智能制造與智能工廠的主要特征

來源／易加科技

智能制造是新工業(yè)革命的核心，它并不在于進一步提高設(shè)備的效率和精度，而是更加合理化和智能化地使用設(shè)備，通過智能運維實現(xiàn)制造業(yè)的價值最大化；它聚焦生產(chǎn)領(lǐng)域，但又是一次全流程、端到端的轉(zhuǎn)型過程，會讓研發(fā)、生產(chǎn)、產(chǎn)品、渠道、銷售、客戶管理等一整條生態(tài)鏈為之發(fā)生劇變。對工業(yè)企業(yè)來說，在生產(chǎn)和工廠側(cè)，它依然可以規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、自動化為基礎(chǔ)，但它還需被賦予柔性化、定制化、可視化、低碳化的新特性；在商業(yè)模式側(cè)，會出現(xiàn)顛覆性的變化——生產(chǎn)者影響消費者的模式被消費者需求決定產(chǎn)品生產(chǎn)的模式取而代之；在國家層面，則需要建立一張比消費互聯(lián)網(wǎng)更加安全可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

產(chǎn)品智能化。產(chǎn)品智能化是把傳感器、處理器、存儲器、通信模塊、傳輸系統(tǒng)融入各種產(chǎn)品，使得產(chǎn)品具備動態(tài)存儲、感知和通信能力，實現(xiàn)產(chǎn)品可追溯、可識別、可定位。計算機、智能手機、智能電視、智能機器人、智能穿戴都是物聯(lián)網(wǎng)的“原住民”，這些產(chǎn)品從生產(chǎn)出來就是網(wǎng)絡(luò)終端。而傳統(tǒng)的空調(diào)、冰箱、汽車、機床等都是物聯(lián)網(wǎng)的“移民”，未來這些產(chǎn)品都需要連接到網(wǎng)絡(luò)世界。專家估計，到2020年這些物聯(lián)網(wǎng)的“原住民”和“移民”加起來將超過500億個，且這個進程將持續(xù)10年、20年甚至50年。

裝備智能化。通過先進制造、信息處理、人工智能等技術(shù)的集成和融合，可以形成具有感知、分析、推理、決策、執(zhí)行、自主學(xué)習(xí)及維護等自組織、自適應(yīng)功能的智能生產(chǎn)系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化的生產(chǎn)設(shè)施，這些都屬于智能裝備。在工業(yè)4.0時代，裝備智能化的進程可以在兩個維度上進行：單機智能化，以及單機設(shè)備的互聯(lián)而形成的智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠。需要強調(diào)的是，單純的研發(fā)和生產(chǎn)端的改造不是智能制造的全部，基于渠道和消費者洞察的前段改造也是重要的一環(huán)。二者相互結(jié)合、相輔相成，才能完成端到端的全鏈條智能制造改造。

生產(chǎn)方式智能化。個性化定制、極少量生產(chǎn)、服務(wù)型制造以及云制造等新業(yè)態(tài)、新模式，其本質(zhì)是在重組客戶、供應(yīng)商、銷售商以及企業(yè)內(nèi)部組織的關(guān)系，重構(gòu)生產(chǎn)體系中信息流、產(chǎn)品流、資金流的運行模式，重建新的產(chǎn)業(yè)價值鏈、生態(tài)系統(tǒng)和競爭格局。工業(yè)時代，產(chǎn)品價值由企業(yè)定義，企業(yè)生產(chǎn)什么產(chǎn)品，用戶就買什么產(chǎn)品，企業(yè)定價多少錢，用戶就花多少錢——主動權(quán)完全掌握在企業(yè)手中。而智能制造能夠?qū)崿F(xiàn)個性化定制，不僅打掉了中間環(huán)節(jié)，還加快了商業(yè)流動，產(chǎn)品價值不再有企業(yè)定義，而是由用戶來定義——只有用戶認(rèn)可的，用戶參與的，用戶愿意分享的，用戶不說你壞的產(chǎn)品，才具有市場價值。

管理智能化。隨著縱向集成、橫向集成和端到端集成的不斷深入，企業(yè)數(shù)據(jù)的及時性、完整性、準(zhǔn)確性不斷提高，必然使管理更加準(zhǔn)確、更加高效、更加科學(xué)。

服務(wù)智能化。智能服務(wù)是智能制造的核心內(nèi)容，越來越多的制造企業(yè)已經(jīng)意識到了從生產(chǎn)型制造向生產(chǎn)服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型的重要性。今后，將會實現(xiàn)線上與線下并行的O2O服務(wù)，兩股力量在服務(wù)智能方面相向而行，一般力量是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷拓展服務(wù)，另一股力量是從消費互聯(lián)網(wǎng)進入產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，比如微信未來連接的不僅是人，還包括設(shè)備和設(shè)備、服務(wù)和服務(wù)、人和服務(wù)。個性化的研發(fā)設(shè)計、總集成、總承包等新服務(wù)產(chǎn)品的全生命周期管理，會伴隨著生產(chǎn)方式的變革不斷出現(xiàn)。

工業(yè)4.0要建立一個智能生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)智能無所不在、連接無處不在，數(shù)據(jù)無處不在的時候，設(shè)備和設(shè)備之間、人和人之間、物和物之間、人和物之間的聯(lián)系就會越來越緊密，最終必然出現(xiàn)一個系統(tǒng)連接另一個系統(tǒng)、小系統(tǒng)組成大系統(tǒng)、大系統(tǒng)構(gòu)成更大系統(tǒng)的情況——對于工業(yè)4.0的目標(biāo)智能制造而言，它就是系統(tǒng)的系統(tǒng)。

在德國乃至全球，一個超復(fù)雜的巨系統(tǒng)正在形成。車間里的一部機器，通過更新操作系統(tǒng)實現(xiàn)功能升級，通過工業(yè)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)各種功能即插即用，通過應(yīng)用程序編程接口不斷擴展制造生態(tài)系統(tǒng)，所有的機器、產(chǎn)品、零部件、能源、原材料，所有的研發(fā)工具、測試驗證平臺、虛擬產(chǎn)品和工廠，所有的產(chǎn)品管理、生產(chǎn)管理、運營流程管理，所有的研發(fā)、生產(chǎn)、管理、銷售、員工、各級供應(yīng)商、銷售商以及成千上萬個客戶，都將是這一系統(tǒng)的重要組成部分。

智能工廠有三大特征。第一，信息基礎(chǔ)設(shè)施高度互聯(lián)，包括生產(chǎn)設(shè)備、機器人、操作人員、物料和成品。第二，有實時系統(tǒng)，可以及時進行信息傳輸和對接。第三，從柔性化、敏捷化、智能化到信息化，這是智能工廠的發(fā)展趨勢。每個階段，柔性化對環(huán)境的調(diào)整能力能夠?qū)崿F(xiàn)不同產(chǎn)品需要，實現(xiàn)多品種小批量生產(chǎn)，同時能控制這種個性化生產(chǎn)所帶來的成本飆升問題。

在工業(yè)3.0時代，工廠的最底層加工單元包括了3個環(huán)節(jié)，分別是傳感器（相當(dāng)于眼睛）、可編程控制器（PLC，相當(dāng)于大腦）和執(zhí)行器（相當(dāng)于手足）。在加工單元的上層是車間，這里主要是生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）,通俗說就是，這個系統(tǒng)負(fù)責(zé)拿到任務(wù)，并進行任務(wù)的分配。再到上面，則是企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理（SCM）系統(tǒng)和客戶關(guān)系管理（CRM）系統(tǒng)等上層系統(tǒng)。其中，ERP負(fù)責(zé)企業(yè)內(nèi)部資源的配置和協(xié)調(diào)，而PLM負(fù)責(zé)產(chǎn)品從開發(fā)到報廢的“管理”，SCM負(fù)責(zé)企業(yè)資源和外部的對接，而CRM的作用在于促進企業(yè)和消費者的溝通。

以上技術(shù)都是工業(yè)3.0已有技術(shù)，但工業(yè)4.0對他們提出了新要求，一是必須更加智能，反應(yīng)更快。比如一輛汽車，未來的PLM系統(tǒng)甚至可以跟蹤其使用過程，通過對其生產(chǎn)、損耗等數(shù)據(jù)的分析，最終“決定”其在接近使用年限之時，應(yīng)該全面報廢還是“器官移植”——回收有用的舊部件。

另外，工業(yè)4.0要求技術(shù)更加集成化，即以上這些系統(tǒng)要實現(xiàn)橫向和縱向的集成，從而實現(xiàn)更加智能化。智能化生產(chǎn)的圖景如下：產(chǎn)品從設(shè)計到制造的所有環(huán)節(jié)都被打通，PLM的設(shè)計數(shù)據(jù)直接進入ERP系統(tǒng)，后者立即調(diào)配工廠資源，如需外界供貨則由SCM系統(tǒng)自動調(diào)配。而借助于CRM系統(tǒng)，整個生產(chǎn)過程可以和客戶保持實時溝通，比如顧客通過視頻看到產(chǎn)品不符合自己口味，可以立即讓生產(chǎn)線進行調(diào)整。

工業(yè)4.0意味著智能工廠自己可以運轉(zhuǎn)、連接并和機器進行交流，產(chǎn)品設(shè)備之間可以通信。所以德國人把工業(yè)4.0定義為“機器制造機器”，每臺機器都是有生命力的，工廠越來越像一個人，有智商高低的區(qū)別。隨著工廠“智商”的提高，其智能化程度越來越高。

智能工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段，是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強信息管理和服務(wù)，清楚的掌握產(chǎn)銷流程，提高生產(chǎn)過程的可控性，減少生產(chǎn)線上的人工干預(yù)，即時準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以合理編排生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)進度，并通過綠色智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)的運用，構(gòu)建一個高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的人性化工廠。