工业40时代下实验室体系建设.docx
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工业40时代下实验室体系建设
浅谈“工业4.0”时代下实验室体系建设的想法
“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。
这一概念在欧洲乃至全球工业业务领域引起了极大的关注和认同。
它描绘了制造业的未来愿景，提出了继以蒸汽机应用、规模化生产及电子信息技术发展为主的第三次工业革命之后，人类将迎来以信息物理融合系统（CPS为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。
这其中，最具代表性的企业就是德国西门子，它代表着工业企业及全球工业领域和创新的先驱及标杆。
第一次工业革命
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第三次工业革命
第四次工业革命
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图1.四次工业革命的发展进程
1.“工业4.0”所带来的挑战
近几年的统计数据表明，产品开发流程在不断的变革。
市场环境
变化和客户对新产品的认知程度和新要求不断影响着产品的开发过
程。
产品复杂性的增加，一方面是为了适应“多元化市场”而产生的
产品及衍生产品的多样化；另一方面由于电子元件以及嵌入式软件的稳步增长，即“机电一体化”。
工业领域的数字化和信息化所面临的挑战可谓像是一个开放式心脏手术，困难重重。
但为使数字化企业中巨大的生产潜力得以最大限度的发挥，我们需要扫除在企业发展和生产中的重重困难。
首先，德国工业提出的“信息孤岛”概念是企业最大的障碍。
这一问题可以存在不同领域、不同企业以及企业研发、生产及运营的各个环节。
这一点当前大多数在改革浪潮中得以生存下来的企业通过积极改革业务领域，更深层次以产品为核心的跨企业合作和海外业务等途径得到一线生机，例如积极发展OEM/OD业务甚至定制化方案针对行业标杆及海外巨头企业取得合作关系，以通过这些行业高端企业甚至行业外企业对产品要求的特殊性，更新和优化目前企业所执行的研发、生产和运营管理。
其次，考虑到行业差异性和针对不同行业由数字化企业搭建的软件平台的特殊性，例如执行更便于产品生产周期管理的IPD
流程，引进面向制造企业车间执行层生产信息化的MES系统等。
然后，数字化企业的标准和开放性是实现其经济效益的关键前提。
最后，必
须确保应具备数字化企业和真实企业相集成的工具和通信结构，也就
是使二者之间的融合。
这其中，西门子工业自动化集团以及美国国家仪器有限公司就是这种融合的贡献者和受益者。
2.企业级实验室构建的意义
真实企业可以积极利用数字化企业所提供的信息技术平台提高
企业执行过程的效率。
信息技术系统在工业支持中控制着许多流程，从产品生产、生产规划、工程与生产，直至维护保养，涵盖了整个价值链和整个生命周期。
从大的生产管理发展方向来说，企业执行IPD
流程管理，构建MES系统等都是引进数字化企业信息技术平台的实际手段，而对于研发生产类的制造业服务部门来说，实验室机构担任了产品最大的生命力支撑。
目前国内的企业级实验室体系很少能够达到较高的信息化水平。
其原因主要基于两点，第一：
制造企业中的实验室机构不同于专业的第三方实验室服务机构，主要目的不为盈利而建立，其作用一般为产品在设计阶段的品质保障和验证服务以及产品失效故障的有效分析提供支持，因此大多数企业级实验室都不能形成明显可观的经济效益；第二：
企业级实验室机构的信息化程度不被重视，引入数字化企业的信息技术平台，需要耗费巨大的成本以及人力。
大多数制造型企业将重点放在研发和生产两个阶段，而实验室机构介于其间并不能得到很高的发展认可。
然而实验室机构的服务对保障产品生命周期担任着非常重要的角色，它就像是一把掌握产品质量的手术刀，如何能够让一台手术最终能够完美成功并且不遗留后遗症，关键在于操控手术刀的技术水平如何。
产品生命周期是一个很重要的概念，它和企业制定产品策略以及营销策略有着直接的联系。
时问
图2.产品生命周期曲线图
企业管理者要想使产品有一个较长的销售周期，以便赚到足够的
利润来补偿在推出该产品时所投入的一切成本以及经受的一切风险，就必须研究和运用产品的生命周期理论。
产品生命周期主要是营销人员用来描述产品和市场运作方法的有力工具。
但是，在开发市场营销战略的过程中，产品生命周期却显得有点力不从心，因为战略既是产品生命周期的原因又是其结果，产品现状可以使人想到最好的营销战略，在预测产品性能时产品生命周期的运用也受到限制。
那么如何使产品具有在当前行业及市场中具有较好的现状情况，除了对市场需求
超前的预估和相匹配的研发实力以外，产品的质量可靠性和产品链的完整性起到至关重要的作用。
质量检验部门需要在较短的时间内对产品进行完备的评估和测
试，以验证产品确实满足设计要求甚至优于要求。
质量检验部门所参与的时间在这一过程中决定了产品进入生命周期的开始节点，同时对
产品成长期的延长和成熟期的稳定发展有积极的作用，一款产品能否
顺利进入市场获得认可并且逐渐得到畅销，极大限度的获取市场价值和经济效益，其质量可靠性从始至终都担任着保驾护航的作用。
产品现状决定了其生命周期的延续性，而质量检验服务能够验证产品的现状情况和预测产品的未来成长。
对一般制造型企业来说，实验室机构担负着质量检验的重要责任，如何构建一个具有高时效性和高质量把控力的实验室，在企业经济效益体系中就显得尤为重要了。
企业级实验室的信息化构建能够给制造型企业带来的经济利益，并不具有实际
效体现，但却可以有效延长产品的生命周期，由产品增加的成长期经济收益和减少的衰退期维护费用来表现。
3.实验室发展战略的调整
“工业4.0”迫使几乎所有从事制造业的企业面临同一个任务：
反思自己的战略，可能还要做根本调整。
从某种层面来说，标准化实验室机构（取得某一地域或公认机构的体系认证）的发展同样面临着这一难题。
企业构建实验室机构的初始目的即检测服务，为产品的质量做评估和预测。
实验室机构随着技术实力的不断提升和产品检测服务的效力不断增大，在发展的过程中会努力取得标准化认可，以获得产品开发阶段及生命周期中更多的话语权。
但在步入标准化的过程中，由于检验设备、运营管理、人员技能和场地限制等因素的影响，检测评估的效力在一段时间内将会达到瓶颈，甚至倒退。
如何实现突破，这就需要从根本上进行战略调整，将信息化建设提上议程，构建一个以标准化执行，信息化控制相融合的实验室体系。
4.标准化执行体系
首先，从根本上如何来实现标准化执行？
主要有以下几点建议：
1）检测条目必须具有完备的实施准则。
以保证任何参与检测活动的人员不论技术水平如何均可符合最终检测要求。
需要制定标准化执行条例，细化各个环节的要求细则，所有参与人员需要通过参加培训最终获得管理者以及投票认可才可以执行检测活动。
2）检测设备必须依照标准满足要求。
该条件主要是为了满足标准化检测的硬件需求，对于部分检测设备，如果不满足标准化要求，则不应列入标准化检测活动范围内，而由专门人员单独进行，区别对待。
3）建立一个具有较高技术水平的精英团队。
由于标准化的执行，该团队不需要评估检测活动的有效性和结果，其技术水平主要提现在提供产品开发阶段的原理分析能力、检测指导能力以及检测行为可优化性的分析能力，同时也需要具备信息化发展所需要的某一类技能，这一点下面将会提到。
4）指派专门人员执行检测活动的监督工作。
该人员必须从具有较高技术水平的团队中挑选而来，即是标杆也是代表。
检测人员需要
一致认可该人员的技术水平，同时需要具备公平、公正、公开的人格。
5）检测活动依据工作类型进行分工，确定每个岗位的检测活动范围每个岗位具有标准化工作量，依据所涉及的检测活动类型不同，建立不同的工作小组，需要细化每个小组各人员的职责，原则上不应跨类型活动，目的是为了保证检测能力的一致性以及技术能力的深入性。
6）针对检测活动的流动性，执行可操作的后补机制。
将人员的发展列入标准化细则，确定由于检测活动的流动性和人为因素造成的人员缺失所需要的后补人员的来源。
产品
图3.检测活动的标准化执行过程
上述工作确保了标准化实验室的顺利执行，同时也是保证实验室完成日常工作任务的必备环节。
信息化建设基于以上环节的完备性，可以更加有效的发挥效力。
5.信息化控制体系
“工业4.0”概念提出了信息物理融合，最具代表性的产品就是智能手机，简单来说也就是硬件和软件结合，注入人为思想，以使硬件产品具有一定的思考和活动能力。
分析实验室体系，从宏观来看，各类电子设备可以看做硬件设施，而检测人员和检测手段则是软件设施，如何将管理者和客户的思想注入软件设施中，保证硬件产品智能
地依照战略发展方向共识性地运转，同时具备较高的运转效率，这是一个很大的难题。
“工业4.0”概念的伟大之处在于在这一阶段中不仅提出了一系列的发展难题，同时也展开了无数的解题方法。
M2M（机器对机器通
信）也是一个很早就提出的概念，并在德国成立联盟组织，但随着“工业4.0”的蓬勃发展，这一技术才取得了重大突破，目前已经发展成为一个企业自动化和信息化的重要解决方案。
M2甘旨的是终端设备之
间的数据交换，类似机器人流水线和计算机控制的制造中心等。
目前
广泛被企业级实验室机构以及自动化工业运用的PXI技术，是M2M既
念的杰出成果，它为物物相联提供了软件平台和硬件接口，使得各类检测仪器相互通信提供了可能，也使得信息传输更加智能和有效。
除此之外，相对简单的设备与计算机之间互联通信，类似嵌入式控制系统、上下位机以及PLC控制系统等等，这些也都属于M2M范畴。
机器无法代替人类思考，但是机器可以依据人类的思维更便捷地传递信息和更快速地工作，利用M2M既念实现信息化发展的建设，是一个较为有效的途径。
如何在不大幅度增加建设成本的基础上，通过人员及工作方式的优化，进一步完成信息化建设的战略目标，是一个需要时间和技术经验考验的过程。
1）建立专门针对信息化建设开展工作的团队。
这一个团队中的所有人员，必须具备软件或者硬件技能，或者其本身具备的技能可以为信息化改良服务。
人员主要来自精英团队，但也可以来自检测小组或其他人员。
其主要工作为检测活动或检测服务支持等本职工作，而信息化建设属于其本职工作以外的任务。
2）以项目合作为形式开展信息化改善。
为了同样实现标准化管
理，每个项目需要下发正式任务书。
参与人员可以来自任何一个小组，不论是技术人员还是服务人员，只要符合信息化技能要求均可任职，一旦签署任务书，则整个项目生命周期自始至终必须履行相应职责，监督人员起到一定的监督和督促作用。
3）项目可由多个部分组成，但最终必须符合M2M既念。
为了保证信息化建设具有可拓展性和信息更新能力，需要考量每个项目是否具备M2M勺发展趋势，如果暂时没有，是否可以通过更新版本加入可通信化的接口或软件协议来优化，满足上述两点才可列入信息化建设的项目。
4）有完备的考核奖惩制度。
每个项目节点需要贡献结果，该结果的达成由项目参与人员经分工共同完成，由项目组织者整理提出。
例如概念期公示概念设计、设计期展示产品样板等，都必须经过公开评定获得相应的奖惩参考，例如以计分的方式来实现公平。
必须有奖惩制度并且公开得到大众接受，以此促成所有人员能够达成任务上的一致性，同时又形成相互竞争关系。
5）共识机制的建立。
项目的建立、开展和成果评估，需要有统一的管理条例，如何让执行人员能够愿意贡献本职工作外的时间参与，这就需要一个共识系统的建立。
在电子程序中实现共识性比较容易，因为程序可以依照程序员的设计目的统一执行指令，然而人是思想主导的事物，具有一定的可变性，因此这是一个难点，下面将会谈到。
6.共识机制与工作量证明
2017年5月12日，比特币勒索网络病毒在全球范围内迅速蔓延，这使得数字货币再次得到了大部分人的关注。
随着互联网经济的蓬勃发展，数字货币所运用的区块链技术也在近几年得到了大量应用，然
而这一技术的原理却鲜为人知。
区块链所提出的一些思想理论可以被用来建立模型，在企业管理和运营中得以运用。
模型1:
共识机制。
如何达成共识---只有去中心化的结构体系下才能成为问题。
去中心化在区块链系统中指的是不需要一个第三方的担保机构来证明系统的可靠性，而由各个节点相互影响达成共识现象，不存在强制性的中心控制功能。
系统的共识由中心决定，参与方只需要服从这个中心即可，在去中心化结构体系中，当出现分歧的时候，如何达成共识就成了问题。
建设信息化战略发展的过程中，共识如果能够建立起来，其作用是极为高效的。
市场经济的影响下，共识机制的建立简单来说就是利益原则的体现。
正如经济学的主要创立者亚当•斯密所说：
“我们的晚餐并非来
自屠宰商、酿酒师和面包师的恩惠，而是来自他们对自身利益的关切。
”也就是说，参与市场经济的每个主体都在遵守商业规则的基础上，按照实现自己最大利益化的原则行事，同时客观上推动了整个市场的繁荣。
这在企业中，同样也适用。
如何能够使所有参与人员都能够达成共识，乃至企业管理者和领导人员也无法依照个人意愿修改事件的结果，这需要一个广泛同意并且行之有效的行为准则和条例控制，这一控制体系类似于区块链中的哈希算法等函数，所有节点都自
觉完整地依序执行。
同时还必须具有切身利益的管理体现，量化这一指标使得参与者有明确的心理期望值，这是绝大多数参与者广泛关注的问题，个人利益上的达成趋势使参与者一直自愿地遵循管理制度，除非该参与者选择放弃。
一旦发生分歧少数意见依照制度规定必须遵从多数意见，以达到利益的统一，这样始终能够达成最具有大众民意并且广泛被接受的结果。
模型2:
工作量证明（POW。
顾名思义，即工作量的证明。
比特币的算法采取工作量证明机制，基于一系列算法相结合，必须通过相当多次的计算最终得到前导为N个零的字节符，这个结果能够证明该区块符合要求。
在这一工作过程中，如果监测计算方法是否合理或者计算速度是否满足要求，那是相当繁琐和低效的。
其实社会中工作量证明的应用非常广泛。
例如毕业证、某职业技能证书等等，这些就是工作量证明的体现，拥有证书说明在过去投入了学习和工作。
企业中各个机构和部门的工作大多也都执行着工作量证明的机制，但是这一概念并不很明确。
其主要原因也很明显，雇主希望员工能够更加卖力地工作，以使企业最大限度获得利润。
但这其实已经慢慢演变成了权益证明机制（POS，也就是说随着工作量证明机制的实施不完全，领导者因掌握更高权力和利益分配，因此在潜意识里希望变成共识中心，从而获得大众话语权和引导权。
当参与者的个人利益稍低于或稍高于工作量标准时，参与者会非常积极地证明自己的工作以获得更高的权益和价值体现；而个人利益达远低于或者远高于工作量标准时，参与者就会对工作产生分歧、懈怠甚至反面情绪。
明确工作量证明机制并且执行利益标准化条例，这也是企业保证共识机制可持续运行的基本。
7•总结
上述两种模型应建立在标准化执行和信息化控制体系中，作为指导性的体系核心，深入人心。
共识机制可以保证信息化建设能够按标准执行，在实现更高效率的同时减少建设成本和管理成本。
管理者的工作将会由管理变为服务，这将使工作变得轻松，管理者因此获得更多的时间从更广泛的方向进行战略执行或者战略调整。
工作量证明可以保证实验室标准化执行的结果更有效和更具有说法力，参与者期间所作的任何工作不作考核，只看结果。
为了确保工作量证明机制得到共识，结果必须执行奖励机制，让参与人员自愿付出努力。
最终需要达成的目标应该是这样的：
所有项目的实施过程不需要管理者和领导者参与统筹指导和最终评定，而对于高层管理者来说，时间就是成本。
由参与者提出概念设计，由平行项目的参与者进行监督和评估。
建立一个奖金池，由于平行项目之间存在利益的竞争关系，他们会争相地努力在规定时间内完成任务，以获得最大利益。
监督人
员依据完成结果来评定该项目的完成度和参与人员的工作价值，期间
所有的时间、成本、资源均由各自负责，达成结果决定权益的大小，达成时间决定了权益的长短。
由于工作量证明机制，参与者会自愿的提高工作效率缩短标准化工作所花费的时间，额外地投入到信息化控制项目的日程中。
信息化项目的完成改进了标准化执行工作的效率和设备使用资源的优化率，而标准化的共识融入促进了信息化控制体系的建设进程，两者相互影响，互利互赢，持续有效地保证管理者、检测人员以及项目参与者形成一个创新高效的信息化价值网络。
石谨宁
2017810
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