制造业数字化 ｜ 工业RPA提升人机协作水平

前段时间在一个制造业数字化的专业讨论群里，大家对宣传热门的“灯塔工厂”的实用意义和商业价值有较大意见分歧，有人赞成，有人反对。我个人持较为负面的意见，认为这些在宣传材料里看起来酷炫的“灯塔工厂”，不少只是展示厅（showcase）性质——中国目前存在制造业刚性产能过剩的挑战，虽然这些智能化想法对于提升制造先进性、柔性化有很重要的作用，然而，只有全价值链优化才能实现良好的智能制造的投入产出（ROI）；就像几年前大家都在谈的“新零售”，零售门店实行数字化、智能化、无人化，但是实践下来，“智能门店”的投入产出比非常不显著。“数字孪生”也是制造业另一个热门概念，利用数据分析来优化制造过程，这种用于产线设计、供应链优化的模拟仿真有一定意义，然而其离大规模、经常性的实践应用还有很大差距，现在经常就是做个车间大屏3D显示，哄哄看热闹的官员们。

那制造业数字化的商业价值突破点在哪里？前段时间我和一家大型民营制造企业交流，管理者告诉我，他们几年前为了制造某类产品，引进了一条全世界最先进的全自动化生产线，可是几年下来，由于没有很好地掌握这套生产线的使用方法，“全自动变成了半自动、半自动变成了人拉肩扛的手工操作”，虽然设备利用效率并不低，但是产品质量、产出效率和采用同样生产线的先进企业还有很大差距。

管理者说，这个现象的原因是工厂里缺乏人才来操作这些先进的设备和生产线，而在采用类似设备的同行企业，在车间里有很多名牌大学的本科生从事一线工作，“咱们这里对人才招不进、留不住，所以先进的设备就用不起来”。

人在制造中的重要性是否可以被自动化机器替代，一直是个有争议的管理课题，例如丰田生产方式就非常强调由具有经验和责任心的工人主动介入制造过程，由人工及时发现错误和浪费，提升质量、降低成本，即所谓的自働化（JIDOKA）。从这家企业的现实来看，再先进的生产线，也离不开高素质工人。

我们看看具备自动化制造体系中，人员所发挥的作用。自动化设备从细到粗可分为：

1、自动化器件，

2、具有自动化器件的设备（机器），

3、由若干设备（机器）构成的生产线。

而人在其中发挥的作用是四方面：

1、对自动化器件及机器进行控制编程，常见的编程对象是：可编程逻辑控制（PLC）、数控核心（NC）以及机器人（例如机器手、AGV等），这涉及到计算机知识和制造工艺知识。

2，操作预先编程的机器进行生产，例如下面这样的操作界面，要求操作者具备熟练操作技能：

3、设备与设备之间，亦即工序与工序之间进行协作，包括工作交接、物料转移等，遵循预先规划的制造过程，这是协调沟通的工作性质，基于业务流程规范。

4、根据产品或者订单的要求，进行制造过程规划、生产计划和现场调度，这是一项管理型的工作，涉及到制造工艺的业务专题知识以及计划排产等管理知识。

尽管制造业从计划调度（L3系统）到基础自动化（L2系统）具有标准的数字化参考架构，如下图所示，在上述四个层面上，仍然需要人工介入，来操作L3和L2系统，操作方式是基于IT系统界面的人机互动。

所以，在制造流程中减少对人员的依赖，无论是人员的知识因素（例如产品制造知识）、技能因素（例如协调能力、判断能力），还是体能因素（例如长时间工作的疲劳），无需让人操作IT系统，或者减少人员操作介入，而是让各级数字化制造系统之间、各个自动化设备之间能够互相自操作，这是制造业数字化最大的价值。

工业互联网提出了一种理想的企业内制造体系数字化互联形态，上下融合IT和OT，在OT层打通设备间通信，但是这种“制造中台”架构模式对于企业自身的数字化开发能力提出了很高的要求。就像流程机器人（RPA）解决了企业多个IT系统无法用中台方式进行彻底改造时，解决系统之间衔接的问题，制造业数字化应该也有“制造业RPA”的概念，实现IT/OT的联通。在制造业数字化中，不仅是用物理机器人来替代人，而且要用“软件机器人”来替代人。

非常巧，我最近这些关于制造业的“软件机器人”的想法，昨天在一位做了多年SAP顾问、前段时间开始创业的朋友那里得到了共鸣。他的方案是用“软件机器人”替代人去操作自动化制造系统，类似于RPA原理，同时软硬结合，由软件驱动机器手和机器人进行上下料、搬运等物理活动——这种“半自动生产线”是全自动生产线的前提，而且更加灵活，便于快速调整和重构。

不同工种的“软件工人”可以基于一个制造云平台，在云平台上通过图形可视化方式结合代码，来配置制造资源、过程规划、业务流程等，现在时髦说法是“低代码”，他们这个就可以叫“工业低代码平台”了，为免广告误导，我隐去了其公司名字：

下面这个视频是该朋友做的一个已经投产的项目，这种智能制造的思路和其他数据驱动、业务服务PaaS的“工业互联网”思路并不完全一样，着眼点在更好地利用现有设备，提升人机协作能力。这可能是解决前面提到那家民企困惑的方法。

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