本期專欄文章由國防制造創(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國家智能制造創(chuàng)新機構(gòu)。原文較長，本號將分上、下兩期刊出。劉亞威先生此前已為本號提供過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，奧巴馬宣布美國國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計劃中 “智能制造創(chuàng)新機構(gòu)”的獲勝團隊，已經(jīng)醞釀了一年半的競標(biāo)終于塵埃落定。該機構(gòu)由能源部牽頭組建，將由獲勝團隊——美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)力聯(lián)盟（SMLC）負(fù)責(zé)管理，筆者曾在該機構(gòu)開啟競標(biāo)之時就預(yù)測SMLC將會勝出。由于國內(nèi)外利益組織對工業(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)美國官方對智能制造（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”計劃是“智能美國”計劃的一部分，在美國國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字設(shè)計與制造創(chuàng)新機構(gòu)成立之前，SMLC是美國唯一的由政府、工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、研究機構(gòu)、協(xié)會組建的智能制造研發(fā)促進機構(gòu)。SMLC提出的相關(guān)智能制造概念、路線圖和行動計劃反映了美國官方對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，為了重塑美國制造業(yè)的全球競爭優(yōu)勢，美國啟動了制造業(yè)振興戰(zhàn)略，加快發(fā)展技術(shù)密集型先進制造業(yè)，實現(xiàn)再工業(yè)化。作為先進制造業(yè)的重要組成部分，智能制造得到了美國政府、企業(yè)各層面的高度重視。美國能源部、商務(wù)部國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）和國家科學(xué)基金（NSF）是智能制造的重要支持力量，近年來資助并設(shè)立了眾多研究項目推動其發(fā)展，這其中就包括2006年成立的美國“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）是一個致力于構(gòu)建一個開放共享的智能制造平臺，突破“智能制造系統(tǒng)”開發(fā)與部署難題的非盈利組織。SMLC成員包括通用動力、通用電氣、通用汽車、美國鋁業(yè)公司、美國能源部、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、國家科學(xué)基金、美國制造技術(shù)協(xié)會、機械工程協(xié)會等。SMLC負(fù)責(zé)的“智能制造”計劃與“輕巧成形技術(shù)”等計劃都是“智能美國”計劃的一部分。
SMLC的目標(biāo)是構(gòu)建一個基于云的、開放式架構(gòu)的軟件平臺，集成了現(xiàn)有的和未來的工廠級數(shù)據(jù)、仿真和系統(tǒng)，并策劃業(yè)務(wù)的實時行動。在這個智能制造平臺上，智能制造系統(tǒng)實時地將制造智能數(shù)據(jù)集成到整個工廠和供應(yīng)鏈，包括設(shè)計、工程、計劃和生產(chǎn)。集成智能制造系統(tǒng)需要實現(xiàn)面向多層數(shù)據(jù)管理與建模的生產(chǎn)運營中所有層級的實時動態(tài)界面連接。
多層數(shù)據(jù)管理
2008年，在國家科學(xué)基金（NSF）的資助下，SMLC的工作組會議發(fā)布了“智能流程制造”（SPM）路線圖，針對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的工作組會議提出了“智能制造企業(yè)（聯(lián)盟）”愿景，以及行動計劃。路線圖和行動計劃描繪了美國未來實施智能制造的藍圖。
二、SMLC的智能制造概念
2014年12月，美國政府啟動了國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中智能制造創(chuàng)新機構(gòu)的競標(biāo)，該機構(gòu)將由能源部牽頭組建。能源部對智能制造的定義是：智能制造是先進傳感、儀器、監(jiān)測、控制和工藝/過程優(yōu)化的技術(shù)和實踐的組合，它們將信息和通信技術(shù)與制造環(huán)境融合在一起，實現(xiàn)工廠和企業(yè)中能量、生產(chǎn)率和成本的實時管理。這一定義即是來源于SMLC一直以來對智能制造的見解。
SMLC進一步指出，從工程的觀點來看，智能制造是先進信息（Intelligence）系統(tǒng)的增強應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)新產(chǎn)品的快速制造、產(chǎn)品需求的動態(tài)響應(yīng)、工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的實時優(yōu)化。智能制造將制造的所有方面連接起來，從原材料進入直到成品交付。它建立了一個跨產(chǎn)品、運行和商務(wù)系統(tǒng)譜系的富含知識的環(huán)境，這個譜系延伸至工廠、分銷中心、企業(yè)和整個供應(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顯著區(qū)別。
智能制造概念
SMLC對健康與可持續(xù)的制造進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。可以說，實現(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、將知識轉(zhuǎn)化為智慧、將個體智慧上升為集體智慧的一個過程，這必將是伴隨智能制造的實現(xiàn)而達到的一個終極目標(biāo)。因而，SMLC甚至歐美國家設(shè)立的若干個計劃和項目，研究的眾多使能技術(shù)與關(guān)鍵技術(shù)，都是在為實現(xiàn)“數(shù)據(jù)-信息-知識-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)的工廠和動態(tài)的供應(yīng)鏈，它通過構(gòu)建共享的、保護知識產(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，機器-人-材料（物料）實時動態(tài)互聯(lián)互通互感互知，智能制造就體現(xiàn)在多層、跨尺度的動態(tài)連接、時間控制、數(shù)據(jù)循環(huán)與自主活動中。
智能制造：多層的鏈接、時間、數(shù)據(jù)與活動
三、SMLC的工作要點
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，多尺度動態(tài)建模與仿真，智能自動化，可擴展的多層級賽博安全。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）”行動計劃就圍繞這些關(guān)鍵技術(shù)，確定了集成的發(fā)展路線。
五個連續(xù)路徑實現(xiàn)智能制造
智能制造的企業(yè)場景中，統(tǒng)一的模型集成到全部運行中，對象和過程都體現(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)，建立任何操作和運行的影響都可預(yù)測的工業(yè)。實現(xiàn)智能制造要分五步走：一，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識，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)注工廠級的智能工藝實施與智能制造管理；四，關(guān)鍵工廠資產(chǎn)的全球化，關(guān)注企業(yè)（聯(lián)盟）級的智能制造；五，建立關(guān)鍵績效指標(biāo)，關(guān)注面向智能制造的教育與技能。
四個行動計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)同運行的。針對這一2020年目標(biāo)，確立了四個行動計劃：一，搭建面向智能制造的工業(yè)界建模與仿真平臺；二，構(gòu)建經(jīng)濟可承受的工業(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)商之間實現(xiàn)企業(yè)（聯(lián)盟）范圍集成；四，加強智能制造中的教育與培訓(xùn)。
