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《空天防務觀察》撰寫，旨在介紹和分析美國國家智能制造創(chuàng)新機構。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)新網絡計劃中 “智能制造創(chuàng)新機構”的獲勝團隊，已經醞釀了一年半的競標終于塵埃落定。該機構由能源部牽頭組建，將由獲勝團隊——美國智能制造領導力聯盟（SMLC）負責管理，筆者曾在該機構開啟競標之時就預測SMLC將會勝出。由于國內外利益組織對工業(yè)互聯網和工業(yè)4.0的技術性炒作，SMLC一直是比較神秘的存在，本文將給大家呈現美國官方對智能制造（Smart Manufacturing）的見解，展示他們所做的低調但意義重大的事情。
美國智能制造領導力聯盟（SMLC）于2006年成立，它一直負責的“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)新網絡的數字設計與制造創(chuàng)新機構成立之前，SMLC是美國唯一的由政府、工業(yè)界、學術界、研究機構、協會組建的智能制造研發(fā)促進機構。SMLC提出的相關智能制造概念、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、智能制造領導力聯盟
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)展技術密集型先進制造業(yè)，實現再工業(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、商務部國家標準與技術研究院（NIST）和國家科學基金（NSF）是智能制造的重要支持力量，近年來資助并設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“智能制造領導力聯盟”。
“智能制造領導力聯盟”（SMLC）是一個致力于構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、美國國家標準與技術研究院、國家科學基金、美國制造技術協會、機械工程協會等。SMLC負責的“智能制造”計劃與“輕巧成形技術”等計劃都是“智能美國”計劃的一部分。
SMLC的目標是構建一個基于云的、開放式架構的軟件平臺，集成了現有的和未來的工廠級數據、仿真和系統(tǒng)，并策劃業(yè)務的實時行動。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據集成到整個工廠和供應鏈，包括設計、工程、計劃和生產。集成智能制造系統(tǒng)需要實現面向多層數據管理與建模的生產運營中所有層級的實時動態(tài)界面連接。
多層數據管理
2008年，在國家科學基金（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世紀的智能制造，SMLC的工作組會議提出了“智能制造企業(yè)（聯盟）”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)新網絡中智能制造創(chuàng)新機構的競標，該機構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)化的技術和實踐的組合，它們將信息和通信技術與制造環(huán)境融合在一起，實現工廠和企業(yè)中能量、生產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)的增強應用，能夠實現新產品的快速制造、產品需求的動態(tài)響應、工業(yè)生產和供應鏈網絡的實時優(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。它建立了一個跨產品、運行和商務系統(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)界多以技術為導向提出智能制造的概念不同，SMLC采用以結果為導向來提智能制造，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)分了物聯網和大數據的主要作用層次?？梢哉f，實現智能的過程就是將數據轉化為信息、將信息轉化為知識、將知識轉化為智慧、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而達到的一個終極目標。因而，SMLC甚至歐美國家設立的若干個計劃和項目，研究的眾多使能技術與關鍵技術，都是在為實現“數據-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認為，智能企業(yè)/企業(yè)聯盟關注聯網的工廠和動態(tài)的供應鏈，它通過構建共享的、保護知識產權的智能制造硬件基礎設施和軟件基礎結構，將制造引向服務，實現物聯網和數據、服務聯網。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)互聯互通互感互知，智能制造就體現在多層、跨尺度的動態(tài)連接、時間控制、數據循環(huán)與自主活動中。
智能制造：多層的鏈接、時間、數據與活動
三、SMLC的工作要點
SMLC是為數不多的給出了“智能制造”定義的，而且提出了若干關鍵技術，包括：聯網的傳感器，數據互用性，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)（聯盟）”行動計劃就圍繞這些關鍵技術，確定了集成的發(fā)展路線。
五個連續(xù)路徑實現智能制造
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，對象和過程都體現了分布式智能，企業(yè)范圍內形成自感知、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測的工業(yè)。實現智能制造要分五步走：一，將數據轉化為知識，關注建模標準、數字化環(huán)境與信息基礎設施；二，將知識轉化為模型，關注智能化的工藝建模、仿真、分析與優(yōu)化；三，將模型轉化為關鍵工廠資產，關注工廠級的智能工藝實施與智能制造管理；四，關鍵工廠資產的全球化，關注企業(yè)（聯盟）級的智能制造；五，建立關鍵績效指標，關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)（聯盟）應該從工廠運行到供應鏈都是智能的，能夠全壽命周期地虛擬跟蹤資本資產、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)務和制造都是高效協同運行的。針對這一2020年目標，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，構建經濟可承受的工業(yè)數據收集與管理系統(tǒng)；三，在商務系統(tǒng)、制造工廠和供應商之間實現企業(yè)（聯盟）范圍集成；四，加強智能制造中的教育與培訓。
