美国制造的开拓之旅：第三届美国物联网与智能制造考察纪行-黄培-信息化博客

美国制造的开拓之旅：第三届美国物联网与智能制造考察纪行
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2016年10月29日至11月7日，e-works组织的第三届美国物联网与智能制造考察成功举行，我常常回忆起这次探索之旅的许多精彩场景。而每当回忆起此次考察时，我的脑海中总会萦绕着那首举世闻名的德沃夏克《自新世界交响曲》。此次由李培根院士挂帅的深度考察，是中国制造业企业家第一次深入走进美国中东部，感受美国制造业的发展前沿，具有史诗般的里程碑意义。

考察团在MIT的合影

此次考察有来自34位新能源、轨道交通、工程机械、造纸、汽车、光通信、机床、仪器仪表、农机等行业的知名制造企业，来自工业软件、工业自动化解决方案提供商，以及来自高校和科研院所的负责人参加，加上李培根院士和e-works的四名陪同人员，一共39人，非常具有代表性。考察团一路上浩浩荡荡、长途跋涉、披星戴月，先后前往波士顿、匹兹堡、格罗夫城（Grove city）、底特律、克利夫兰、芝加哥、莫林等城市，考察了PLM和物联网巨头PTC总部、三菱电机北美研究院、ANSYS总部、GE再制造工厂、Key Safety Systems(KSS，汽车安全系统制造商)、福特、罗克韦尔自动化的技术支持中心和电子制造工厂、约翰迪尔播种机工厂，以及美国数字制造与设计创新研究所九家极具代表性的美国企业和研究机构，取得了丰硕成果。

部分考察团成员在底特律市Belle Isle岛的留影

此外，考察团还探访了哈佛大学和麻省理工学院（MIT），与底特律华人商会进行了交流。一路上，考察团成员进行了深入的交流与研讨，最后在芝加哥正式举行了总结会议。考察团还品尝了著名的波士顿大龙虾，欣赏了美国深秋的红叶，参观了著名的芝加哥艺术博物馆、领略了芝加哥市中心密西根湖畔的美景，到访了福特汽车博物馆和位于底特律市美国与加拿大交界处的小岛Belle Isle，可谓美不胜收。真的有太多亮点值得细细回味，本文概要地总结一下此次考察的成果。

从密西根湖眺望夕阳下的芝加哥市

亮点一：工业物联网在制造业深化应用

PTC公司近年来先后并购了ThingWorx、Coldlight、Kepware、Vufovia等公司，形成了物联网应用的开发平台，具有传感器数据采集、物联网数据分析和数据展现的一体化解决方案。此次考察第一站，e-works就来到PTC公司的总部，并参观了PTC物联网平台和增强现实技术在支持产品创新、生产制造和维修维护方面的应用演示。PTC公司全球CEO Jim Heppelmann先生就制造业物联网应用和PTC的发展战略发表了演讲。

PTC公司CEO Jim Heppelmann先生接待考察团

PTC展示的物联网在智能服务中的应用

PTC展示的物联网在智能车间环境下的应用

考察团参观了GE Transportation位于宾夕法尼亚州的Crove City的再制造工厂，该工厂主要负责对内燃机车的再制造。老型号的机车在这里全部进行拆解，再通过检测确定可以继续使用的零部件，例如箱体，然后再将部分新的零部件进行装配。在此过程中，每一台机车的新旧零部件信息和相关的参数，都会存储到GE的Predix工业互联网平台。日后，这些再制造的内燃机车，与新造的机车一样，可以通过Predix平台进行远程监控，实现预测性维修维护，非预测性停机时间可以减少20%。我国的青藏铁路就使用了GE制造的内燃机车。

GE Transportation的内燃机车再制造工厂应用了Predix平台

亮点二：政府、企业和高校协同推进数字制造

此次考察，我们参观了美国国家制造业创新网络已建成的九个研究之一的数字制造与设计创新研究所（DMDII）。DMDII成立于2014年2月，目前已获得美国国防部8500万美元的经费，以及来自工业界的会员费和承诺投资2.7亿美元，已完成35个研究项目，政府、企业和高校协同推进数字制造。企业会员分为三个级别，需要支付不同级别的会员费，也获得不同等级的权益；高校则通过投入人力资源的方式，来分摊研究费用。这种方式责权利很清晰。DMDII利用这些经费发布研究项目，由会员来申报和具体承担项目。目前，DMDII的研究领域包括先进制造企业（AME）、智能机器、高级分析、数字制造公共服务平台和工业安全等。DMDII位于芝加哥市中心，由一座废弃的工厂厂房改建而成，提供了近万平米的车间和各类加工设备、增材制造设备和测试设备，也提供了很大的展示和研发场地，提供给会员使用。

DMDII：政府、企业和高校协同推进数字制造

DMDII的工业界会员

DMDII目前主要研究的方向

与李培根院士在DMDII的合影

亮点三：重视用自动化、智能化技术提升车间现场管理

此次考察，我们参观了罗克韦尔自动化的电子厂、约翰迪尔的播种机工厂，这两家工厂很有代表性。

罗克韦尔提出互联企业的理念，强调IT与OT的融合和工业安全。OT 主要针对工业设备领域，如机器、控制器、传感器和执行器，IT 则围绕端到端的业务流程，其中包括ERP 和CRM 系统、供应链管理、物流、人力资源和财务。位于克利夫兰的罗克韦尔电子组装工厂生产PLC产品，工厂只有两百多名工人，但产值高达10亿美元，生产率很高。该工厂应用了罗克韦尔自己的MES系统，在表面贴装、焊接、质检、装配、返修、性能测试、包装等工艺环节实现全程数据采集，每条SMT产线都有大屏幕实时显示OEE、合格率等指标，通过MES系统显著提高生产效率、降低在制品库存、实现准时交货、减少缺陷率，并实现与ERP系统的信息集成。该工厂还应用了垂直旋转货柜，存放各种电子元件。

罗克韦尔电子工厂（来源：腾讯视频）

约翰迪尔的播种机工厂在经营环境并不景气的情况下，投资了5800万美元进行智能化改造,大大减少了人工。产品采用了模块化设计，可以根据客户需求进行产品配置。该工厂广泛应用了焊接机器人，采用了粉末喷塑工艺，非常环保。喷塑工艺自动化程度很高，只需要两个工人进行检查和喷塑。整个工厂建立了悬挂式输送链，还应用了由丰田汽车开发的一套柔性的部件装配线，AGV配料小车上面有机械手，托举零件完成部件装配，还有显示屏幕显示相关的工序文件。

约翰迪尔的播种机工厂（图片来源于互联网）

亮点四：仿真驱动产品创新，支撑物联网应用

考察团前往位于匹兹堡的全球仿真软件领导厂商ANSYS公司的总部，ANSYS公司CEO Jim Cashman先生热情地接待了考察团。Jim Cashman先生指出，在帮助企业实现创新的进程中，工程仿真技术正发挥着越来越重要的作用。如今，越来越多的企业都认识到采用仿真技术代替物理样机试验的价值，不但可以降低成本，缩短研发周期，还可以提升企业的创新能力和产品的竞争力。可以说，工程仿真技术是工业创新的重要数字化环节，是工业创新的重要驱动手段。

李培根院士与Jim Cashman（左）等ANSYS高层交流

ANSYS公司在应用仿真技术支撑企业物联网应用方面开发了全方位的仿真分析解决方案，包括芯片-封装-系统设计、天线设计与布置、传感器和微机电系统设计、电源与发热管理、嵌入式软件开发、面向极端环境的设计，以及虚拟系统样机等。这些仿真手段能大大减少实物试验，优化物联网系统的性能。

通过仿真分析和物联网应用，提升风机的运营效果

ANSYS展示了一个风电应用的典型案例。通过ThingWorx物联网平台，将采集的机器运营数据进行处理，并通过仿真云平台对采集的数据进行仿真分析；再根据分析结果，通过物联网平台计算出需要采取的优化方案，传递给风机，从而提升风机的运营效果。

亮点五：积极推进开放的原始创新

考察团此次北美执行，目睹了很多企业高度重视产品创新，尤其是具有前瞻性的原始创新，非常值得中国企业借鉴。

我们在波士顿参观了三菱电机的北美研究院（MERL），MREL的副总裁，IEEE Fellow张锦云女士热情接待了考察团。该研究院拥有60名高级研究人员，其中包括4名IEEE Fellow，每年有超过150篇专业研究成果在重要的会议和期刊上公开发表。主要从事的研究方向包括电子与数字通信、多媒体处理、数据分析、计算机视觉、机械电子和优化技术。研发了很多前沿技术，引起考察团成员的浓厚兴趣。例如，将多个人同时说话的语音进行识别，分辨出每个人说话的音频；将增材制造技术与五轴数控技术结合起来，确保总是通过零件表面的法向添加材料，从而提高材料的强度。这种前瞻性的研究成果，确保三菱电机作为全球五百强企业可以勇立潮头，也体现了全球化公司的远见卓识。

五轴增材制造技术

考察团在底特律参观了汽车安全系统的领先企业KSS（百利得）公司。KSS公司是一家生产和设计汽车安全气囊、座椅安全带、方向盘和汽车全方位安全集成系统的全球领军企业。在14个国家有32个工厂，5大研发中心分布在全球各大洲。在中国上海、湖州、苏州和天津设有工厂。2015年销售额约16亿美元，2016年预计销售额将达到17.5亿美金。今年五月，KSS成为宁波均胜电子的全资子公司。

近年来，该公司着力研发主动安全产品。考察团在KSS的实验室体验了该公司新研发的主动安全产品，该系统可以自动识别人脸、眼睛的位置和形状。一旦识别出驾驶员打盹，会拉紧安全带，或者震动方向盘提醒。该公司研发的方向盘可以自动感应各个方向的附近的车辆，通过环绕方向盘的LED灯进行警示，以确保驾驶安全。

厦门金龙汽车座椅公司的方真群总经理体验KSS的主动安全系统

亮点六：制造业的体验式营销

考察团参观了位于Dearborn的福特汽车(Ford Rouge Factory)的F-150皮卡工厂。该工厂的展览馆有两个剧场。第一个剧场播放了展示了福特汽车的历史与文化的纪录片；第二个剧场则通过4D效果，采用多媒体和激光特效，展示了F-150的制造过程，效果非常震撼，展示了F-150从概念设计到加工、下线的全过程，让我们沉浸其中，就像观看了一部美国大片。然后，考察团走进F-150的总装厂，观看皮卡的装配过程。这是一个体验式营销的典范。F-150是目前福特公司唯一一种在美国境内组装的车型，每年在美国的销量有几十万辆。

福特F-150的体验式营销

考察期间，李培根院士多次给参加考察的企业家讲解和分析，为大家释疑解惑。在考察结束之前，考察团还举行了总结会议，大家各抒己见，分享自己对此次考察的收获。参加考察的企业家都认为，此次考察是一次创新之旅、开拓之旅和收获之旅。考察的行程非常紧张，但一路上大家交流得非常深入，也是一路欢声笑语。在考察的间隙，企业家们进行了轻松愉快的畅谈，交流企业的智能制造实践与体会，此次考察也是一次友谊之旅。