劉沛琦，金春華

（1.北京信息科技大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，北京 100192；2.北京信息科技大學(xué)質(zhì)量與可靠性研究中心，北京 100192）

1 工業(yè)4.0 概述

1.1 工業(yè)4.0 的概念

工業(yè)4.0 是由德國首次提出的戰(zhàn)略構(gòu)想，在我國，通俗意義上稱其為兩化融合，即工業(yè)化與信息化的深度結(jié)合?，F(xiàn)如今德國已將工業(yè)4.0 列入戰(zhàn)略計劃，預(yù)計在未來10～15 年內(nèi)初步實現(xiàn)工業(yè)4.0 的戰(zhàn)略構(gòu)想。工業(yè)4.0 是指應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)手段，將實體世界與信息化網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)結(jié)，形成更加智能化的工業(yè)生產(chǎn)模式。工業(yè)4.0 將使得機器能夠自主學(xué)習(xí)、自主認(rèn)知，通過信息物理系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化升級，對產(chǎn)品服務(wù)進行全生命周期管理，并進一步滿足制造的多樣化和個性化需要。在工業(yè)4.0 的時代背景下，機器將在更大范圍內(nèi)取代人工操作，大規(guī)模發(fā)展生產(chǎn)力。

而質(zhì)量管理作為生產(chǎn)制造過程中愈發(fā)重要的環(huán)節(jié)，在新的時代背景下質(zhì)量管理也必將為新興的工業(yè)革命做出改變。在工業(yè)4.0 時代，生產(chǎn)制造中的質(zhì)量管理可以通過人工智能、機器學(xué)習(xí)、云計算、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、機器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)手段實現(xiàn)更加高效便捷的全生命周期管理。驅(qū)動工業(yè)4.0 的技術(shù)如圖1 所示。

圖1 驅(qū)動工業(yè)4.0 的技術(shù)

1.2 工業(yè)4.0 的特征

1.2.1 運用大數(shù)據(jù)分析決策

智能傳感器與機器設(shè)備的互聯(lián)互通為企業(yè)提供大量有效數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)可幫助生產(chǎn)商分析歷史趨勢，識別不同的商業(yè)模式，并做出更智能化的決策。智慧工廠可以使用其廣泛的供應(yīng)商和分銷商的生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，提供更加智能化的協(xié)助能力。通過查看來自市場、銷售或倉庫儲存的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)商可以根據(jù)當(dāng)時的經(jīng)營條件做出實時生產(chǎn)決策?！皵?shù)字孿生”系統(tǒng)的應(yīng)用可以使得運營的完整數(shù)字流程有更直觀的表達(dá)。

1.2.2 兩化深度融合

信息化、工業(yè)化更加深度的融合為生產(chǎn)制造帶來便利，從生產(chǎn)線的傳感器、設(shè)備和機器收集的數(shù)據(jù)可以實時提供給其他工廠，并且可以在企業(yè)軟件系統(tǒng)層面實時高度共享，促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.2.3 個性化生產(chǎn)

未來工廠可以定制生產(chǎn)個性化的產(chǎn)品，更有效地滿足不同客戶的需求。通過使用先進的模擬應(yīng)用軟件、復(fù)合材料以及3D打印技術(shù)等，生產(chǎn)商可以便捷地為客戶制作小規(guī)模特供產(chǎn)品。第一次工業(yè)革命的進步發(fā)展是實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，而工業(yè)4.0 的目標(biāo)是實現(xiàn)大規(guī)模個性化定制。

1.2.4 更加高效的供應(yīng)鏈系統(tǒng)

制造業(yè)企業(yè)的發(fā)展盡管不依賴于高效的供應(yīng)鏈，但供應(yīng)鏈必須與生產(chǎn)制造活動相結(jié)合，成為工業(yè)4.0 戰(zhàn)略的重要組成部分。這改變了在以往的生產(chǎn)中廠商獲取原材料并交付商品的方式。制造商通過與供應(yīng)商共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以更好地安排交付貨物的時間。比如，如果某生產(chǎn)環(huán)節(jié)中斷，可以更改交貨路線或延遲交貨，以減少成本的浪費。另外，通過研究天氣、運輸合作伙伴和零售商數(shù)據(jù)，企業(yè)可以使用預(yù)測式發(fā)貨在合適時間發(fā)送制成品，滿足不同消費者的需求。區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展也正在成為使供應(yīng)鏈管理透明化的關(guān)鍵因素。

2 傳統(tǒng)質(zhì)量管理面臨的挑戰(zhàn)

2.1 質(zhì)量管理體系亟需完善

從制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，整個生產(chǎn)方式方法已經(jīng)發(fā)生了改變，新興技術(shù)如智能機器人、3D 打印技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等，使得質(zhì)量管理的內(nèi)容、形式發(fā)生變化，傳統(tǒng)的質(zhì)量管理體系已經(jīng)無法滿足需求。因此，企業(yè)需要結(jié)合當(dāng)前當(dāng)發(fā)展形勢，制定合理的質(zhì)量管理體系，以滿足工業(yè)4.0 背景下企業(yè)的質(zhì)量管理需求。

2.2 質(zhì)量管理技術(shù)方法亟需改進

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高新技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也發(fā)生了天翻地覆的變化。智能化和信息化的程度逐步加深，使制造業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量水平持續(xù)提高。新科技的應(yīng)用使得生產(chǎn)現(xiàn)場管理工作變得與以往不同，從傳統(tǒng)的人員管理、物料管理、設(shè)施管理到大數(shù)據(jù)、智能化設(shè)備的管理，管理人員的數(shù)量在減少，但是管理效率卻越來越高。在生產(chǎn)智造技術(shù)不斷提高的今天，為了能夠適應(yīng)新的生產(chǎn)質(zhì)量管理要求，改進質(zhì)量管理技術(shù)方法有著十分重要的現(xiàn)實意義。

2.3 質(zhì)量管理團隊結(jié)構(gòu)亟需調(diào)整

在傳統(tǒng)的質(zhì)量管理活動中，要求把各項工作分為Plan—Do—Check—Act 四個階段，即計劃（Plan）、執(zhí)行（Do）、檢查（Check）、處理（Act）。在PDCA 質(zhì)量管理流程的實施過程中，并非只執(zhí)行一次循壞，而是在該循環(huán)過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，以達(dá)到更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在以往的企業(yè)質(zhì)量管理流程中，更多依靠的是具有相互獨立專業(yè)技能的技術(shù)型人才對生產(chǎn)過程進行質(zhì)量提升，而在工業(yè)4.0 的背景下，面對著海量的數(shù)據(jù)流，新型生產(chǎn)模式亟需具有數(shù)據(jù)分析與管理技能相結(jié)合的復(fù)合型人才。

3 工業(yè)4.0 背景下現(xiàn)代質(zhì)量管理的優(yōu)化策略

隨著大規(guī)模的定制和個性化的生產(chǎn)已經(jīng)成為可能，質(zhì)量的概念將在第四次工業(yè)革命中擴大，包括個性化的服務(wù)質(zhì)量。產(chǎn)品質(zhì)量將更注重設(shè)計、安全，而不是服務(wù)質(zhì)量。設(shè)計質(zhì)量將比制造質(zhì)量更重要，因為設(shè)計影響客戶的需求滿足程度，而制造質(zhì)量將在智能制造、機器人、3D 打印等技術(shù)的蓬勃發(fā)展下縮小差異。

3.1 建立多維度全面質(zhì)量管理體系

由于大數(shù)據(jù)、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等不斷發(fā)展的新興技術(shù)，多維度質(zhì)量管理體系的構(gòu)建將變得越來越可行，即在計劃、設(shè)計、生產(chǎn)、營銷和銷售中建立一個多維度質(zhì)量管理體系。大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用以及軟件系統(tǒng)的更新改變了質(zhì)量管理的流程，圖2 展示了傳統(tǒng)的現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)，在整體生產(chǎn)銷售流程結(jié)束后再進行反饋。因此，它只是一個單向的質(zhì)量管理流程，而實時反饋改進質(zhì)量的需求則得不到充分的滿足。在傳統(tǒng)的質(zhì)量管理流程中，工業(yè)生產(chǎn)的5 個階段（計劃、設(shè)計、生產(chǎn)、市場營銷和銷售）之間沒有相互作用。然而，在工業(yè)4.0 時代下，圖3所示的通過數(shù)據(jù)互聯(lián)而形成的5 個階段實時聯(lián)通而構(gòu)建的多路徑質(zhì)量管理成為可能。在大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)的幫助下，生產(chǎn)系統(tǒng)的每個階段都將可以實現(xiàn)實時診斷和反饋。因此，將實現(xiàn)每個階段的質(zhì)量診斷和客戶需求實時反饋。構(gòu)建一個面向數(shù)據(jù)的系統(tǒng)平臺將在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。

圖2 傳統(tǒng)單向質(zhì)量管理流程

圖3 多維度質(zhì)量管理體系

生產(chǎn)系統(tǒng)的5 個階段都存在多路徑質(zhì)量控制，在大數(shù)據(jù)—人工智能—物聯(lián)網(wǎng)平臺和5 個質(zhì)量管理階段之間的關(guān)系體現(xiàn)了第四次工業(yè)革命所帶來的顯著優(yōu)勢。例如，在計劃階段即可綜合客戶實際需求考慮產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量，設(shè)計階段采用團隊合作的協(xié)同能力來應(yīng)對產(chǎn)品開發(fā)過程中面對的挑戰(zhàn)。

3.2 應(yīng)用基于大數(shù)據(jù)的用戶需求挖掘

大數(shù)據(jù)是第四次工業(yè)革命的重要組成部分。基于客戶細(xì)分，大數(shù)據(jù)可以創(chuàng)造新的客戶價值，并為客戶提供定制的服務(wù)，從而使得客戶需求與商家之間的距離進一步被拉進。因此，為客戶創(chuàng)造價值的能力將在第四次工業(yè)革命中成為市場營銷和銷售的關(guān)鍵競爭優(yōu)勢。

智能化系統(tǒng)將有效地利用數(shù)據(jù)資源發(fā)掘新的客戶價值需求，在此種背景下會產(chǎn)生新型的商業(yè)模式。傳感器將連接所有內(nèi)容，而高度集成化的系統(tǒng)將為新型業(yè)務(wù)提供多維度的質(zhì)量管理。目前正處于試點建設(shè)階段的智慧城市就是一個很好的先例，它通過傳感器生成的多元化數(shù)據(jù)流自動控制調(diào)節(jié)城市中的基礎(chǔ)設(shè)施，從而實時優(yōu)化城市居住條件。

3.3 實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時質(zhì)量檢驗

在過去，產(chǎn)品的統(tǒng)計質(zhì)量控制通常采取抽樣檢驗的方法。然而，在第四次工業(yè)革命中，利用配備高效檢驗工具的快速信息技術(shù)，全面檢驗將穩(wěn)步取代抽樣檢驗。未來，缺陷產(chǎn)品的自動識別和自動生產(chǎn)線生產(chǎn)系統(tǒng)將越來越普及。

3.4 組建基于數(shù)據(jù)科學(xué)家的質(zhì)量管理團隊

數(shù)據(jù)科學(xué)家將領(lǐng)導(dǎo)第四次工業(yè)革命。數(shù)據(jù)科學(xué)家是能夠處理數(shù)據(jù)，在大型數(shù)據(jù)集中找到有效信息，通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析提取有用信息，并創(chuàng)造商業(yè)機會的專家。

傳統(tǒng)上，受過統(tǒng)計質(zhì)量控制和工業(yè)工程培訓(xùn)的質(zhì)量專家為質(zhì)量管理做出很大貢獻。然而在第四次工業(yè)革命中，質(zhì)量專家和數(shù)據(jù)科學(xué)家將合并成一個職業(yè)，“數(shù)據(jù)與質(zhì)量科學(xué)家”。它們可以在質(zhì)量管理中將發(fā)揮更加重要的作用，其中生產(chǎn)系統(tǒng)5 個階段之間數(shù)據(jù)互聯(lián)互通是十分必要的。通過對生產(chǎn)系統(tǒng)每個階段的診斷和反饋，可以提高質(zhì)量和生產(chǎn)力?！皵?shù)據(jù)與質(zhì)量科學(xué)家”將在這方面接受良好的培訓(xùn)。公司中有統(tǒng)計和管理方面經(jīng)驗的黑帶或六西格瑪管理方面的主黑帶在繼續(xù)接受一定額外的信息技術(shù)領(lǐng)域培訓(xùn)后可以成為一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)與質(zhì)量科學(xué)家。

因此，數(shù)據(jù)科學(xué)家所需的知識領(lǐng)域包括：①IT，如數(shù)據(jù)庫管理、編程、大數(shù)據(jù)軟件等；②統(tǒng)計，如數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計分析方法、統(tǒng)計數(shù)據(jù)包等；③管理，如管理科學(xué)、工業(yè)工程、技術(shù)管理、質(zhì)量管理、客戶關(guān)系管理等。

3.5 應(yīng)用基于人工智能的風(fēng)險管理

應(yīng)用基于大數(shù)據(jù)的人工智能系統(tǒng)，將對現(xiàn)代質(zhì)量管理中的風(fēng)險管控體系做出重大貢獻。人工智能是一項通過計算機實現(xiàn)人類智能的技術(shù)，如思維和學(xué)習(xí)。思論上人工智能可以被區(qū)分為強人工智能和弱人工智能，其中強人工智能指的是具有像人一樣自由思維的人工智能、弱人工智能指的是沒有認(rèn)同感的人工智能。弱人工智能將專門從事補充人類的限制性活動，弱人工智能將為質(zhì)量管理領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻。

應(yīng)用以大數(shù)據(jù)技術(shù)建立的高質(zhì)量的人工智能產(chǎn)品，可以研究和預(yù)測潛在的故障或產(chǎn)品投訴、確定基于環(huán)境變化而惡化性能的潛在因素。由于這一過程可以在產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)階段被引入，人工智能可以指導(dǎo)一種能夠適應(yīng)環(huán)境變化、環(huán)保和高度可靠的產(chǎn)品的生產(chǎn)。此外，人工智能可以收集和分析該過程中的各種數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)制造過程中無法觀察到的潛在失效模式或變化來源。人工智能也可用于新產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量管理，要使公司可持續(xù)，它必須及時開發(fā)和商業(yè)化具有競爭力的產(chǎn)品。一家公司在開發(fā)和將其產(chǎn)品商品化的過程中，面臨著各種風(fēng)險和不確定性。管理這些風(fēng)險對企業(yè)成功至關(guān)重要。公司必須確定可能的風(fēng)險來源以及如何應(yīng)對風(fēng)險。產(chǎn)品開發(fā)過程中可能出現(xiàn)各種風(fēng)險，如客戶需求的變化或開發(fā)資源或制造能力的變化。在這種情況下，公司必須盡快調(diào)整其對策以適應(yīng)新情況。人工智能可以用來分析和有效地管理在生產(chǎn)開發(fā)期間可能出現(xiàn)的風(fēng)險因素或不確定性。因此，人工智能可以有效支持高質(zhì)量產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)?；诖髷?shù)據(jù)的人工智能技術(shù)，預(yù)計有望促進質(zhì)量管理的廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)束語

在第四次工業(yè)革命中，質(zhì)量管理的理念將從產(chǎn)品質(zhì)量向設(shè)計質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量和品牌質(zhì)量不斷發(fā)展。軟件、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)的整體質(zhì)量將構(gòu)成未來質(zhì)量管理的主要問題。

質(zhì)量管理在工業(yè)4.0 背景下的新思維，出包括質(zhì)量管理在計劃、設(shè)計、生產(chǎn)、市場營銷、銷售階段的多維度質(zhì)量管理體系，面向大數(shù)據(jù)背景下的市場客戶需求挖掘，建立數(shù)據(jù)科學(xué)家質(zhì)量管理團隊等新理念。希望研究人員和從業(yè)者可從本文中受益，認(rèn)識到第四次工業(yè)革命到來時未來質(zhì)量管理的發(fā)展方向。