制造業(yè)是現(xiàn)代社會(huì)賴以生存與發(fā)展的基石。中國的制造業(yè)（即第二產(chǎn)業(yè)）占國家生產(chǎn)總值的一半，其重要性顯而易見。

近年來的國際形勢撲朔迷離，不少國家設(shè)置了各種政治與經(jīng)濟(jì)的籬藩，原材料與零部件的供應(yīng)隨時(shí)可能短缺，市場與服務(wù)也可能難以持續(xù)。另一方面，由于社會(huì)發(fā)展加速，產(chǎn)品的生命周期不斷縮短，策劃不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能過剩，造成很大浪費(fèi)。此外，為了提高質(zhì)量與效率，制造工程中所用到的機(jī)器的精度與速度不斷提高，經(jīng)常被推到其能效的極致，所以故障在所難免。故障發(fā)生時(shí)機(jī)器的快速修復(fù)，以及制造生產(chǎn)的不停頓十分重要。今年年初的新冠病毒在全球大流行，更使得制造業(yè)雪上加霜。因此有遠(yuǎn)見的公司都在考慮制造系統(tǒng)的韌性，即韌性制造。

韌性制造是一些美國學(xué)者最先提出的。它與近年來興起的韌性系統(tǒng)理論相關(guān)。韌性系統(tǒng)理論與可靠性理論不同，它主要是審視當(dāng)系統(tǒng)受到外部攻擊或內(nèi)部損壞時(shí)的應(yīng)對方法。目前韌性系統(tǒng)的理論還不成熟，但應(yīng)用范圍卻很廣，包括地區(qū)經(jīng)濟(jì)的韌性、運(yùn)輸系統(tǒng)的韌性、食物供應(yīng)系統(tǒng)的韌性、生態(tài)系統(tǒng)的韌性及心理韌性等，但國內(nèi)對此關(guān)注度不高。例如，洛克菲勒基金會(huì)資助了一個(gè)叫做百座韌性城市（100 Resilient Cities）的計(jì)劃，許多國際大都會(huì)如紐約、倫敦、巴黎、洛杉磯都參與了，而國內(nèi)只有湖北黃石、四川德陽兩個(gè)城市參與，重視度明顯不夠。

筆者認(rèn)為，韌性制造包括三方面：創(chuàng)新、布局、控制。

第一個(gè)方面是創(chuàng)新。創(chuàng)新包括材料創(chuàng)新、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、制造技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)品服務(wù)創(chuàng)新。根據(jù)摩爾定律，計(jì)算機(jī)的能力每18個(gè)月就會(huì)翻一翻，隨之帶動(dòng)各種產(chǎn)品的更新?lián)Q代。陳舊的產(chǎn)品很快就會(huì)被更好、更廉價(jià)的新產(chǎn)品所取代，所以必須創(chuàng)新。一個(gè)好的創(chuàng)新產(chǎn)品將為公司乃至社會(huì)帶來福祉。

由于制造業(yè)的涉及面非常廣，一個(gè)公司不論大小都不可能囊括其業(yè)務(wù)所涉及的所有技術(shù)。因此，安排好創(chuàng)新的人力資源最為重要。創(chuàng)新的人力資源包括本公司的研發(fā)隊(duì)伍以及外協(xié)單位，利用外協(xié)單位的資源是重要的杠桿。

我們注意到美國公司特別是美國高科技公司，常用并購、聘用、挖人等方法獲取新技術(shù)。日本公司則注重長期合作、步步為營。前者見效快，后者質(zhì)量高。我國的制造業(yè)起步晚，中小企業(yè)特別缺乏創(chuàng)新人才。但國家重視理工科教育，近年來在大學(xué)和研究所集聚了不少人才。政府還設(shè)立了獎(jiǎng)勵(lì)政策，鼓勵(lì)公司與大學(xué)及研究所合作。我們建議學(xué)習(xí)日本的經(jīng)驗(yàn)，注重長期合作，把創(chuàng)新與質(zhì)量同時(shí)做好，以保障創(chuàng)新成果能夠得到社會(huì)的認(rèn)可。

第二個(gè)方面是布局。 要使制造系統(tǒng)具有韌性，布局十分重要。布局包括原材料與零部件供應(yīng)鏈布局、制造系統(tǒng)布局、產(chǎn)品銷售與服務(wù)網(wǎng)絡(luò)布局。我們研究了制造系統(tǒng)的布局，發(fā)現(xiàn)要提高制造系統(tǒng)的韌性除了傳統(tǒng)的方法，如增加備用設(shè)備、增加堆棧外，還有三個(gè)方法。

（1）平衡制造系統(tǒng)的節(jié)拍。制造系統(tǒng)通常由多個(gè)工作站組成，每個(gè)工作站有一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)床，用特定節(jié)拍完成特定的工作。要提高制造系統(tǒng)的韌性，各工作站的節(jié)拍必須平衡。否則就會(huì)產(chǎn)生瓶頸，制約整個(gè)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。此外，在故障發(fā)生時(shí)，瓶頸會(huì)特別脆弱，很容易導(dǎo)致整個(gè)制造系統(tǒng)停頓。

（2）使用可重構(gòu)機(jī)床。所謂可重構(gòu)機(jī)床是指通過簡單操作即可改變其功能的機(jī)床。這類機(jī)床首先是由美國密歇根大學(xué)提出的。他們設(shè)計(jì)了一臺(tái)機(jī)床，通過簡單的操作即可把機(jī)床變成車床或銑床。可重構(gòu)機(jī)床比一般機(jī)床要貴，但在其他機(jī)床發(fā)生故障時(shí)其可以重構(gòu)，從而保證整個(gè)制造系統(tǒng)的不停頓運(yùn)行。

（3）使用可移動(dòng)堆棧?？梢苿?dòng)堆棧由AGV（Automated Guided Vehicle）、機(jī)械臂及堆棧所組成。與傳統(tǒng)的機(jī)械臂—堆棧組合相比，費(fèi)用增加不多，但堆棧的容量可大大增加，從而提高制造系統(tǒng)的韌性。

此外，對于生產(chǎn)多種類型產(chǎn)品的復(fù)雜制造系統(tǒng)，在一臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，還可以通過調(diào)度，先行加工不需使用這一機(jī)床的產(chǎn)品，從而減少損失。

我們認(rèn)為上述的方法也適用于其他系統(tǒng)，如運(yùn)輸系統(tǒng)。

第三個(gè)方面是控制?？刂朴腥齻€(gè)層次。第一個(gè)層次是將制造系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備分別控制，目前大部分公司都是這樣做的。第二個(gè)層次是將制造系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備連接起來，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析及邏輯編程器（PLC）進(jìn)行集中控制。目前有部分公司已經(jīng)開始實(shí)施，有些公司還加入了數(shù)字孿生軟件，使整個(gè)制造系統(tǒng)的運(yùn)作可視化。第三個(gè)層次是在第二個(gè)層次的基礎(chǔ)上引入智能控制。智能控制分三步：監(jiān)控、診斷及控制。監(jiān)控是快速地檢測出故障，診斷是找到故障原因，控制是采取措施，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。智能控制的關(guān)鍵技術(shù)是人工智能。

在制造系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)遇到“數(shù)據(jù)孤島”的問題：首先，由于傳感器昂貴或難以安裝，數(shù)據(jù)采集能力有限，無法獲得制造系統(tǒng)的完整信息。其次，只有大量系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)，故障數(shù)據(jù)很少。此外，許多故障數(shù)據(jù)無法獲得。所以，數(shù)據(jù)雖多，有用的信息卻不夠。為了解決這一問題，智能控制必須有好的算法。我們的研究結(jié)果表明，對抗神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)（Generative Adversarial Network）行之有效。對抗神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)組成。一個(gè)用于描述被控制系統(tǒng)的特征。它與傳統(tǒng)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)相似，可以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)建立模型，并對新的數(shù)據(jù)所對應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。另一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)則結(jié)合已有的數(shù)據(jù)及預(yù)先設(shè)計(jì)好的輸入自舉生成各種故障數(shù)據(jù)。對抗神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法將同時(shí)訓(xùn)練這兩個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，最后構(gòu)造出完整的控制算法。我們把這一方法用在機(jī)器人焊接系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明其實(shí)時(shí)監(jiān)控能力可達(dá)97%，比傳統(tǒng)的方法提高12%。

韌性智能制造是一個(gè)大課題，它會(huì)直接影響到一個(gè)公司甚至一個(gè)地區(qū)制造業(yè)的興亡。它涉及的技術(shù)多，包括材料工程、機(jī)械工程、電氣工程、工業(yè)工程、計(jì)算機(jī)工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)等。我們建議有需求的公司及早開始，通過創(chuàng)新、布局及控制，建立起自己的韌性智能制造系統(tǒng)。

（作者單位分別為中科健齒科技有限公司、華南理工大學(xué)吳賢銘智能工程學(xué)院）