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本期文章
主席的话:连接工程和社会
客座编辑注:数字化将改变制造业
未来制造业:迎接后大流行时代
数字线程在制造中的安全性、弹性和适应性的作用
生产个性化产品的未来本地工厂
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大流行后工程的春桥
2021年3月14日 体积 51 问题 1
这一期的主题是制造业的未来. 一流的专家阵容提供了来自行业的不同经验和观点, 国家实验室, 和学术界. 这些文章对先进制造业的未来提供了翔实的报道和全面的观点, 利用新兴技术, 所需的基础设施, 创新的方法, 以及具有弹性的供应链，以增强美国制造业在未来几年的竞争力.

未来制造业:迎接后大流行时代

2021年4月2日，星期五

作者: 珍妮年代. 黄

“永远不要浪费一次危机.”
这次大流行的教训是什么
危机将使制造业受益?

随着世界进入第四次工业革命(简称第四次工业革命).0), 对于制造业来说，一个反复出现的问题是，在经营企业和生产产品的过程中会涉及到什么. 上一次工业革命带来了电子和信息技术的进步，带来了惊人的经济繁荣和制造业自动化. 第四次工业革命意味着什么? 它将如何影响美国制造业的国际地位?

工业的影响4.0和制造业的大流行

定义工业4的一种方式.0是网络物理系统的集成, 云和边缘技术, 高性能计算, 物联网和服务互联网, 以及它们与人类的互操作性和实时交互，以最大限度地创造价值. 行业4.0将利用数字技术, 先进的人工智能, 以及可靠的无线连接来推进自动驾驶, 智能网络物理系统(黄 2016). 工业4的优雅成果之一.0是智能制造，表现为智能工厂基础设施.

冠状病毒大流行加剧了这一动态环境, 导致生活的方方面面都出现了前所未有的混乱. 30分,000英尺的视图, 全球宏观经济正面临狂风骤雨, 准备好应对社交距离的影响, 封锁, 以及经济放缓和关闭. 加重这些影响, 世界上最大的两个经济体——美国和中国——在贸易和地缘政治不和谐上针锋相对.

在这种可怕的背景下, 从大流行危机中吸取了哪些教训，有利于行业未来的努力? 制造业应如何应对? 近期和长期需要解决的主要问题是什么?

就像日常生活一样，商业和制造业将出现一种新常态. 有句谚语说:“不要浪费危机。.对于制造业来说, 预计当前的危机将推动实现第四工业的潜力.0. 疫情促使全球制造业更加深入思考，更加努力工作，以满足创新运营和监控方式的需求.

人工智能可以实时识别制造质量问题，并比人类更快地发现生产车间的故障.

This article examines five fronts that are deemed essential to advanced manufacturing going forward: the role of new and emerging technologies; revised business strategies for outsourcing, with engineering as the core; data-driven manufacturing operation; supply chain strategy and 管理ment; and changes in workforce practices and skills. 这五个领域预计将决定制造业的全球竞争力.

机器人先驱稻叶秀门(Seiuemon Inaba)很好地抓住了以新的视角展望未来的需要, 他创造了世界上最大的工业机器人制造商(发那科公司, 从富士通公司剥离出来的.):“技术背后有历史，但对工程师来说，过去并不存在. 只有创造力，总是期待着下一个”(Tsuneoka 2020).

新兴技术的作用

行业4.0有望将制造业拉入以智能为导向、以技术为中心、以敏捷为特征的智能工厂基础设施, 灵活性, 自动化, 自治, 以及成本效益. 先进制造业靠发展, 部署, 下一代无线技术(e.g., 5G及以上), 物联网(物联网), 高级人工智能, 以及高性能计算(云和边缘).

其中一个挑战是这些基础技术的无缝结合和协调. 另一个是对网络风险和量子攻击的管理和保护, 一个需要持续努力的领域. 将不断发展的技术结合在一起，以作为制造业领域可靠的网络物理系统，这是至关重要的.

这些挑战是科学家们正在进行的全球竞争领域, 工程师, 公司, 和国家. 通过及时整合技术来利用技术的能力, 有创意的, 可靠的方法将使竞争对手占据上风, 带来商业成功和经济回报以及国家的竞争优势. 政府投资和监管政策将发挥重要作用.

人工智能和机器学习(ML)已经成为日常用语, 虽然他们的潜力还没有完全开发出来. 一方面, 人们对发展有望推动商业和制造业发展的能力充满热情. 另一方面，人们对未知或可能出现的意外后果感到不安.

人工智能通过ML和深度学习神经网络收集数据来处理数据, 分析信息, 创建并训练一个模型, 并最终根据实时事件做出决策. 预计下一代人工智能不仅会创建一个基于不断生成的学习的模型 有意义的 新的数据也推动了这个模型的发展 无人管理的 学会理解因果关系(Toews 2020). 例如, 人工智能可以通过监控和机器对机器、人与人之间的通信，实时识别制造质量问题，并比人类更快地发现生产车间的故障, 多亏了超级连接和快速, 低延迟, 大容量通信技术.

由于互联网的未来有望转向无线, 这将取决于下一代无线技术, 物联网连接的门户，实现更高水平的自动化和自治. 嵌入在产品和机器中的物联网传感器通过生产线和产品之间的数据交换，在使用寿命期间提供有关产品性能的信息. 这是先进制造业的一个很好的用例, 让明天的工厂运转得更快, 更经济, 更敏捷, 灵活性, 和自治.

人工智能和物联网的融合将创造一个智能设备网络，可以从原材料中收集和分析大量数据, 生产线, 成品, 仓库的mg4355电子娱乐网址-mg4355娱乐mg最新-apple app store-mg4355创新科技有限公司(No.1排行榜), 客户投诉-远程实时，并将数据转化为情报和可操作的步骤. 物联网还可以捕获能源使用数据, 维护记录, 工人们的安全, 以及其他操作参数.

此外，联网的智能机器可以自动触发维护过程. 数据分析可以帮助检测工艺效率低下，从而降低生产成本，提高产品质量. 还可以监控客户如何使用产品, 帮助公司提供客户服务, 保证管理, 以及产品设计.

更好地利用不断发展的技术来实现对制造操作和环境的实时上下文理解和监控，从而做出更明智的决策. 智能工厂基础设施可以改善制造业和自主按需生产.

为了实现这些目标, 需要考虑的一个问题是, 加速采用新技术——有效利用人工智能——需要什么, 物联网, 5G, 并及时对接技术和供应链，实现可靠的制造运营?

修订了外包业务战略

制造商的首要任务是重新审视他们的商业模式并制定战略, 特别注意外包的问题-离岸与. 国内采购. 简单地说, 这是关于找到一种更好或更具成本效益的方式来制造产品或提供服务, 为重要的或长期的关键任务腾出资源和时间.

在过去的30年里, 技术驱动型产业的特点是技术发展快, down-spiral定价, 市场全球化. 他们也是制造业外包的主要推动力. 在竞争激烈的环境中，并有合理的商业理由, 将某些功能外包是有利的，也是明智的商业举措.

在美国, 可以合理地说，电子行业在20世纪80年代末和90年代初基本上率先实施了外包(取决于如何定义起点). 逐步但稳定地, 制造业外包(国内或海外)已经蔓延到其他行业, 从药品到消费必需品, 以及其他操作功能, 比如人力资源和信息技术管理. 与全球化, 外包的范围持续扩大，其能力激增, 所以它是供应链管理和商业战略中不可分割的一部分.

在竞争激烈的环境中，并有合理的商业理由, 某些职能的外包可能是有利的.

制造业外包可以在业务方面提供一些优势，例如:

  • 经济性(节约成本)
  • 业务重点的改善
  • 运营效率
  • 技术实力
  • 资本配置
  • 时间到体积
  • 上市速度
  • 地理优势
  • 接近客户
  • 在生态系统参与者之间分担或转移风险
  • 简化(降低复杂性)业务.

总的来说, 这些潜在的优势为企业提供了巨大的吸引力, 特别是在满足当前的竞争需求方面. 当一个以目标为导向、经过深思熟虑的战略得到有效执行时，好处就会非常明显.

但谨慎是为了确保以技术为基础的公司不会放弃核心工程能力, 包括制造技术, 通过外包.

在不失去基础知识和技术的情况下利用外包的好处始终是一个战略决策. 这一决定需要评估核心竞争力，并从那些需要留在内部的功能或产品中挑选出需要外包的功能或产品. 即使决定外包一个产品或功能, 内部工程能力需要提出正确的问题，以选择正确的服务提供商，生产出预期的高质量产品. 外包一项任务 is one thing; to give up 核心知识库完全是另一回事.

外包一项任务
is one thing; to give up
核心知识库完全是另一回事.

外包应该被视为一种精心策划的战略，而不是一种缓解策略. 战略上应该区分暂时的提升和长期的业务提升.

在考虑工厂选址决策时，以下问题是很重要的:

  • 工厂在逻辑上, 在战略上, 并在地理位置上进行抢先分布，以确保可靠的制造操作?
  • 工厂是否需要裁员?
  • 冗余工厂的关键标准是什么?

很多年前, 在与稻盛和夫的晚宴上, 京瓷公司创始人兼董事长, 我问他对外包制造业有什么看法. 他坦率地回答(转述), “工程师怎么可能不做制造，工程公司怎么可能不生产产品!我很欣赏他的感情.

在产品开发周期中——从创新概念到技术开发, 产品制造, 将产品引入市场——每一个里程碑对产品的最终成功都是至关重要的. 制造的精神和原则是产品的一部分，无论是否外包，都应该被彻底接受和整合.

对于原始设备和原始设计制造商来说，继续获取和保持工程实力和专有技术以确保未来的准备工作是谨慎和明智的商业实践. 政府能够也应该在激励和重振国家制造业实力方面发挥作用.

数据驱动的制造运营

创造力推动了技术，而技术反过来又建立了一个新的范式. 人机合作, 例如, 协同性能是通过整合以判断为中心的人类和以预测为中心的AI代理来实现的. 应该负责任地实施人工智能，以增强人类的认知和能力，而不引起伦理和社会问题——这是一个持续的挑战.

将人工智能等技术部署为可靠工具的挑战之一是缺乏足够的相关性, 没有偏见, 以及准确的数据. 人工智能需要大量的数据才能按预期运行. 相应的, 准备人工智能和边缘计算，通过启动一个强大的收集程序来促进制造操作, 清洁, 管理, 修剪, 使用数据也越来越重要.

数据说明一切! 有隐私和安全防范措施, 远程监控工厂的数据功能可以提供更清晰的操作视图, 设备性能, 和维护, 允许操作加速生产, 减少浪费, 通过快速识别维护和生产问题，避免停机. 识别和提取相关数据以输入人工智能，可以促进对生产和供应链问题的预测. 工厂可以从反应式分析转变过来, 报告所发生的事情, 对可能发生的事情和建议的行动进行积极的分析, 在正确的时间提出正确的问题，并实时解决问题. 为今天的工厂，为未来做准备, 图1展示了IPC Connected Factory Exchange (CFX), 支持情境化数据交换和机器对机器交互，帮助制造商向智能工厂迈进.

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图1由行业为行业开发的Connected Factory Exchange (CFX)架构. BOM = bill of materials; IT/OT = information technology/operations technology; M1… = machine 1…; MES = manufacturing execution system; PN = part number; SPC = statistical process control. 由IPC协会提供，首席技术专家Matt Kelly提供.

制造公司需要对可用技术有全面的了解，这些技术可以用来将业务目标转化为业务路线图，以实现卓越的运营，从而产生具有竞争力的产品, 可靠的, 以及经济的产品，在预期的市场及时发挥作用. 未来的智能工厂将在生产车间没有人为干预的情况下基本自主运行, 实时学习和适应，具有自我纠错和优化能力.[1]

在未来的制造环境中，生产设施和物流系统将是同步的，而不需要现场人工任务.

供应链战略与管理“，

在后大流行时代, 库存和供应链管理将对制造效率甚至制造商的生存能力更加重要. 必须制定计划以满足眼前的需要以及中期和长期战略.

从长远来看, 工厂以美元价值和天数价值来跟踪和控制库存的能力对公司的底线至关重要. 在这方面做得好可以降低生产超过需求的可能性，并避免现金流陷阱.

使用网络物理系统，供应链可以完全集成和自动化. 这种系统部署在整个价值链中，形成了数据流和物料流之间的联系, 实现供应链的完整和持续可见性. 例如, 物联网设备可以在配送过程中的检查站配备，以跟踪从工厂到仓库和客户地点的部件和产品. 这样的实时跟踪能够制定可靠的库存预测, 及时对生产线的意外变化做出反应, 避免计划外的停机时间.

从大流行危机中吸取了什么教训? 我建议应从战略和操作上解决几个务实的问题:

  • 供应商链是否有可靠的依赖关系?
  • 用于监控供应链的技术是什么?
  • 是否有风险管理程序?
  • 风险缓解计划及其优先顺序是什么?
  • 是否有应对风险和威胁的政策和程序?
  • 是否所有战略原材料都有替代来源，如果合理的话?
  • 是否所有关键任务组件都有备用源(如果合理的话)?
  • 整个供应链所需的可见性级别是什么?
  • 供应链的可预测性是什么?
  • 是否有适当的系统来确保内部和外部网络安全，以最大限度地减少网络安全相关的风险和供应链中断?

权衡海外(离岸)资源和国内(在岸)资源的质量, 成本, 交货时间, 及时的可用性既是战略上的，也是操作上的. 实施新的可用技术来最小化风险和优化供应链管理的效率越来越有必要.

劳动力实践和技能的变化

疫情催生了远程工作, 而必需的社交距离促使人们需要更复杂的方式来监控工厂运营, 包括更远、更快地部署数据管理和分析. 由于大流行仍在继续，保持社交距离仍然是可取的, 应制定和实施近期和长期计划，以确保工人的安全和健康，同时优化劳动力生产力和制造效率.

远程工作和保持社交距离
促使人们需要更复杂的
监控工厂运作的方法.

与其他行业不同, 制造业仍然依赖于实体存在, 在某种程度上, 有技术和训练有素的工人. 但是有些功能可以远程执行(例如.g.，通过在家工作). 远程工作的优点之一是消除了招聘的地理障碍, 使雇主能够寻找技术最好的工人，而不管这些人才居住在哪里.

许多职场人士认为，异地工作的灵活性是一个优势. 最近的一项调查发现，超过75%的受访者希望继续远程工作，至少偶尔如此, 超过一半的人希望它成为大流行危机结束后的主要工作方式(tory 2020). 被问及远程工作有哪些行之有效的地方, 受访者回答最多的三个问题是不通勤, 减少会议, 更少的干扰. 在另一项调查中, 87%的员工希望有选择工作地点的能力, 如何, 当他们工作的时候, 将办公室工作和远程工作结合起来(路透社2020年).

随着无线技术越来越普及，所需的连接也越来越可靠, 人们如何工作以实现最大效率和产出的创新也将如此, 包括在家工作. 展望未来, 混合工作模型最有可能在整个公司和组织中实现, 尽管程度可能因业务性质和组织运作而异.

使用不同检查点生成的大量数据, 数据管理至关重要, 包括确保数据质量的努力, 精度, 和安全. 在接下来的十年里, 有技能和受过教育的劳动力, 通过继续教育和培训项目——尤其是在数据科学方面, 工程数据, 先进的计算, 系统集成——将是制造业在全球范围内竞争力的关键.

结束语

我从事电子硬件创新和制造工作超过30年, 在实践和咨询能力, 适用于在岸和离岸业务，从初具规模的创业企业到在三大洲运营的强大企业. 这段亲身经历塑造了我对制造业的看法.

为明天——以及未来的意外危机——做好准备的最好方法就是做好今天的工作. 技术给制造业带来了巨大的好处，但挑战依然存在. 技术的实现不是一次性的或一刀切的决定. 它要求继续作出有针对性的努力. 作为第四产业.0大步向前, 采用新的, 不断发展的技术对于企业的生存能力和有效应对大流行带来的挑战至关重要, 对经济的连带打击, 以及持续的中美紧张关系和贸易不确定性.

新型冠状病毒感染病(covid - 19病毒)危机为提高个体制造企业的竞争力和全球制造业竞争力创造了前所未有的机遇. “赢家”将是那些最有效地利用新兴技术并迅速适应不断变化的环境的企业. 制造业劳动力适应变化的能力经受了考验，并在许多方面得到了增强, 而供应链管理预计将更具弹性.

风雨后有彩虹. 危机可以为建立更好的常态创造机会，现在确实如此. 让mg4355电子娱乐网址-mg4355娱乐mg最新-apple app store-mg4355创新科技有限公司(No.1排行榜)迎接挑战，拥抱机遇!

参考文献

黄J. 2016. 第四次工业革命.0):智能制造. SMT杂志，7月.

Kube G. 2018. 如何利用数字双胞胎来颠覆制造业. Digitalist, 4月4日.

路透. 2020. 调查显示，近90%的员工希望保留在家工作的选择. 10月14日.

加拿大R. 2020. 下一代人工智能. 福布斯10月12日.

男童独自H. 2020. 许多人希望继续在家工作. 华尔街日报，5月28日.

Tsuneoka C. 2020. 日本工程师用发那科机器人改造了工厂. 华尔街日报，10月17日.

 

[1]  另一种可行的方法是利用数字孪生概念来创建物理资产的虚拟对等体(Kube 2018)，以优化从设计阶段到工艺工程到制造到客户的数据流.

作者简介:黄哲伦(Jennie 黄)是H-Technologies Group的首席执行官.