duì)智能制造的見解。
SMLC進(jìn)一步指出，從工程的觀點(diǎn)來看，智能制造是先進(jìn)信息（Intelligence）系統(tǒng)的增強(qiáng)應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)新產(chǎn)品的快速制造、產(chǎn)品需求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)優(yōu)化。智能制造將制造的所有方面連接起來，從原材料進(jìn)入直到成品交付。它建立了一個(gè)跨產(chǎn)品、運(yùn)行和商務(wù)系統(tǒng)譜系的富含知識(shí)的環(huán)境，這個(gè)譜系延伸至工廠、分銷中心、企業(yè)和整個(gè)供應(yīng)鏈。
SMLC特別將能量管理作為智能制造的重要一環(huán)，因此它們提出的智能制造概念是以智能工廠為核心，還要加上智能電網(wǎng)等組成一個(gè)更廣泛意義上的智能制造系統(tǒng)。而且值得注意的是，與中國(guó)業(yè)界多以技術(shù)為導(dǎo)向提出智能制造的概念不同，SMLC采用以結(jié)果為導(dǎo)向來提智能制造，搞智能制造的目的是為了增加投資還是為了減少成本，往往是中外推行智能制造背景的一個(gè)顯著區(qū)別。
智能制造概念
SMLC對(duì)健康與可持續(xù)的制造進(jìn)行了一番層次化的說明，并且區(qū)分了物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的主要作用層次?？梢哉f，實(shí)現(xiàn)智能的過程就是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息、將信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)、將知識(shí)轉(zhuǎn)化為智慧、將個(gè)體智慧上升為集體智慧的一個(gè)過程，這必將是伴隨智能制造的實(shí)現(xiàn)而達(dá)到的一個(gè)終極目標(biāo)。因而，SMLC甚至歐美國(guó)家設(shè)立的若干個(gè)計(jì)劃和項(xiàng)目，研究的眾多使能技術(shù)與關(guān)鍵技術(shù)，都是在為實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)-信息-知識(shí)-智慧”（DIKW）這一循環(huán)模型而努力。
健康與可持續(xù)的制造
SMLC認(rèn)為，智能企業(yè)/企業(yè)聯(lián)盟關(guān)注聯(lián)網(wǎng)的工廠和動(dòng)態(tài)的供應(yīng)鏈，它通過構(gòu)建共享的、保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能制造硬件基礎(chǔ)設(shè)施和軟件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，將制造引向服務(wù)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)、服務(wù)聯(lián)網(wǎng)。在SMLC描繪的廣義智能制造系統(tǒng)中，機(jī)器-人-材料（物料）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)互聯(lián)互通互感互知，智能制造就體現(xiàn)在多層、跨尺度的動(dòng)態(tài)連接、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)循環(huán)與自主活動(dòng)中。
智能制造：多層的鏈接、時(shí)間、數(shù)據(jù)與活動(dòng)
三、SMLC的工作要點(diǎn)
SMLC是為數(shù)不多的給出了“智能制造”定義的，而且提出了若干關(guān)鍵技術(shù)，包括：聯(lián)網(wǎng)的傳感器，數(shù)據(jù)互用性，多尺度動(dòng)態(tài)建模與仿真，智能自動(dòng)化，可擴(kuò)展的多層級(jí)賽博安全。SMLC組織制訂的“智能流程制造”路線圖和“智能制造企業(yè)（聯(lián)盟）”行動(dòng)計(jì)劃就圍繞這些關(guān)鍵技術(shù)，確定了集成的發(fā)展路線。
五個(gè)連續(xù)路徑實(shí)現(xiàn)智能制造
智能制造的企業(yè)場(chǎng)景中，統(tǒng)一的模型集成到全部運(yùn)行中，對(duì)象和過程都體現(xiàn)了分布式智能，企業(yè)范圍內(nèi)形成自感知、自優(yōu)化的系統(tǒng)，以及可共用信息和能力的系統(tǒng)，建立任何操作和運(yùn)行的影響都可預(yù)測(cè)的工業(yè)。實(shí)現(xiàn)智能制造要分五步走：一，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識(shí)，關(guān)注建模標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字化環(huán)境與信息基礎(chǔ)設(shè)施；二，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為模型，關(guān)注智能化的工藝建模、仿真、分析與優(yōu)化；三，將模型轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵工廠資產(chǎn)，關(guān)注工廠級(jí)的智能工藝實(shí)施與智能制造管理；四，關(guān)鍵工廠資產(chǎn)的全球化，關(guān)注企業(yè)（聯(lián)盟）級(jí)的智能制造；五，建立關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)，關(guān)注面向智能制造的教育與技能。
四個(gè)行動(dòng)計(jì)劃打造智能制造企業(yè)
智能制造企業(yè)（聯(lián)盟）應(yīng)該從工廠運(yùn)行到供應(yīng)鏈都是智能的，能夠全壽命周期地虛擬跟蹤資本資產(chǎn)、工藝和資源，具備柔性、敏捷和創(chuàng)新的制造環(huán)境，績(jī)效和效率都是最優(yōu)化的，業(yè)務(wù)和制造都是高效協(xié)同運(yùn)行的。針對(duì)這一2020年目標(biāo)，確立了四個(gè)行動(dòng)計(jì)劃：一，搭建面向智能制造的工業(yè)界建模與仿真平臺(tái)；二，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)可承受的工業(yè)數(shù)據(jù)收集與管理系統(tǒng)；三，在商務(wù)系統(tǒng)、制造工廠和供應(yīng)商之間實(shí)現(xiàn)企業(yè)（聯(lián)盟）范圍集成；四，加強(qiáng)智能制造中的教育與培訓(xùn)。
