制造業(yè)面臨的的挑戰(zhàn)
中國(guó)已成為全球制造業(yè)第一大國(guó)。世界500種主要工業(yè)品中，中國(guó)有220種產(chǎn)品產(chǎn)量位居世界第一。鋼鐵、煤炭占全球產(chǎn)量的一半，水泥占世界產(chǎn)量的60%，化纖產(chǎn)品、造船、汽車、家電….全球產(chǎn)量第一。 載人航天、探月、深潛....躍身世界前列。我們可以自豪的說(shuō)我們?nèi)〉昧伺e世屬目的成就。
但是我國(guó)工業(yè)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。一些關(guān)鍵裝備、核心和關(guān)鍵技術(shù)依賴進(jìn)口，自主品牌缺乏，缺少具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大企業(yè)大集團(tuán)。在國(guó)際產(chǎn)業(yè)鏈的分工中我們處于價(jià)值鏈的低端，一部蘋(píng)果手機(jī)在中國(guó)組裝只分得1.8%的利潤(rùn)，而蘋(píng)果公司一個(gè)零件不造獲得58.5%的利潤(rùn)，高附加價(jià)值的的部分被發(fā)達(dá)國(guó)家把持。資源環(huán)境難以支撐。中國(guó)粗鋼、水泥、煤炭產(chǎn)量世界第一，但GDP只占全球的9.5%。2012年中國(guó)能源消費(fèi)量達(dá)到36億噸標(biāo)煤，按照現(xiàn)有模式完成中國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程，顯然不現(xiàn)實(shí)。投資、消費(fèi)、出口比例失衡。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)發(fā)展過(guò)度依靠投資拉動(dòng)，“十一五”期間投資年均增長(zhǎng)25.5%，2013年固定資產(chǎn)投資42.7萬(wàn)億，投資對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率高達(dá)50.4%，造成能源原材料價(jià)格上漲、地方負(fù)債增加、部分行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重，發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)和隱患突出。外貿(mào)依存度高達(dá)50-60%，受國(guó)際市場(chǎng)波動(dòng)影響大，抗風(fēng)險(xiǎn)能力低。隨著土地、勞動(dòng)力、原材料、燃料動(dòng)力等要素成本的全面、快速上升，中國(guó)傳統(tǒng)比較優(yōu)勢(shì)將逐步削弱，亟待形成新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。管理模式、流程、制度落后。受近40年計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的影響，面向市場(chǎng)的采購(gòu)、銷售模式改變了，但是企業(yè)內(nèi)部的管理模式、流程、制度和新型工業(yè)化不匹配。兩化融合還有很長(zhǎng)的路要走。設(shè)計(jì)智能化、產(chǎn)品智能化、管理現(xiàn)代化、決策科學(xué)化、制造自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化與發(fā)達(dá)國(guó)家比還有差距。
為了改變上述狀況，國(guó)務(wù)院提出了工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的規(guī)劃：“工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，要堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，按照構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的本質(zhì)要求，以科學(xué)發(fā)展為主題，以加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式為主線，以改革開(kāi)放為動(dòng)力，著力提升自主創(chuàng)新能力;推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，培育壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，全面優(yōu)化技術(shù)結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、布局結(jié)構(gòu)和行業(yè)結(jié)構(gòu);把工業(yè)發(fā)展建立在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、集約高效、環(huán)境友好、惠及民生、內(nèi)生增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，不斷增強(qiáng)工業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展能力，為建設(shè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)和全面建成小康社會(huì)打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”這是英明的決策。但是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向究竟在何方呢?我們應(yīng)該借鑒國(guó)外新一輪工業(yè)革命的發(fā)展趨勢(shì)。
新一輪工業(yè)革命的興起
關(guān)于新一輪工業(yè)革命，國(guó)外有許多計(jì)劃和文章。如美國(guó)的未來(lái)學(xué)者杰里米·里夫金發(fā)布了專著《第三次工業(yè)革命》，以蒸汽機(jī)為代表的第一次工業(yè)革命;以內(nèi)燃機(jī)為代表的第二次工業(yè)革命;以可再生能源為代表的第三次工業(yè)革命。
德國(guó)提出工業(yè)4.0，他們認(rèn)為第一次工業(yè)革命是18世紀(jì)60年代至19世紀(jì)中期掀起的通過(guò)水力和蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)的工廠機(jī)械化;第二次工業(yè)革命是19世紀(jì)后半期至20世紀(jì)初的電力廣泛應(yīng)用;第三次工業(yè)革命是20世紀(jì)后半期出現(xiàn)的，應(yīng)用電子、信息技術(shù)進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平;今天提出的第四次工業(yè)革命則是以信息物理融合系統(tǒng)為特征的新的工業(yè)革命。
德國(guó)“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分布式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過(guò)充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理融合系統(tǒng)CPS(Cyber-Physical System)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
德國(guó)工業(yè)4.0提出了八項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃，包括：第一，標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)縱向集成、橫向集成和端到端三項(xiàng)集成的基礎(chǔ);第二，在CPS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)整個(gè)價(jià)值鏈的復(fù)雜管理;第三，寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，提供可靠、安全的通信;第四，為生產(chǎn)安全、信息安全提供保障;第五，智能工廠改變了人們的角色、內(nèi)容、流程和環(huán)境，需要進(jìn)行工作組織的再設(shè)計(jì);第六，培訓(xùn)和持續(xù)的專業(yè)發(fā)展，改變工人的工作和技能;第七，監(jiān)管框架，新的制造環(huán)境，需要新的法律、準(zhǔn)則的支持;第八，不斷提高資源利用率和工作效率。工業(yè)4.0提供了充分的靈活性、柔性的制造環(huán)境，從而可以為客戶提供個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)。在大數(shù)據(jù)的支持下進(jìn)行優(yōu)化，提高了資源的利用率和系統(tǒng)的效率。創(chuàng)造出在高工資條件下仍然具有競(jìng)爭(zhēng)能力。
美國(guó)通用電氣GE公司在2012年秋天提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(IndustrialInternet)的概念。2014年4月在美國(guó)波士頓，由AT&T、思科、通用電氣IBM和英特爾宣布成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)，以期打破技術(shù)壁壘，通過(guò)促進(jìn)物理世界和數(shù)字世界的融合。同年6月成員已發(fā)展到50名。 2014年10月9日，通用電氣宣布其40款工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，為公司增加超過(guò)10億美元的收入。涵蓋了石油天然氣平臺(tái)監(jiān)測(cè)管理、航空發(fā)動(dòng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)和優(yōu)化管理、鐵路機(jī)車效率分析、醫(yī)院管理系統(tǒng)、提升風(fēng)電機(jī)組電力輸出、電力公司配電系統(tǒng)優(yōu)化、醫(yī)療云影像技術(shù)等一系列提升管理效率、降低運(yùn)營(yíng)成本的軟件產(chǎn)品。GE公司開(kāi)發(fā)的Predix工業(yè)大數(shù)據(jù)與分析平臺(tái)將開(kāi)放給第三方用戶和軟件商，實(shí)現(xiàn)與軟件開(kāi)發(fā)商和解決方案提供商的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)對(duì)接。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是繼工業(yè)革命、互聯(lián)網(wǎng)革命之后的第三場(chǎng)革命。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指全球工業(yè)系統(tǒng)與高級(jí)計(jì)算、分析、感應(yīng)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)連接融合的結(jié)果。它通過(guò)智能機(jī)器間的連接并最終將人機(jī)連接，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，重構(gòu)全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經(jīng)濟(jì)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)要素包括：
智能機(jī)器：
以嶄新的方法將現(xiàn)實(shí)世界中的機(jī)器、設(shè)備、團(tuán)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)通過(guò)先進(jìn)的傳感器、控制器和軟件應(yīng)用程序連接起來(lái)。
高級(jí)分析：
使用基于物理的分析法、預(yù)測(cè)算法、自動(dòng)化和材料科學(xué)，電氣工程及其他關(guān)鍵學(xué)科的深厚專業(yè)知識(shí)來(lái)理解機(jī)器與大型系統(tǒng)的運(yùn)作方式。
工作人員：
建立員工之間的實(shí)時(shí)連接，連接各種工作場(chǎng)所的人員，以支持更為智能的設(shè)計(jì)、操作、維護(hù)以及高質(zhì)量的服務(wù)與安全保障。
GE公司認(rèn)為機(jī)器自身的潛能已經(jīng)發(fā)揮到極致了，只有通過(guò)智能機(jī)器、智能系統(tǒng)、智能決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資產(chǎn)、設(shè)備、機(jī)群、網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，為企業(yè)創(chuàng)造新的價(jià)值。他們預(yù)測(cè)如果通過(guò)上述的優(yōu)化，在航空、電力行業(yè)減少1%的燃料消耗，在石油天然氣行業(yè)減少1%的成本，在鐵路、醫(yī)療行業(yè)提高1%的系統(tǒng)運(yùn)行效率，那么到2025年，可使世界的GDP提高15萬(wàn)億美元，通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，企業(yè)的生產(chǎn)力可以高出5-6個(gè)百分點(diǎn)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的催化劑和推動(dòng)力是以下幾個(gè)方面：
設(shè)備智能化：
將設(shè)備加入傳感器和智能化改造，使其具有聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)并傳輸數(shù)據(jù)的能力。
高級(jí)分析方法：
可使來(lái)自不同設(shè)備制造商的相似資產(chǎn)或不同資產(chǎn)種類的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)深度融合的新數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，能使數(shù)據(jù)更快轉(zhuǎn)換成信息資產(chǎn)并為集成和分析做準(zhǔn)備的技術(shù)構(gòu)架等。
系統(tǒng)平臺(tái)：
在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議之上，新的系統(tǒng)平臺(tái)能使資源管理系統(tǒng)在共享框架或結(jié)構(gòu)之上建立具體應(yīng)用。供應(yīng)商、設(shè)備制造商和消費(fèi)者之間的新關(guān)系可以在這個(gè)平臺(tái)上得到持續(xù)維護(hù)。
作業(yè)流程：
充分整合信息到?jīng)Q策流程，以便創(chuàng)新業(yè)務(wù)實(shí)踐。用以監(jiān)控機(jī)械數(shù)據(jù)質(zhì)量的流程。能協(xié)調(diào)各資源管理系統(tǒng)安排的先進(jìn)法律程序等。
基礎(chǔ)設(shè)施：
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)適宜的主干網(wǎng)。數(shù)據(jù)中心、寬帶網(wǎng)絡(luò)都是信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，他們需要進(jìn)一步發(fā)展，并用以連接行業(yè)和地域之間不同的機(jī)器、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)工業(yè)4.0與中國(guó)兩化融合的比較
工信部苗圩部長(zhǎng)在講到德國(guó)工業(yè)4.0與中國(guó)兩化深度融合時(shí)，用了三個(gè)關(guān)鍵詞：“如出一轍、異曲同工、殊途同歸”。下面我們用一張表將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)工業(yè)4.0和中國(guó)的信息化與工業(yè)化深度融合做一個(gè)比較。
從產(chǎn)品智能、互聯(lián)互通、制造智能、經(jīng)營(yíng)智能、服務(wù)智能、大數(shù)據(jù)分析和先進(jìn)制造幾個(gè)維度，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)工業(yè)4.0和我國(guó)的兩化融合做一個(gè)比較可以看出：美國(guó)GE公司的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)智能產(chǎn)品、互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、服務(wù)，沒(méi)有涉及制造環(huán)節(jié)。但是2014年10月24日，GE公司在上海發(fā)布了《未來(lái)智造》白皮書(shū)，提出：由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)制造和全球智慧所催生的新一輪工業(yè)變革。由此可見(jiàn)，德國(guó)工業(yè)4.0，美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+未來(lái)制造，中國(guó)兩化深度融合對(duì)新一輪工業(yè)革命的認(rèn)識(shí)高度一致。智能制造、智能工廠是主要特征，這和德國(guó)工業(yè)4.0和我國(guó)的兩化融合高度契合。
離散制造業(yè)智能制造的內(nèi)涵
1 智能制造的定義和內(nèi)涵
智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它對(duì)制造自動(dòng)化的概念進(jìn)行了更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。“智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過(guò)程中貫穿智能活動(dòng)，并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合，將整個(gè)制造過(guò)程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來(lái)的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)。”
與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造具有如下特征：
自律能力：
智能制造過(guò)程具有能感知與理解環(huán)境信息和自身信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。具有自律能力的設(shè)備稱為“智能機(jī)器”，“智能機(jī)器”在一定程度上表現(xiàn)出獨(dú)立性、自主性和個(gè)性，甚至相互間還能協(xié)調(diào)運(yùn)作與競(jìng)爭(zhēng)。 值得注意的是，強(qiáng)有力的知識(shí)庫(kù)和基于知識(shí)的模型是自律能力的基礎(chǔ)。
人機(jī)一體化：
目前IMS不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感(頓悟)思維。 它能夠獨(dú)立承擔(dān)起分析、判斷、決策等任務(wù)。 人機(jī)一體化智能系統(tǒng)在智能機(jī)器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能，使人機(jī)之間表現(xiàn)出一種平等共事、相互“理解”、相互協(xié)作的關(guān)系。
因此，在智能制造系統(tǒng)中，高素質(zhì)、高智能的人將發(fā)揮更好的作用，機(jī)器智能和人的智能將真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的支持技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)高水平人機(jī)一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，融信號(hào)處理、動(dòng)畫(huà)技術(shù)、智能推理、預(yù)測(cè)、仿真和多媒體技術(shù)為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現(xiàn)實(shí)生活中的各種過(guò)程、物件等，因而也能擬實(shí)制造過(guò)程和未來(lái)的產(chǎn)品，從感官和視覺(jué)上使人獲得完全如同真實(shí)的感受，但其特點(diǎn)是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機(jī)結(jié)合的新一代智能界面，是智能制造的一個(gè)顯著特征。
自組織和超柔性：
自組織和超柔性是指智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠依據(jù)工作任務(wù)的需要，自行組成一種最佳結(jié)構(gòu)，其柔性不僅表現(xiàn)在運(yùn)行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。
學(xué)習(xí)能力與自我維護(hù)能力：
智能制造系統(tǒng)能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，具有自學(xué)習(xí)功能，同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中自行進(jìn)行故障診斷，并具備對(duì)故障自行排除、自行維護(hù)的能力。這種特征使智能制造系統(tǒng)能夠自我優(yōu)化并適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。智能制造對(duì)于不同的行業(yè)其需求是不同的。
2 流程工業(yè)智能工廠
最近幾年歐美國(guó)家針對(duì)流程工業(yè)提出了“智能工廠”的概念。流程工業(yè)智能工廠由商業(yè)智能、運(yùn)營(yíng)智能、操作智能三個(gè)層次組成，如圖2所示。 圖2 流程工業(yè)智能工廠
3 離散制造業(yè)智能工廠
離散制造業(yè)與流程工業(yè)相比較，首先在底層制造環(huán)節(jié)由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對(duì)制造裝備的智能化要求很高，投資很大。與原材料工業(yè)相比較，離散制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)、家電、消費(fèi)電子等產(chǎn)品大都要求產(chǎn)品智能化，設(shè)計(jì)智能。圖3給出離散制造業(yè)智能工廠的框架。
在信息物理融合系統(tǒng)的CPS的支持下，構(gòu)建智能制造、智能經(jīng)營(yíng)、智能設(shè)計(jì)、智能產(chǎn)品、智能決策五大系統(tǒng)。要做到縱向、橫向和端到端的集成首先要有一系列的標(biāo)準(zhǔn)的支持，信息安全的保障。
信息物理融合系統(tǒng)CPS：
通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)將制造業(yè)企業(yè)設(shè)施、設(shè)備、組織、人互通互聯(lián)，集計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)、感知系統(tǒng)為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界安全、可靠、實(shí)時(shí)、協(xié)同感知和控制。對(duì)物理世界實(shí)現(xiàn)“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”。 如圖4所示。
智能設(shè)計(jì)：
應(yīng)用CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術(shù)，在設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)、專家系統(tǒng)的支持下進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在虛擬環(huán)境下設(shè)計(jì)出數(shù)字化樣機(jī)，對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能、功能進(jìn)行模擬仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。支持并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)。在工藝知識(shí)庫(kù)的支持下進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程模擬仿真。最大限度縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制周期，快速響應(yīng)客戶需求，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力。
智能產(chǎn)品：
智能產(chǎn)品要具有感知、分析、推理、決策、控制功能。具有信息存儲(chǔ)、傳感、無(wú)線通信功能，進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程服務(wù)。它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。如智能加工中心、自適應(yīng)數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)駕駛汽車、智能儀表。
智能經(jīng)營(yíng)：
在物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)支持下的整個(gè)價(jià)值鏈上從客戶需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、智能制造、進(jìn)出廠物流、生產(chǎn)物流等全過(guò)程的協(xié)同供應(yīng)鏈的優(yōu)化和管理，使得任何客戶的需求、變動(dòng)、設(shè)計(jì)的更改，在整個(gè)供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)中快速傳播，及時(shí)響應(yīng)。制造服務(wù)全過(guò)程的管理。著眼于產(chǎn)品全生命周期，從用戶需求、設(shè)計(jì)制造、賣方信貸、產(chǎn)品租賃、售后服務(wù)、直至回收再利用全過(guò)程的管理和服務(wù)。在上述全流程過(guò)程中的契約、協(xié)議、交易、法律、互聯(lián)網(wǎng)金融的支持。全價(jià)值鏈上資源優(yōu)化利用，意外的處置，生產(chǎn)安全、信息安全、綠色環(huán)保等一系列的保障措施。
智能制造：
使用智能裝備、智能物流、制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程的優(yōu)化控制、智能調(diào)度、生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量管理、車間績(jī)效等。對(duì)生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量的異常作出正確的判斷和處置。實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行與運(yùn)營(yíng)管理、研發(fā)設(shè)計(jì)、智能裝備的集成。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，管控一體化。
智能決策：
在智能工廠的環(huán)境下，將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，用大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)，進(jìn)行建模、數(shù)據(jù)抽取、分析使企業(yè)的各級(jí)決策者獲得知識(shí)或洞察力，促使他們做出對(duì)企業(yè)更有利的決策。提高決策的遇見(jiàn)性和準(zhǔn)確性。對(duì)于工業(yè)企業(yè)大數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)利用可以用于市場(chǎng)和客戶的分析，爭(zhēng)取、發(fā)展和留住客戶;優(yōu)化企業(yè)運(yùn)營(yíng)，使資源利用最大化，降低成本;全面了解、深入洞察和控制財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn);創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)模式等。
智能制造之路
對(duì)于一個(gè)制造業(yè)企業(yè)特別是離散制造業(yè)企業(yè)，要全面實(shí)現(xiàn)智能化是一個(gè)浩大的工程。需要大量的資金，人力資源的投入，絕不是一蹴而就的事。正如“中國(guó)制造2025”的規(guī)劃，要用第一個(gè)十年進(jìn)入世界第二方陣，第二個(gè)十年進(jìn)入第一方陣，第三個(gè)十年完成中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，在制造業(yè)的主要領(lǐng)域我們要具有創(chuàng)新引領(lǐng)的能力和明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，建成全球領(lǐng)先的技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)體系。這是中國(guó)制造2025的愿景和目標(biāo)，也應(yīng)該成為每一個(gè)企業(yè)的愿景和目標(biāo)。這樣一個(gè)宏偉的目標(biāo)不是短時(shí)間能完成的。所以我們一定要總體規(guī)劃，分步實(shí)施，重點(diǎn)突破，效益為先的方針。
總體規(guī)劃，分步實(shí)施
建設(shè)智能制造系統(tǒng)，智能工廠是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱巨、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須按照“總體規(guī)劃，分步實(shí)施，重點(diǎn)突破，效益為先”的原則進(jìn)行規(guī)劃。首先要將其納入企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，5-10年企業(yè)發(fā)展愿景是什么，我們要成為什么樣的企業(yè)，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上我們?cè)谀骋惶囟I(lǐng)域占有什么位置。制定企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，抓住獲取企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)能力這條主線，從而知道我們需要?jiǎng)?chuàng)新研發(fā)什么樣的產(chǎn)品，什么樣的制造技術(shù)，什么樣的經(jīng)營(yíng)模式，什么樣的服務(wù)。在這樣清晰的戰(zhàn)略目標(biāo)指引下制定總體規(guī)劃，分析制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸，排出先后順序，制定分階段的目標(biāo)和內(nèi)容。
抓住獲取企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力這條主線
什么是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)能力，能為客戶創(chuàng)造高的價(jià)值，超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，很難復(fù)制和模仿的競(jìng)爭(zhēng)能力。降價(jià)競(jìng)爭(zhēng)從來(lái)不可能獲得可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，引進(jìn)一項(xiàng)新技術(shù)或新產(chǎn)品獲得的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并不是可持續(xù)的。擁抱互聯(lián)網(wǎng)，走智能制造的路，逐步實(shí)現(xiàn)研發(fā)設(shè)計(jì)智能化、產(chǎn)品智能化、經(jīng)營(yíng)管理智能化、制造智能化、服務(wù)智能化、決策智能化，這是制造業(yè)的發(fā)展方向。
智能制造也要進(jìn)行投資效益分析
建設(shè)一個(gè)自動(dòng)化、智能化的工廠是要花費(fèi)大量資金的，為了智能化而智能化，不進(jìn)行投資效益分析是不行的。中國(guó)勞動(dòng)力成本是在逐年上升，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家比較仍然是低的，在企業(yè)的若干生產(chǎn)活動(dòng)中仍然有許多活動(dòng)用人比用機(jī)器更合理、更便宜。要首先選擇那些質(zhì)量、效益、安全綜合效益好的環(huán)節(jié)實(shí)施智能化，不要盲目追求全盤自動(dòng)化、智能化。企業(yè)要結(jié)合自身的情況、所處的發(fā)展階段、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力，量力而行。二十多年前一個(gè)863/CIMS示范企業(yè)盲目追求制造自動(dòng)化，向銀行貸款大筆資金，背上沉重的負(fù)債，企業(yè)從此一蹶不振，這是一個(gè)沉重痛的教訓(xùn)。所以搞智能制造也要進(jìn)行投資效益分析。
發(fā)揮企業(yè)的主體作用
隨著新一輪工業(yè)革命的興起，國(guó)家實(shí)施“中國(guó)制造2025”，“智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)”，“互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新”等項(xiàng)目相繼開(kāi)展，這是非常重要的。政府組織、引導(dǎo)、鼓勵(lì)企業(yè)走新型工業(yè)化的道路。但是一定要堅(jiān)持市場(chǎng)主導(dǎo)，企業(yè)為主體的思想，企業(yè)對(duì)投資效益負(fù)責(zé)。
中國(guó)已成為全球制造業(yè)第一大國(guó)。世界500種主要工業(yè)品中，中國(guó)有220種產(chǎn)品產(chǎn)量位居世界第一。鋼鐵、煤炭占全球產(chǎn)量的一半，水泥占世界產(chǎn)量的60%，化纖產(chǎn)品、造船、汽車、家電….全球產(chǎn)量第一。 載人航天、探月、深潛....躍身世界前列。我們可以自豪的說(shuō)我們?nèi)〉昧伺e世屬目的成就。
但是我國(guó)工業(yè)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。一些關(guān)鍵裝備、核心和關(guān)鍵技術(shù)依賴進(jìn)口，自主品牌缺乏，缺少具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大企業(yè)大集團(tuán)。在國(guó)際產(chǎn)業(yè)鏈的分工中我們處于價(jià)值鏈的低端，一部蘋(píng)果手機(jī)在中國(guó)組裝只分得1.8%的利潤(rùn)，而蘋(píng)果公司一個(gè)零件不造獲得58.5%的利潤(rùn)，高附加價(jià)值的的部分被發(fā)達(dá)國(guó)家把持。資源環(huán)境難以支撐。中國(guó)粗鋼、水泥、煤炭產(chǎn)量世界第一，但GDP只占全球的9.5%。2012年中國(guó)能源消費(fèi)量達(dá)到36億噸標(biāo)煤，按照現(xiàn)有模式完成中國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程，顯然不現(xiàn)實(shí)。投資、消費(fèi)、出口比例失衡。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)發(fā)展過(guò)度依靠投資拉動(dòng)，“十一五”期間投資年均增長(zhǎng)25.5%，2013年固定資產(chǎn)投資42.7萬(wàn)億，投資對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率高達(dá)50.4%，造成能源原材料價(jià)格上漲、地方負(fù)債增加、部分行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重，發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)和隱患突出。外貿(mào)依存度高達(dá)50-60%，受國(guó)際市場(chǎng)波動(dòng)影響大，抗風(fēng)險(xiǎn)能力低。隨著土地、勞動(dòng)力、原材料、燃料動(dòng)力等要素成本的全面、快速上升，中國(guó)傳統(tǒng)比較優(yōu)勢(shì)將逐步削弱，亟待形成新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。管理模式、流程、制度落后。受近40年計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的影響，面向市場(chǎng)的采購(gòu)、銷售模式改變了，但是企業(yè)內(nèi)部的管理模式、流程、制度和新型工業(yè)化不匹配。兩化融合還有很長(zhǎng)的路要走。設(shè)計(jì)智能化、產(chǎn)品智能化、管理現(xiàn)代化、決策科學(xué)化、制造自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化與發(fā)達(dá)國(guó)家比還有差距。
為了改變上述狀況，國(guó)務(wù)院提出了工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的規(guī)劃：“工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，要堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，按照構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的本質(zhì)要求，以科學(xué)發(fā)展為主題，以加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式為主線，以改革開(kāi)放為動(dòng)力，著力提升自主創(chuàng)新能力;推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，培育壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快發(fā)展生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，全面優(yōu)化技術(shù)結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)、布局結(jié)構(gòu)和行業(yè)結(jié)構(gòu);把工業(yè)發(fā)展建立在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、集約高效、環(huán)境友好、惠及民生、內(nèi)生增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，不斷增強(qiáng)工業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展能力，為建設(shè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)和全面建成小康社會(huì)打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。”這是英明的決策。但是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向究竟在何方呢?我們應(yīng)該借鑒國(guó)外新一輪工業(yè)革命的發(fā)展趨勢(shì)。
新一輪工業(yè)革命的興起
關(guān)于新一輪工業(yè)革命，國(guó)外有許多計(jì)劃和文章。如美國(guó)的未來(lái)學(xué)者杰里米·里夫金發(fā)布了專著《第三次工業(yè)革命》，以蒸汽機(jī)為代表的第一次工業(yè)革命;以內(nèi)燃機(jī)為代表的第二次工業(yè)革命;以可再生能源為代表的第三次工業(yè)革命。
德國(guó)提出工業(yè)4.0，他們認(rèn)為第一次工業(yè)革命是18世紀(jì)60年代至19世紀(jì)中期掀起的通過(guò)水力和蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)的工廠機(jī)械化;第二次工業(yè)革命是19世紀(jì)后半期至20世紀(jì)初的電力廣泛應(yīng)用;第三次工業(yè)革命是20世紀(jì)后半期出現(xiàn)的，應(yīng)用電子、信息技術(shù)進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平;今天提出的第四次工業(yè)革命則是以信息物理融合系統(tǒng)為特征的新的工業(yè)革命。
德國(guó)“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分布式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價(jià)值的過(guò)程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過(guò)充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理融合系統(tǒng)CPS(Cyber-Physical System)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
德國(guó)工業(yè)4.0提出了八項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃，包括：第一，標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)縱向集成、橫向集成和端到端三項(xiàng)集成的基礎(chǔ);第二，在CPS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)整個(gè)價(jià)值鏈的復(fù)雜管理;第三，寬帶互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，提供可靠、安全的通信;第四，為生產(chǎn)安全、信息安全提供保障;第五，智能工廠改變了人們的角色、內(nèi)容、流程和環(huán)境，需要進(jìn)行工作組織的再設(shè)計(jì);第六，培訓(xùn)和持續(xù)的專業(yè)發(fā)展，改變工人的工作和技能;第七，監(jiān)管框架，新的制造環(huán)境，需要新的法律、準(zhǔn)則的支持;第八，不斷提高資源利用率和工作效率。工業(yè)4.0提供了充分的靈活性、柔性的制造環(huán)境，從而可以為客戶提供個(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)。在大數(shù)據(jù)的支持下進(jìn)行優(yōu)化，提高了資源的利用率和系統(tǒng)的效率。創(chuàng)造出在高工資條件下仍然具有競(jìng)爭(zhēng)能力。
美國(guó)通用電氣GE公司在2012年秋天提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(IndustrialInternet)的概念。2014年4月在美國(guó)波士頓，由AT&T、思科、通用電氣IBM和英特爾宣布成立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)，以期打破技術(shù)壁壘，通過(guò)促進(jìn)物理世界和數(shù)字世界的融合。同年6月成員已發(fā)展到50名。 2014年10月9日，通用電氣宣布其40款工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，為公司增加超過(guò)10億美元的收入。涵蓋了石油天然氣平臺(tái)監(jiān)測(cè)管理、航空發(fā)動(dòng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)和優(yōu)化管理、鐵路機(jī)車效率分析、醫(yī)院管理系統(tǒng)、提升風(fēng)電機(jī)組電力輸出、電力公司配電系統(tǒng)優(yōu)化、醫(yī)療云影像技術(shù)等一系列提升管理效率、降低運(yùn)營(yíng)成本的軟件產(chǎn)品。GE公司開(kāi)發(fā)的Predix工業(yè)大數(shù)據(jù)與分析平臺(tái)將開(kāi)放給第三方用戶和軟件商，實(shí)現(xiàn)與軟件開(kāi)發(fā)商和解決方案提供商的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)對(duì)接。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是繼工業(yè)革命、互聯(lián)網(wǎng)革命之后的第三場(chǎng)革命。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是指全球工業(yè)系統(tǒng)與高級(jí)計(jì)算、分析、感應(yīng)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)連接融合的結(jié)果。它通過(guò)智能機(jī)器間的連接并最終將人機(jī)連接，結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，重構(gòu)全球工業(yè)、激發(fā)生產(chǎn)力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經(jīng)濟(jì)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)要素包括：
智能機(jī)器：
以嶄新的方法將現(xiàn)實(shí)世界中的機(jī)器、設(shè)備、團(tuán)隊(duì)和網(wǎng)絡(luò)通過(guò)先進(jìn)的傳感器、控制器和軟件應(yīng)用程序連接起來(lái)。
高級(jí)分析：
使用基于物理的分析法、預(yù)測(cè)算法、自動(dòng)化和材料科學(xué)，電氣工程及其他關(guān)鍵學(xué)科的深厚專業(yè)知識(shí)來(lái)理解機(jī)器與大型系統(tǒng)的運(yùn)作方式。
工作人員：
建立員工之間的實(shí)時(shí)連接，連接各種工作場(chǎng)所的人員，以支持更為智能的設(shè)計(jì)、操作、維護(hù)以及高質(zhì)量的服務(wù)與安全保障。
GE公司認(rèn)為機(jī)器自身的潛能已經(jīng)發(fā)揮到極致了，只有通過(guò)智能機(jī)器、智能系統(tǒng)、智能決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)資產(chǎn)、設(shè)備、機(jī)群、網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，為企業(yè)創(chuàng)造新的價(jià)值。他們預(yù)測(cè)如果通過(guò)上述的優(yōu)化，在航空、電力行業(yè)減少1%的燃料消耗，在石油天然氣行業(yè)減少1%的成本，在鐵路、醫(yī)療行業(yè)提高1%的系統(tǒng)運(yùn)行效率，那么到2025年，可使世界的GDP提高15萬(wàn)億美元，通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行決策，企業(yè)的生產(chǎn)力可以高出5-6個(gè)百分點(diǎn)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的催化劑和推動(dòng)力是以下幾個(gè)方面：
設(shè)備智能化：
將設(shè)備加入傳感器和智能化改造，使其具有聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)并傳輸數(shù)據(jù)的能力。
高級(jí)分析方法：
可使來(lái)自不同設(shè)備制造商的相似資產(chǎn)或不同資產(chǎn)種類的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)深度融合的新數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，能使數(shù)據(jù)更快轉(zhuǎn)換成信息資產(chǎn)并為集成和分析做準(zhǔn)備的技術(shù)構(gòu)架等。
系統(tǒng)平臺(tái)：
在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議之上，新的系統(tǒng)平臺(tái)能使資源管理系統(tǒng)在共享框架或結(jié)構(gòu)之上建立具體應(yīng)用。供應(yīng)商、設(shè)備制造商和消費(fèi)者之間的新關(guān)系可以在這個(gè)平臺(tái)上得到持續(xù)維護(hù)。
作業(yè)流程：
充分整合信息到?jīng)Q策流程，以便創(chuàng)新業(yè)務(wù)實(shí)踐。用以監(jiān)控機(jī)械數(shù)據(jù)質(zhì)量的流程。能協(xié)調(diào)各資源管理系統(tǒng)安排的先進(jìn)法律程序等。
基礎(chǔ)設(shè)施：
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要一個(gè)適宜的主干網(wǎng)。數(shù)據(jù)中心、寬帶網(wǎng)絡(luò)都是信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，他們需要進(jìn)一步發(fā)展，并用以連接行業(yè)和地域之間不同的機(jī)器、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)工業(yè)4.0與中國(guó)兩化融合的比較
工信部苗圩部長(zhǎng)在講到德國(guó)工業(yè)4.0與中國(guó)兩化深度融合時(shí)，用了三個(gè)關(guān)鍵詞：“如出一轍、異曲同工、殊途同歸”。下面我們用一張表將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)工業(yè)4.0和中國(guó)的信息化與工業(yè)化深度融合做一個(gè)比較。
從產(chǎn)品智能、互聯(lián)互通、制造智能、經(jīng)營(yíng)智能、服務(wù)智能、大數(shù)據(jù)分析和先進(jìn)制造幾個(gè)維度，對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國(guó)工業(yè)4.0和我國(guó)的兩化融合做一個(gè)比較可以看出：美國(guó)GE公司的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)智能產(chǎn)品、互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、服務(wù)，沒(méi)有涉及制造環(huán)節(jié)。但是2014年10月24日，GE公司在上海發(fā)布了《未來(lái)智造》白皮書(shū)，提出：由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)制造和全球智慧所催生的新一輪工業(yè)變革。由此可見(jiàn)，德國(guó)工業(yè)4.0，美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+未來(lái)制造，中國(guó)兩化深度融合對(duì)新一輪工業(yè)革命的認(rèn)識(shí)高度一致。智能制造、智能工廠是主要特征，這和德國(guó)工業(yè)4.0和我國(guó)的兩化融合高度契合。
離散制造業(yè)智能制造的內(nèi)涵
1 智能制造的定義和內(nèi)涵
智能制造系統(tǒng)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它對(duì)制造自動(dòng)化的概念進(jìn)行了更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。“智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過(guò)程中貫穿智能活動(dòng)，并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合，將整個(gè)制造過(guò)程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來(lái)的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)。”
與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造具有如下特征：
自律能力：
智能制造過(guò)程具有能感知與理解環(huán)境信息和自身信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。具有自律能力的設(shè)備稱為“智能機(jī)器”，“智能機(jī)器”在一定程度上表現(xiàn)出獨(dú)立性、自主性和個(gè)性，甚至相互間還能協(xié)調(diào)運(yùn)作與競(jìng)爭(zhēng)。 值得注意的是，強(qiáng)有力的知識(shí)庫(kù)和基于知識(shí)的模型是自律能力的基礎(chǔ)。
人機(jī)一體化：
目前IMS不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感(頓悟)思維。 它能夠獨(dú)立承擔(dān)起分析、判斷、決策等任務(wù)。 人機(jī)一體化智能系統(tǒng)在智能機(jī)器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能，使人機(jī)之間表現(xiàn)出一種平等共事、相互“理解”、相互協(xié)作的關(guān)系。
因此，在智能制造系統(tǒng)中，高素質(zhì)、高智能的人將發(fā)揮更好的作用，機(jī)器智能和人的智能將真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的支持技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)高水平人機(jī)一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，融信號(hào)處理、動(dòng)畫(huà)技術(shù)、智能推理、預(yù)測(cè)、仿真和多媒體技術(shù)為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現(xiàn)實(shí)生活中的各種過(guò)程、物件等，因而也能擬實(shí)制造過(guò)程和未來(lái)的產(chǎn)品，從感官和視覺(jué)上使人獲得完全如同真實(shí)的感受，但其特點(diǎn)是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機(jī)結(jié)合的新一代智能界面，是智能制造的一個(gè)顯著特征。
自組織和超柔性：
自組織和超柔性是指智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠依據(jù)工作任務(wù)的需要，自行組成一種最佳結(jié)構(gòu)，其柔性不僅表現(xiàn)在運(yùn)行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。
學(xué)習(xí)能力與自我維護(hù)能力：
智能制造系統(tǒng)能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，具有自學(xué)習(xí)功能，同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中自行進(jìn)行故障診斷，并具備對(duì)故障自行排除、自行維護(hù)的能力。這種特征使智能制造系統(tǒng)能夠自我優(yōu)化并適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。智能制造對(duì)于不同的行業(yè)其需求是不同的。
2 流程工業(yè)智能工廠
最近幾年歐美國(guó)家針對(duì)流程工業(yè)提出了“智能工廠”的概念。流程工業(yè)智能工廠由商業(yè)智能、運(yùn)營(yíng)智能、操作智能三個(gè)層次組成，如圖2所示。 圖2 流程工業(yè)智能工廠
3 離散制造業(yè)智能工廠
離散制造業(yè)與流程工業(yè)相比較，首先在底層制造環(huán)節(jié)由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對(duì)制造裝備的智能化要求很高，投資很大。與原材料工業(yè)相比較，離散制造業(yè)特別是裝備制造業(yè)、家電、消費(fèi)電子等產(chǎn)品大都要求產(chǎn)品智能化，設(shè)計(jì)智能。圖3給出離散制造業(yè)智能工廠的框架。
在信息物理融合系統(tǒng)的CPS的支持下，構(gòu)建智能制造、智能經(jīng)營(yíng)、智能設(shè)計(jì)、智能產(chǎn)品、智能決策五大系統(tǒng)。要做到縱向、橫向和端到端的集成首先要有一系列的標(biāo)準(zhǔn)的支持，信息安全的保障。
信息物理融合系統(tǒng)CPS：
通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)將制造業(yè)企業(yè)設(shè)施、設(shè)備、組織、人互通互聯(lián)，集計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)、感知系統(tǒng)為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界安全、可靠、實(shí)時(shí)、協(xié)同感知和控制。對(duì)物理世界實(shí)現(xiàn)“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”。 如圖4所示。
智能設(shè)計(jì)：
應(yīng)用CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術(shù)，在設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)、專家系統(tǒng)的支持下進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。在虛擬環(huán)境下設(shè)計(jì)出數(shù)字化樣機(jī)，對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能、功能進(jìn)行模擬仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。支持并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)。在工藝知識(shí)庫(kù)的支持下進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程模擬仿真。最大限度縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制周期，快速響應(yīng)客戶需求，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力。
智能產(chǎn)品：
智能產(chǎn)品要具有感知、分析、推理、決策、控制功能。具有信息存儲(chǔ)、傳感、無(wú)線通信功能，進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程服務(wù)。它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。如智能加工中心、自適應(yīng)數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)駕駛汽車、智能儀表。
智能經(jīng)營(yíng)：
在物聯(lián)網(wǎng)和務(wù)聯(lián)網(wǎng)支持下的整個(gè)價(jià)值鏈上從客戶需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、智能制造、進(jìn)出廠物流、生產(chǎn)物流等全過(guò)程的協(xié)同供應(yīng)鏈的優(yōu)化和管理，使得任何客戶的需求、變動(dòng)、設(shè)計(jì)的更改，在整個(gè)供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)中快速傳播，及時(shí)響應(yīng)。制造服務(wù)全過(guò)程的管理。著眼于產(chǎn)品全生命周期，從用戶需求、設(shè)計(jì)制造、賣方信貸、產(chǎn)品租賃、售后服務(wù)、直至回收再利用全過(guò)程的管理和服務(wù)。在上述全流程過(guò)程中的契約、協(xié)議、交易、法律、互聯(lián)網(wǎng)金融的支持。全價(jià)值鏈上資源優(yōu)化利用，意外的處置，生產(chǎn)安全、信息安全、綠色環(huán)保等一系列的保障措施。
智能制造：
使用智能裝備、智能物流、制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程的優(yōu)化控制、智能調(diào)度、生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量管理、車間績(jī)效等。對(duì)生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量的異常作出正確的判斷和處置。實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行與運(yùn)營(yíng)管理、研發(fā)設(shè)計(jì)、智能裝備的集成。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，管控一體化。
智能決策：
在智能工廠的環(huán)境下，將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，用大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)，進(jìn)行建模、數(shù)據(jù)抽取、分析使企業(yè)的各級(jí)決策者獲得知識(shí)或洞察力，促使他們做出對(duì)企業(yè)更有利的決策。提高決策的遇見(jiàn)性和準(zhǔn)確性。對(duì)于工業(yè)企業(yè)大數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)利用可以用于市場(chǎng)和客戶的分析，爭(zhēng)取、發(fā)展和留住客戶;優(yōu)化企業(yè)運(yùn)營(yíng)，使資源利用最大化，降低成本;全面了解、深入洞察和控制財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn);創(chuàng)建新的業(yè)務(wù)模式等。
智能制造之路
對(duì)于一個(gè)制造業(yè)企業(yè)特別是離散制造業(yè)企業(yè)，要全面實(shí)現(xiàn)智能化是一個(gè)浩大的工程。需要大量的資金，人力資源的投入，絕不是一蹴而就的事。正如“中國(guó)制造2025”的規(guī)劃，要用第一個(gè)十年進(jìn)入世界第二方陣，第二個(gè)十年進(jìn)入第一方陣，第三個(gè)十年完成中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，在制造業(yè)的主要領(lǐng)域我們要具有創(chuàng)新引領(lǐng)的能力和明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，建成全球領(lǐng)先的技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)體系。這是中國(guó)制造2025的愿景和目標(biāo)，也應(yīng)該成為每一個(gè)企業(yè)的愿景和目標(biāo)。這樣一個(gè)宏偉的目標(biāo)不是短時(shí)間能完成的。所以我們一定要總體規(guī)劃，分步實(shí)施，重點(diǎn)突破，效益為先的方針。
總體規(guī)劃，分步實(shí)施
建設(shè)智能制造系統(tǒng)，智能工廠是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱巨、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須按照“總體規(guī)劃，分步實(shí)施，重點(diǎn)突破，效益為先”的原則進(jìn)行規(guī)劃。首先要將其納入企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，5-10年企業(yè)發(fā)展愿景是什么，我們要成為什么樣的企業(yè)，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上我們?cè)谀骋惶囟I(lǐng)域占有什么位置。制定企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，抓住獲取企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)能力這條主線，從而知道我們需要?jiǎng)?chuàng)新研發(fā)什么樣的產(chǎn)品，什么樣的制造技術(shù)，什么樣的經(jīng)營(yíng)模式，什么樣的服務(wù)。在這樣清晰的戰(zhàn)略目標(biāo)指引下制定總體規(guī)劃，分析制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸，排出先后順序，制定分階段的目標(biāo)和內(nèi)容。
抓住獲取企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力這條主線
什么是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)能力，能為客戶創(chuàng)造高的價(jià)值，超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，很難復(fù)制和模仿的競(jìng)爭(zhēng)能力。降價(jià)競(jìng)爭(zhēng)從來(lái)不可能獲得可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，引進(jìn)一項(xiàng)新技術(shù)或新產(chǎn)品獲得的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并不是可持續(xù)的。擁抱互聯(lián)網(wǎng)，走智能制造的路，逐步實(shí)現(xiàn)研發(fā)設(shè)計(jì)智能化、產(chǎn)品智能化、經(jīng)營(yíng)管理智能化、制造智能化、服務(wù)智能化、決策智能化，這是制造業(yè)的發(fā)展方向。
智能制造也要進(jìn)行投資效益分析
建設(shè)一個(gè)自動(dòng)化、智能化的工廠是要花費(fèi)大量資金的，為了智能化而智能化，不進(jìn)行投資效益分析是不行的。中國(guó)勞動(dòng)力成本是在逐年上升，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家比較仍然是低的，在企業(yè)的若干生產(chǎn)活動(dòng)中仍然有許多活動(dòng)用人比用機(jī)器更合理、更便宜。要首先選擇那些質(zhì)量、效益、安全綜合效益好的環(huán)節(jié)實(shí)施智能化，不要盲目追求全盤自動(dòng)化、智能化。企業(yè)要結(jié)合自身的情況、所處的發(fā)展階段、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)實(shí)力，量力而行。二十多年前一個(gè)863/CIMS示范企業(yè)盲目追求制造自動(dòng)化，向銀行貸款大筆資金，背上沉重的負(fù)債，企業(yè)從此一蹶不振，這是一個(gè)沉重痛的教訓(xùn)。所以搞智能制造也要進(jìn)行投資效益分析。
發(fā)揮企業(yè)的主體作用
隨著新一輪工業(yè)革命的興起，國(guó)家實(shí)施“中國(guó)制造2025”，“智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)”，“互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)融合創(chuàng)新”等項(xiàng)目相繼開(kāi)展，這是非常重要的。政府組織、引導(dǎo)、鼓勵(lì)企業(yè)走新型工業(yè)化的道路。但是一定要堅(jiān)持市場(chǎng)主導(dǎo)，企業(yè)為主體的思想，企業(yè)對(duì)投資效益負(fù)責(zé)。