卓越制造：物理-信息架构重组

在大多数人看来，制造系统与物理层系统几乎是等价的，信息不过是附属在实体之上。甚至一提到制造系统，很多人的第一反应就是厂房和设备。实际上信息层才是决定制造系统存在和性质的核心要素。物理层上的厂房和设备代表不了任何一个制造系统与其本质特性，但信息层的特性完全可以体现制造系统的实质。这就如同孔子本人突然出现在我们面前，我想没有人会认识他，甚至认为他是一个疯子。 但当我们读起《论语》的时候，孔子的睿智和高尚的形象会栩栩如生般浮现在我们的脑海中。信息层对制造系统的影响将越来越突出，未来它的重要性将超出我们想象。

制造系统中的有用信息可以分为两类：状态信息和指令信息（控制信息）。我们通过状态信息掌握制造系统的状态，再通过指令信息对系统状态进行调整，从而实现对制造系统的控制。

信息层更重要的作用在于它可以对制造系统进行模型化重构和结构化解析。例如，我们不需要开动机器实际地生产产品，只是通过节拍时间和各种参数分析就可以计算出某台机器的产能，构建不同条件下的产出模型。我们也不需要对生产线上的设备、工具和人员进行实际的分配和组合，只需要在纸面上就能够对各种生产要素进行需求解析，合理地配置产品-机器-人员的组合。我们甚至可以通过信息汇总和分析，确定未来一段时间的客户需求、资源配置、生产计划、投资组合等。

信息层是由物理层抽象出来的所有信息构成的集合。信息产生于物理层，但它并不附属于物理层。它可以被完全分离出来，透视整个制造系统。例如，一个简单生产效率指标就能够表现和透视工厂实际的生产运营状态和资源的利用情况。又如我们使用温度传感器探测设备的核心温度，并将数据传输至控制中心，软件系统绘制出一条温度变化曲线。这条曲线就是信息投影的模型，曲线反映的内容就是设备核心温度的状态。这条曲线所代表的温度信息与设备实际的温度状态实现了分离。而这条温度曲线又可以完全表述实际温度的变化。

对于信息层进行分析和建模会极大地提升我们对制造系统结构和运行机理的认识，将我们对整个制造系统的调控程度提升到一个全新的高度。

那么我们到底如何配置制造系统的物理-信息架构呢？通过前文的描述，信息层发生于物理层又反作用于物理层，信息层即可以分离于物理层又能够透视物理层。由此可见，物理层和信息层同处于一个闭环的系统框架下。例如设备出现故障会导致报警信息的生成，而生产团队会针对报警信息进行分析并制定解决方案，而解决方案又反过消除设备故障。从物理层和信息层之间交互逻辑来看，物理层和信息层之间存在一个闭环的调控结构，即分离通道、整合模块和融合通道。简单地说，制造系统的物理-信息架构必须能够实现物理层与信息层的分离、整合与再融合。信息的分离与融合通道用于制造系统状态信息和指令信息的分离和再融合过程，整合模块用以透视和分析制造系统的运行。上例中的故障报警是信息从物理层中分离出来，解决方案实施属于信息再融合进物理层中，而分析问题与制定解决方案就属于信息整合。

所谓的信息层与物理层的分离、整合与再融合的过程实际上是一切控制过程的实质。没有信息从物理实体中分离出来，我们就不可能了解系统的现状和问题，因此我们就不可能进行分析和规划，从而形成控制指令。如果没有报警信息，我们又怎么知道设备出现故障了呢？而没有再融合过程，控制指令就不可能干预系统的自我控制，因此我们也无法对系统运行进行调控。如果信息性质的方案不实施到物理性质的设备中，故障又怎么能被消除呢？没有信息的分离，我们就“看不见”；没有信息的整合，我们就“没办法”；没有信息的再融合，我们就“做不到”。

MRP系统是一个典型的信息层与物理层分离、整合和再融合的过程。MRP系统可以脱离实际的生产过程，在一个软件系统中模拟过程的运行。首先MRP系统根据物料编码规则和BOM（物料清单）将产品信息与产品实体分离。在MRP系统，产品并不是由实际的零件组成，而是由一系列代表零件的编码构成。然后，系统运行MRP过程，根据BOM计算出物料需求。MRP过程运行完成后，“虚拟的”生产过程其实已经在信息层上运行了一遍。MRP系统对众多的生产订单进行整合，在实际生产开始之前就已经确定了物料需求，即物料需求已经被整合了。最后，实际生产过程根据MRP系统整合后的生产指令和物料供应计划执行生产任务，即整合后的信息再次融合实际的生产过程中。

MRP系统能实现的信息层和物理层分离、整合和再融合的范围其实很小，仅限于产品系统中的物料需求而已。虽然MRP系统对于制造系统的物理层和信息的分离、整合和再融合的程度远远不够，但它的应用已经为制造系统带来巨大的进步。可想而知，如果实现整个产品系统、能量系统和控制系统的信息层与物理层的分离、整合与再融合后会给制造系统带来多么惊人的变化。

制造系统的运行过程会生成海量的信息，这些信息会从各个角度来描述系统的状态。将系统状态信息分离与物理系统，再对这些信息进行综合分析、设计、评价和优化，而这正是信息层的整合过程。信息层分离和整合的最终目的都是再融合，即调整和控制系统运行状态。因此信息层与物理层的再融合是制造系统物理-信息架构规划和设计的落脚点。信息层的分离与整合都应该以再融合为基本前提。

企业主要的活动过程基本都按照物理-信息的分离、整合和再融合的过程进行。产品的开发过程是将实际的客户需求分离整合，形成产品标准，再用产品标准限定生产过程。生产运营过程是将客户订单、产能状态和物料状态分离整合成生产指令，生产团队再根据生产指令安排实际的生产活动。

但是绝大多数企业对于物理-信息架构的分离、整合与再融合的程度太低，对信息层的分离和整合的结果无法透视制造系统的全息状态。也就是说，企业活动过程中存在大量的未知或模糊状态，使得企业时刻面临各种不确定的风险。企业的产品开发与生产运营的效率和可靠性都无法实现最优化。毫不夸张地说，信息层与物理层的分离、整合与再融合的程度决定着制造系统的卓越程度。

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