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日本智能制造国际标准化的野心

来源:荣格

  发布:星之球科技

关键词:激光 激光技术

2018-03-14

 大王、小王一起上,政府、民间一起跑。日本再次通过民间行动,加快国际化工业升级的步伐。
  
日本深耕国际化
  
2018年3月1日日本价值链促进会(IVI)的理事长、法政大学教授西冈靖之,与来访的德国巴登符腾堡州(BW)工业4.0联盟会长,共同签署了合作备忘录(MOU),以强化制造业物联网信息交换。BW州首府斯图加特是德国众多制造企业总部的聚集地,既有戴姆勒奔驰、保时捷、博世等顶级汽车,也包含了很多机械、金属产品等。这正是作为推动日本智能制造的民间组织日本价值链协会(IVI),最为看重的地方。IVI正在加深与产业界的信息共享和案例实证,力图早日实现应用物联网的智能制造。
  
针对德国“工业4.0” 战略,日本政府与德国也在加深合作。日本安倍首相2017年3月在德国电子通讯展(CeBIT),在默克尔总理在场的见证下,正式提出“互联工业(Connected Industry)”的概念,发表了“互联工业:日本产业新未来的愿景” ,随后日本经产省大臣也跟德国经济能源部部长联合发表了德日共同声明“汉诺威宣言”,宣布推进“通过连接人、设备、技术等实现价值创造的互联工业”。
  
目前,日本的各种企业联盟和组织,都在向“互联工业”靠拢,“互联工业”也进一步纳入到日本更宏大的超智能社会“社会5.0”的议程中,各有侧重,相互呼应。在政府的大力支持下,日本的民间机构也在努力走出海外,加速日本新制造思想的国际化。日本价值链促进会(IVI)无疑是作为活跃的代表新一轮日本工业升级的民间力量。而IVI是于2015年成立的日本民间团体,吸引了一百多个制造企业参与,主打制造业物联网的主题。IVI此次与德国签署MOU,是继2017年4月与美国工业互联网联盟达成合作协议后的第二次签约活动。
  
显然所有人都清楚,在供应链的国际化进程中,在互联互通的未来工业,智能制造的具体实施需进行跨国合作。
  
日本智能制造的架构
  
为促进IoT的制造业应用,日本价值链促进会(IVI)于2016年12月公开工业物联网的工业价值链参考架构(Industrial Value Chain Reference Architecture),提出了企业之间如何实现互联的顶层指导思路。
  
原来的参照架构模型是根据德国第4次工业革命的战略“工业4.0”中提出的工业4.0参考架构模型“RAMI 4.0”(Reference Architecture Model Industrie 4.0),这是将构成企业资产及活动等供应链的各种要素的关系,用系统工程的方法进行分解,从而用一致的逻辑性,来作为对一个复杂系统的指南。
  
其中日本独具匠心地提出了智能制造单元(SMU),从管理、业务活动与资产的三个视角,渗透了戴明环(PDAC)的思想,给人留下深刻的日本制造业的特征。
 
图1:智能制造单元的三个维度
 
下一代架构
  
而一年之后,IVI再次对这个架构进行了更新,提出了新版参考架构“IVRA―Next”,对原有的抽象概念IVRA,提供了更加实用化的具体路径。在第四次产业革命的浪潮中,国内外都在加速产业的数字化,该架构针被日本制造业视为重要的罗盘指南针。
  
作为将IVRA概念的具体化实践版,西冈理事长称其是“为在工厂实际运作的架构”,它总结了2015年IVI成立以来累计的讨论与实证成果。
  
在新版的架构中,制造被分为三层:管理层、业务层和操作层。
 
图2:制造的三个层次
 
管理层,顾名思义是从企业管理的角度来看问题,重点放在制造结构、组织单元等,通过不同的视角来展示,并且把生产理念也放进去。这一层包含了产品和服务、商业策略、现金流、知识产权等。
  
业务层是工厂车间的活动。人机具体执行的活动、机器加工流程。具体工位上的活动,都各不相同,这种多样性是通过业务层来进行定义。
  
而操作层涉及到具体的人、设备的互动以及原材料的移动,并且通过各自的属性进行描述。操作层往往包含了大量的行业知识know-how和商业秘密,因此,这里只提供了建模的模型和描述形式,而并不涉及具体细节。在这个层面上,既包含物理世界的实体,也包含赛博空间的数据。
  
定义制造的维度
  
在新的工业浪潮中,许多新型制造商采用无工厂的企业运作方式,通过设计与销售环节中的增值服务来获得收入,呈现了数字化的进程,并转向服务和软件行业。这种转变,新版框架中用三个轴进行了描述,并将其作为2016年版本智能制造单元(SMU)的外延。
 
 
图3:轴线看制造
 
产品轴是从产品的生命周期的角度进行描述;而服务轴,实际上是采用了生产的维度来看,人机料法环都包含在这个服务轴上。二者合起来类似国内比较熟悉的“智能生产”和“智能产品”。
  
第三个轴:知识轴,是不同寻常的一个提法。它将物理实体作为空间数据模型的一个用例(instance)来看待,这意味着其分类信息、三维造型等都在赛博空间中找到对应类型(Type)。这其中自然涉及到大量的信息转化为知识的结果。物理实体变成用例,是数字化制造过程的一个重要步骤,这是工业互联网时代的一个典型特征。一切皆可数据化。
  
从笔者来看,它很好地吸收了德国的RAMI模型横轴中的Type-Instance的理念,并且下放到更加具体的工厂实践中。
  
制造管理层的四循环
  
作为一种创新,日本IVI首次提出来一种全新的四循环概念,分别是产品供应链(围绕着产品)、产品工艺链(生产)、产品周期(产品模型)和生产工艺周期(围绕工厂模型),前二者都是物理实例,而后两个周期则属于类型定义。
 
 
图4:制造的四循环
 
这样的话,在前面所属的产品轴和服务(生产)轴中,各种活动可以归类为四个周期循环,其长短依赖于所面向的具体内容。
  
关键变化
  
作为制造业的基础单位——智能制造单元(Smart Manufacturing Unit,SMU),是2016年版本的重要成果。而新版框架IVRA―Next则在SMU的基础上,加进了具体表现SMU活动的手法。西冈理事长称,“不同于以前的参考模型,这次不再仅仅局限于体现基本概念了”。换言之,日本智能制造的架构,要进行实战指南了。因此,新版架构中增加了围绕SMU进行建模的方式,这是整个三层架构中业务层,最为重要的内容。另外,作为SMU间的信息协同手段,还论述了区块链(Blockchain)技术。
  
与此同时,新版框架增加了对平台的强化。平台是连接业务层和操作层最为重要的方式,也是赛博世界中最为重要的系统。工厂中不同的业务,都可以映射到数字空间中,并且通过数字技术进行处理,平台上的用例可以与实际业务活动进行一一对应。
 
 
图5:平台的位置
 
由于该架构的目的是基于通用手段将各个工厂及企业的不同制作流程理论化,从而实现顺利的“互联工业”,因此,新版架构还推出了各种便于智能制造单元相互连接的方式,以及如何更新词典和分类的方式,以便更好地实现对外连接的志向。
  
进军国际的雄心
  
除了德国政府之外,美国工业互联网联盟(IIC)以及中国也都各自提倡自己的架构模型。尽管德国的架构在2015年4月份推出之后,并无更新,但日本价值链协会则在紧锣密鼓地向前推进实践版,新架构冠以“Next”也代表了其积极行动的决心。
  
针对本模型的国际标准化探索,日本新闻界对此次合作报以热烈的掌声。面对此次日本和德国的民间组织合作,日刊《工业新闻》在3月1日的报道中,毫不掩饰地用“国际标准化的野心”来反应了日本强烈地国际接轨的愿望。而最近三年,日本IVI协会从未落席过汉诺威的主题演讲,也到西班牙巴塞罗那物联网大会、中国智能制造大会反复宣讲,并且有序地在推动日本这个架构跟国际其他架构组织的对接。上世纪末,日本曾经有过一次不太成功的智能制造国际化的尝试。
  
而这次,日本官方和产业界,再次呈现了积极用力的态势,凸显了日本制造在新一轮工业升级大潮中的国际化努力。将日本制造企业连接在一起“互联工业”,也在努力地将向国际标准靠拢,从而为日本制造形成一个全新的国际版图。