顶级智能工厂的核心秘密

编者按

本文原载于2019年2月期《工业周刊》。作者约翰·希奇（John Hitch）为杂志自由撰稿人，长期撰写有关机器人技术、工业物联网、3D打印和人工智能最新制造趋势和新兴技术的文章。快速半径（Fast Radius）公司的芝加哥新工厂被世界经济论坛誉为九大顶级智能工厂之一，在第四次工业革命中遥遥领先。本文介绍了该公司通过分布式工业级3D打印和专有操作系统，满足对产品快速周转和大规模定制日益增长的需求。

运营北美“最聪明”智能工厂的首席执行官表示，数字化制造的快车道已经向所有人开放，但要融入其中需要的不仅仅是速度。

2018年，世界经济论坛将快速半径公司位于芝加哥的新工厂列为引领第四次工业革命的9家顶级智能工厂之一。该榜单今年已攀升至16家，但它仍然是唯一一家获得该荣誉的北美公司。这家专注于增材制造同时从事数控加工和注塑的合同制造商，从设计到交货都提供零部件和服务，并在速度和质量这两方面都取得了卓越的成功。

世界经济论坛特别指出，这些智能工厂“加速创新”，“通过分布式、工业级3D打印和专有运营系统，驱动实时分析、协同、设计、生产和全球交付，满足对产品快速转型和大规模定制的日益增长的需求。”

麦肯锡公司合伙人兼全球制造业主管恩诺·德布尔曾参加世界经济论坛关于9家顶级智能工厂的评选，他表示：“这些先驱者创建了一些工厂，将绩效提高了20%～50%，并创造了竞争优势。他们考虑了‘规模’效应，行动‘敏捷’，并重新设定了基准。”

这些公司能够获得该荣誉，是经过时间考验的最佳实践和最新技术在正确的时间、正确的地点融合的结果。

“这是一个前所未有的创新时代。”快速半径公司联合创始人兼首席执行官卢·拉西表示，“它并不只是一项技术。增材制造技术确实让我们感到兴奋，但从机器人技术到数字仿真，我们有一整套其他技术正在不断发展。”

即使是在几年前，也只有资本雄厚的大公司才有可能开发所有这些项目，但拉西表示，这种情况发生了变化。他说：“它们的美妙之处，在于它们变得容易获得。如今，任何一家机械商店或制造商都可以拥抱打印工具、夹具和固定装置。”

拉西表示：“每个制造商都可能需要反思这些新工具将如何取代他们的制造方法，看看他们是否需要在其中一些工具上进行新的投资。”

当然，要想成为真正的智能工厂，关键是要先消除无知。由于宣传过度和经验不足，这种无知会使任何新兴技术停滞不前。

“在这个行业有一种误解，认为我买一台3D打印机，把它插到墙上的插座上，就可以像使用一台2D纸张打印机一样，得到一个很好的零件。”拉西说，“我们所讨论的工业零件要复杂得多。在机器前和机器后都有一个工作流，其间需要输入和控制数百个变量，以确保可靠且可重复地获得工业级零件。”这样的话，速度就会很慢。拉西的一生几乎都在证明这个道理。

加速的需求

拉西在听了他的祖父路易斯讲述关于印第安纳波利斯500汽车赛的故事后，养成了关于速度和精度的嗜好。第二次世界大战后，路易斯和他的团队建造了一辆色彩鲜艳的橙色跑车——“Automobile Shipper Special”号，并用其参加比赛，在红砖赛道上飞驰。拉西的祖父也是底特律一家汽车零部件制造商，年轻的拉西当时还太小，从未见过赛车比赛，但他清楚地记得祖父灌输给他的经验：即使是质量上最微小的变化，也能极大地提高性能。

蜘蛛侠彼得·帕克从他叔叔那里学来了一句格言：“能力越大，责任越大。”这话并不一定完全正确，但它影响了拉西的成长，并影响了快速半径公司。按照世界经济论坛的说法，“快速半径”是美国“最聪明”的智能工厂。

尽管快速半径公司拥有卡本公司制造的美洲最先进的工业级机器，以及几台惠普多喷射融合打印机，但拥有领先的技术并不一定会成为最智能的公司。一些微小的调整，如更轻的材料、更符合空气动力学的形状或更快的生产时间，当它们叠加在一起时，才会产生巨大的影响。

拉西说：“对于一个急需备件的航空航天客户，我们能够收到订单并使用增材制造技术进行制造，确认其有效并在48小时内将其送达全球任何一个地方，而这在以往通常需要48天。”

还有一个案例，快速半径公司创建了一个虚拟零部件仓库（零部件以数字形式存在，直到需求到来之时），为一个重型设备制造商存储3000种零部件。随着时间的推移，这些零部件的种类还会逐渐增加。

拉西解释说：“根据经验，储存零件的成本是零件总成本的25%。”因此，一个产品制造商如果需要存储零件长达10年或更长时间，那么它在存储上的花费就会超过生产成本。

拉西表示：“当你考虑供应链的成本时，这些数字具有真正的价值。”早在拉西任职之前，快速半径公司就已经采用了一种新的方法，当时该公司名为CloudDDM，在联合包裹公司（UPS）位于路易斯维尔的世界港建设生产设施。零部件几乎可以在瞬间打印、装箱并运输，就像是在供应链上打开了一个虫洞。

构建卓越制造能力

卓越的制造能力不是遗传而来，而是通过多年的经验积累而获得的。拉西的制造旅程是从很小的地方开始的：在他爷爷的机加工车间扫地，然后慢慢弄明白数控编程，后来成为了车间的质量控制员。

这位未来的工程师在圣母大学攻读本科课程，磨练自己的机械思维；接着在密歇根大学攻读研究生课程，以积累管理技能。20世纪90年代末，他飞往巴西南部，帮助克莱斯勒公司设计一家新工厂。

随后，拉西回到美国，在麻省理工学院攻读MBA，之后成为麦肯锡的合伙人，为制造业高管提供咨询意见。从机器人到工业物联网（IIoT）再到3D打印，他几乎领导了每一个重大的先进制造领域的研究。

拉西解释说：“我帮助他们把注意力放在理解周围发生的事情上，并了解他们可能会受到的干扰。重要的是，领导者要认识到世界正在发生变化，并想出如何采取行动、进行实验，以及如何适应周围发生的变化。”

拉西当时注意到了一件事，那就是“高管们知道变革即将来临，却不清楚如何采取行动”,并认为现在的公司仍然如此。

解决这个复杂问题的第一步是拉西离开麦肯锡并促进创建数字化制造和设计创新研究所(DMDII)。该研究所为一个9290平方米的创新中心，主要由美国政府资助，重点关注改善增材制造的方方面面,其中包括经济学和材料等。

在快速半径负责人拉西看来，随着经济的发展，连机器车间（例如他以前打扫的车间）现在也可以使用最先进的技术来提高效率并缩短交货时间，就像他的祖父70年前对机械动力总成所做的那样，整个事情兜了个圈，又回到了起点。

不同之处在于，作为世界经济论坛灯塔网络而非竞争性赛道的一部分，快速半径公司同意分享它加速创新的秘密，即如何在设计室、工厂车间和供应链中做哪些微小的改变来影响全球变化。

拉西说：“我们用自己制造的东西来养活、驱动和连接世界。我们现在有了新的强大工具，可以让新事物成为可能。”