深度解析工業(yè)革命的本質(zhì)：智能制造

　　“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”中的智能制造

　　過(guò)去20年，互聯(lián)網(wǎng)是改變社會(huì)、改變商業(yè)最重要的技術(shù);如今，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，讓許多物理實(shí)體具備了感知能力和數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋磉_(dá)能力;未來(lái)，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的成熟，生產(chǎn)制造領(lǐng)域?qū)⒕邆涫占?、傳輸及處理大?shù)據(jù)的高級(jí)能力，使制造業(yè)形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，帶動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)的顛覆與重構(gòu)。

　　“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念最早是由美國(guó)通用電氣公司(GE)于2012年提出的，隨后聯(lián)合另外四家IT巨頭組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)，將這一概念大力推廣開(kāi)來(lái)?！肮I(yè)互聯(lián)網(wǎng)”主要含義是，在現(xiàn)實(shí)世界中，機(jī)器、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)能在更深層次與信息世界的大數(shù)據(jù)和分析連接在一起，帶動(dòng)工業(yè)革命和網(wǎng)絡(luò)革命兩大革命性轉(zhuǎn)變。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的愿景是使各個(gè)制造業(yè)廠商的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這就至少要涉及到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的成立目的在于通過(guò)制定通用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，利用互聯(lián)網(wǎng)激活傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造過(guò)程，促進(jìn)物理世界和信息世界的融合。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使制造業(yè)的數(shù)據(jù)流、硬件、軟件實(shí)現(xiàn)智能交互。未來(lái)的制造業(yè)中，由智能設(shè)備采集大數(shù)據(jù)之后，利用智能系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和可視化展現(xiàn)，形成“智能決策”，為生產(chǎn)管理提供實(shí)時(shí)判斷參考，反過(guò)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，優(yōu)化制造工藝。

　　智能設(shè)備可以在機(jī)器、設(shè)施、組織和網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)共享促進(jìn)智能協(xié)作，并將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到智能系統(tǒng)。

　　智能系統(tǒng)包括部署在組織內(nèi)的機(jī)器設(shè)備，也包括互聯(lián)網(wǎng)中廣泛互聯(lián)的軟件。隨著越來(lái)越多的機(jī)器設(shè)備加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)貫通整個(gè)組主和網(wǎng)絡(luò)的智能設(shè)備協(xié)同效應(yīng)成為可能。深度學(xué)習(xí)是智能系統(tǒng)內(nèi)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)升級(jí)。每臺(tái)機(jī)器的操作經(jīng)驗(yàn)可以聚合為一個(gè)信息系統(tǒng)，以使得整套機(jī)器設(shè)備能夠不斷地自行學(xué)習(xí)，掌握數(shù)據(jù)分析和判斷能力。以往，在單個(gè)的機(jī)器設(shè)備上，這種深度學(xué)習(xí)的方式是不可能實(shí)現(xiàn)的。例如，從飛機(jī)上收集的數(shù)據(jù)加上航空地理位置與飛行歷史記錄數(shù)據(jù)，便可以挖掘出大量有關(guān)各種環(huán)境下的飛機(jī)性能的信息。通過(guò)這些大數(shù)據(jù)的挖掘與應(yīng)用，可以使整個(gè)系統(tǒng)更聰明，從而推動(dòng)一個(gè)持續(xù)的知識(shí)積累過(guò)程。當(dāng)越來(lái)越多的智能設(shè)備連接到一個(gè)智能系統(tǒng)之中，結(jié)果將是系統(tǒng)不斷增強(qiáng)并能自主深度學(xué)習(xí)，而且變得越來(lái)越智能化。

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵是通過(guò)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)智能決策。當(dāng)從智能設(shè)備和智能系統(tǒng)采集到了足夠的大數(shù)據(jù)時(shí)，智能決策其實(shí)就已經(jīng)發(fā)生了。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中，智能決策對(duì)于應(yīng)對(duì)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜的機(jī)器的互聯(lián)、設(shè)備的互聯(lián)、組織的互聯(lián)和龐大的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，十分必要。智能決策就是為了解決系統(tǒng)的復(fù)雜性。

　　當(dāng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三大要素——智能設(shè)備、智能系統(tǒng)、智能決策，與機(jī)器、設(shè)施、組織和網(wǎng)絡(luò)融合到一起的時(shí)候，其全部潛能就會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。生產(chǎn)率提高、成本降低和節(jié)能減排所帶來(lái)的效益將帶動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　所以說(shuō)，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”代表了消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)，增強(qiáng)了制造業(yè)的軟實(shí)力，使未來(lái)制造業(yè)向效率更高、更精細(xì)化發(fā)展。

　　“工業(yè)4.0”中的智能制造

　　2009到2012年歐洲深陷債務(wù)危機(jī)，德國(guó)經(jīng)濟(jì)卻一枝獨(dú)秀，依然堅(jiān)挺。德國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的動(dòng)力來(lái)自其基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)——制造業(yè)所維持的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于德國(guó)而言，制造業(yè)是傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力，制造業(yè)的發(fā)展是德國(guó)工業(yè)增長(zhǎng)不可或缺的因素，基于這一共識(shí)，德國(guó)政府傾力推動(dòng)進(jìn)一步的技術(shù)創(chuàng)新，其關(guān)鍵詞是“工業(yè)4.0”。

　　“工業(yè)4.0”中，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展正在對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)造成顛覆性、革命性的沖擊。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)感知、監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的智能分析和決策，使智能生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、大規(guī)模個(gè)性化制造成為生產(chǎn)方式變革的方向?！肮I(yè)4.0”所描繪的未來(lái)的制造業(yè)將建立在以互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的互動(dòng)平臺(tái)之上，將更多的生產(chǎn)要素更為科學(xué)地整合，變得更加自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，而生產(chǎn)制造個(gè)性化、定制化將成為新常態(tài)。

　　自動(dòng)化只是單純的控制，智能化則是在控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)匯集到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，然后通過(guò)信息管理系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘，從而作出正確的決策。這些決策附加給自動(dòng)化設(shè)備的是“智能”，從而提高生產(chǎn)靈活性和資源利用率，增強(qiáng)顧客與商業(yè)合作伙伴之間的緊密關(guān)聯(lián)度，并提升工業(yè)生產(chǎn)的商業(yè)價(jià)值。

　　生產(chǎn)智能化。全球化分工使得各項(xiàng)生產(chǎn)要素加速流動(dòng)，市場(chǎng)趨勢(shì)變化和產(chǎn)品個(gè)性化需求對(duì)工廠的生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間和柔性化生產(chǎn)能力提出了更高的要求。“工業(yè)4.0”時(shí)代，生產(chǎn)智能化通過(guò)基于信息化的機(jī)械、知識(shí)、管理和技能等多種要素的有機(jī)結(jié)合，從著手生產(chǎn)制造之前，就按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級(jí)、工廠現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力，自動(dòng)制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃。從而，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣性、縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，最終實(shí)現(xiàn)工廠運(yùn)營(yíng)的全面優(yōu)化變革。

　　傳統(tǒng)制造業(yè)時(shí)代，材料、能源和信息是工廠生產(chǎn)的三個(gè)要素。傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展的歷史，就是工廠利用材料、能源和信息進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的歷史。材料、能源和信息領(lǐng)域的任何技術(shù)革命，必然導(dǎo)致生產(chǎn)方式的革命和生產(chǎn)力的飛躍發(fā)展。但是，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)到智能手機(jī)等移動(dòng)終端的演進(jìn)，越來(lái)越多功能強(qiáng)大的智能設(shè)備以無(wú)線(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)或設(shè)備之間的互聯(lián)。由此衍生出物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)，推動(dòng)著物理世界和信息世界以信息物理系統(tǒng)(CPS)的方式相融合。也可以說(shuō)，是這種技術(shù)進(jìn)步使得制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了資源、信息、物品、設(shè)備和人的互通互聯(lián)。

　　通過(guò)互通互聯(lián)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和以前的自動(dòng)化的技術(shù)結(jié)合在一起，生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合，生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間，工人與設(shè)備之間的合作，把整個(gè)工廠內(nèi)部的要素聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成信息物理系統(tǒng)，互相之間可以合作、可以響應(yīng)，能夠開(kāi)展個(gè)性化的生產(chǎn)制造，可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率，還可以調(diào)整利用資源的多少、大小，采用最節(jié)約資源的方式。

　　“工業(yè)4.0”時(shí)代，在智能工廠中，CRM(Customer Relationship Management，客戶(hù)關(guān)系管理)、PDM(Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、SCM(Supply chain management，供應(yīng)鏈管理)等軟件管理系統(tǒng)可能都將互聯(lián)。屆時(shí)，接到顧客訂單后的一瞬間，工廠就會(huì)立即自動(dòng)地向原材料供應(yīng)商采購(gòu)。原材料到貨后，將被賦予數(shù)據(jù)，“這是給某某客戶(hù)生產(chǎn)的某某產(chǎn)品的某某工藝中的原材料”，使“原材料”帶有信息。帶有信息的原材料也就意味著擁有自己的用途或目的地。在生產(chǎn)過(guò)程中，原材料一旦被錯(cuò)誤配送到其他生產(chǎn)線(xiàn)，它就會(huì)通過(guò)與生產(chǎn)設(shè)備開(kāi)展“對(duì)話(huà)”，返回屬于自己的正確的生產(chǎn)線(xiàn);如果生產(chǎn)機(jī)器之間的原材料不夠用，生產(chǎn)機(jī)器也可以向訂單系統(tǒng)進(jìn)行“交涉”，來(lái)增加原材料數(shù)量;最終，即便是原材料嵌入到產(chǎn)品內(nèi)之后，由于它還保存著路徑流程信息，將會(huì)很容易實(shí)現(xiàn)追蹤溯源。

　　設(shè)備智能化。在未來(lái)的智能工廠，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰可見(jiàn)、高度透明，整個(gè)車(chē)間有序且高效地運(yùn)轉(zhuǎn)?！肮I(yè)4.0”中，自動(dòng)化設(shè)備在原有的控制功能基礎(chǔ)上，附加一定的新功能，就可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理、安全性、可追蹤性與節(jié)能性等智能化要求。這些為生產(chǎn)設(shè)備添加的新功能是指通過(guò)為生產(chǎn)線(xiàn)配置眾多傳感器，讓設(shè)備具有感知能力，將所感知的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳送到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析決策進(jìn)一步使得自動(dòng)化設(shè)備具有自律管理的智能功能，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化。

　　“工業(yè)4.0”中，在生產(chǎn)線(xiàn)、生產(chǎn)設(shè)備中配備的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)抓取數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)通信連接互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)生產(chǎn)本身進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。設(shè)備傳感和控制層的數(shù)據(jù)與企業(yè)信息系統(tǒng)融合形成了信息物理系統(tǒng)(CPS)，使得生產(chǎn)大數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，形成決策并反過(guò)來(lái)指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)備的智能化直接決定了“工業(yè)4.0”所要求的智能生產(chǎn)水平。

　　能源管理智能化。近年來(lái)，環(huán)境和節(jié)能減排已成為制造業(yè)最重視的課題之一。許多制造業(yè)企業(yè)都已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用信息技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)能耗進(jìn)行管理，以最具經(jīng)濟(jì)效益的方式，部署工業(yè)節(jié)能減排與綜合利用的智能化系統(tǒng)架構(gòu)，從資源、原材料、研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造到廢棄物回收再利用處理，形成綠色產(chǎn)品生命周期管理的循環(huán)。

　　供應(yīng)鏈管理智能化。在傳統(tǒng)的制造業(yè)生產(chǎn)模式中，無(wú)論是工廠還是供應(yīng)商，都需要為制造業(yè)的零部件或原材料的庫(kù)存付出一定的成本支出，由于供應(yīng)商和工廠之間的信息不對(duì)稱(chēng)和非自動(dòng)的信息交換，生產(chǎn)的模式只能采用按計(jì)劃或按庫(kù)存生產(chǎn)的模式，靈活性和效率受到了約束。

　　“工業(yè)4.0”時(shí)代，復(fù)雜的制造系統(tǒng)在一定程度上也加速了產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。傳統(tǒng)的大型企業(yè)集團(tuán)掌控的供應(yīng)鏈主導(dǎo)型將向產(chǎn)業(yè)生態(tài)型演變，平臺(tái)技術(shù)以及平臺(tái)型企業(yè)將在產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的展現(xiàn)出更多的作用。因此，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略的重點(diǎn)將不再是做大規(guī)模，而將是智能化的供應(yīng)鏈管理，在不斷變化的動(dòng)態(tài)環(huán)境中獲得和保持動(dòng)態(tài)的供需協(xié)調(diào)能力。

　　供應(yīng)鏈管理智能化將統(tǒng)一工廠的零部件庫(kù)存和供應(yīng)商的生產(chǎn)流程，從而保證工廠的零部件庫(kù)存的最小化，降低庫(kù)存帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，降低生產(chǎn)成本。供應(yīng)鏈管理智能化要求企業(yè)間的信息采用基于事件驅(qū)動(dòng)的方式交換信息，信息的交換是實(shí)時(shí)的，并且對(duì)方同樣可以做出實(shí)時(shí)的反應(yīng)，供應(yīng)鏈上不同企業(yè)的運(yùn)作效率與在同一個(gè)企業(yè)中不同部門(mén)的運(yùn)作一樣敏捷，具有滿(mǎn)足不斷變化的需求的適應(yīng)性。供應(yīng)鏈管理智能化將為供應(yīng)鏈上的企業(yè)帶來(lái)更大的利益，供應(yīng)鏈上各個(gè)企業(yè)的協(xié)同制造將為降低制造成本、物流成本，縮短制造周期，提供更好的服務(wù)和有力的保障。

　　實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)智能化體現(xiàn)了“工業(yè)4.0”的宏大愿景。“工業(yè)4.0”認(rèn)為實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)智能化其實(shí)是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念：將大量的有關(guān)人、信息管理系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備等物體融入到信息物理系統(tǒng)(CPS)中，在制造系統(tǒng)中，利用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為企業(yè)服務(wù)，協(xié)同企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)。

　　智能制造的內(nèi)涵

　　無(wú)論是德國(guó)的“工業(yè)4.0”，還是美國(guó)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，其實(shí)質(zhì)與我國(guó)工業(yè)和信息化部推廣的“兩化融合”戰(zhàn)略大同小異。某種程度上說(shuō)，以智能制造為代表的新一輪工業(yè)革命或許對(duì)于我國(guó)制造業(yè)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，也可能是我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的一個(gè)重要機(jī)遇。

　　工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)“信息物理系統(tǒng)”。德國(guó)“工業(yè)4.0”其實(shí)就是基于信息物理系統(tǒng)(CPS)實(shí)現(xiàn)智能工廠，最終實(shí)現(xiàn)的是制造模式的變革。CPS概念最早是由美國(guó)國(guó)家基金委員會(huì)在2006年提出，被認(rèn)為有望成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息技術(shù)的第三次浪潮。

　　CSP是融合技術(shù)，包括計(jì)算、通信以及控制(傳感器、執(zhí)行器等)。中國(guó)科學(xué)院何積豐院士指出：“CPS，從廣義上理解，就是一個(gè)在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，深度融合了計(jì)算、通信和控制能力的可控可信可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，它通過(guò)計(jì)算進(jìn)程和物理進(jìn)程相互影響的反饋循環(huán)實(shí)現(xiàn)深度融合和實(shí)時(shí)交互來(lái)增加或擴(kuò)展新的功能，以安全、可靠、高效和實(shí)時(shí)的方式監(jiān)測(cè)或者控制一個(gè)物理實(shí)體。CPS的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的完全融合，構(gòu)建一個(gè)可控、可信、可擴(kuò)展并且安全高效的CPS網(wǎng)絡(luò)，并最終從根本上改變?nèi)祟?lèi)構(gòu)建工程物理系統(tǒng)的方式?！?/p>

　　目前所說(shuō)的制造業(yè)信息化，首先強(qiáng)調(diào)的是CAD(Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(Computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)等工業(yè)軟件和PPS(生產(chǎn)計(jì)劃控制系統(tǒng))、PLM(產(chǎn)品生命周期管理)等信息化管理系統(tǒng)。主要應(yīng)用于由上而下的集中式中央控制系統(tǒng)。

　　而信息物理系統(tǒng)(CPS)則通過(guò)物體、數(shù)據(jù)以及服務(wù)等的無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝與信息系統(tǒng)融合，形成了智能工廠。物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)分別位于智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)的底層和頂層。最頂層中，與生產(chǎn)計(jì)劃、物流、能耗和經(jīng)營(yíng)管理相關(guān)的ERP、SCM、CRM等，和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)相關(guān)的PLM處在最上層，與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)緊緊相連。中間一層，通過(guò)CPS物理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)控制、調(diào)度等相關(guān)功能，從智能物料供應(yīng)，到智能產(chǎn)品的產(chǎn)出，貫通整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理。最底層則通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制、執(zhí)行、傳感，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。

　　智能工廠的產(chǎn)品、資源及處理過(guò)程因CPS的存在，將具有非常高水平的實(shí)時(shí)性，同時(shí)在資源、成本節(jié)約中也頗具優(yōu)勢(shì)。智能工廠將按照重視可持續(xù)性的服務(wù)中心的業(yè)務(wù)來(lái)設(shè)計(jì)。因此，靈活性、自適應(yīng)以及機(jī)械學(xué)習(xí)能力等特征，甚至風(fēng)險(xiǎn)管理都是其中不可或缺的要素。智能工廠的設(shè)備將實(shí)現(xiàn)高級(jí)自動(dòng)化，主要是由基于自動(dòng)觀察生產(chǎn)過(guò)程的CPS的生產(chǎn)系統(tǒng)的靈活網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)可實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)的靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)工程的徹底優(yōu)化。同時(shí)，生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)不僅僅是在特定生產(chǎn)條件下一次性體現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)多家工廠、多個(gè)生產(chǎn)單元所形成的世界級(jí)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化。

　　工廠間實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)制造”。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)的普及，制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新要求出現(xiàn)了變化。一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠不斷地基于網(wǎng)絡(luò)獲取信息，及時(shí)對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng);另一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠?qū)⒏鞣N資源集成與共享，合理利用各種資源。

　　互聯(lián)制造能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，通過(guò)制造企業(yè)快速重組、動(dòng)態(tài)協(xié)同來(lái)快速配置制造資源，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，減少產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需的時(shí)間，增加市場(chǎng)份額;能夠分擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用、設(shè)備投資費(fèi)用等，減少經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部、外部的協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同制造和協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)商業(yè)的顛覆和重構(gòu)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造，消費(fèi)者、經(jīng)銷(xiāo)商、工廠、供應(yīng)鏈等各個(gè)環(huán)節(jié)可利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全流程參與。傳統(tǒng)制造業(yè)的模式是以產(chǎn)品為中心，而未來(lái)制造業(yè)通過(guò)與用戶(hù)互動(dòng)，根據(jù)用戶(hù)的個(gè)性化需求，然后開(kāi)始部署產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造。

　　另外，作為一個(gè)未來(lái)的潮流，工廠將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，向著互聯(lián)工廠的趨勢(shì)發(fā)展。隨之而來(lái)，采集并分析生產(chǎn)車(chē)間的各種信息向消費(fèi)者反饋，從工廠采集的信息作為大數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)解析，能夠開(kāi)拓更多的、新的商業(yè)機(jī)會(huì)。經(jīng)由硬件從車(chē)間采集的海量數(shù)據(jù)如何處理，也將在很大程度上決定服務(wù)、解決方案的價(jià)值。

　　過(guò)去的制造業(yè)只是一個(gè)環(huán)節(jié)，但隨著互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步向制造業(yè)環(huán)節(jié)滲透，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)。制造業(yè)的模式將隨之發(fā)生巨大變化，它會(huì)打破傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的生命周期，從原材料的采購(gòu)開(kāi)始，到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、售后服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成了閉環(huán)，徹底改變制造業(yè)以往僅是一個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)模式。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的閉環(huán)中，用戶(hù)、設(shè)計(jì)師、供應(yīng)商、分銷(xiāo)商等角色都會(huì)發(fā)生改變。與之相伴而生，傳統(tǒng)價(jià)值鏈也將不可避免的出現(xiàn)破碎與重構(gòu)。

　　工廠外實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)制造”。滿(mǎn)足消費(fèi)者個(gè)性化需求，一方面需要制造業(yè)企業(yè)能夠生產(chǎn)或提供符合消費(fèi)者個(gè)性偏好的產(chǎn)品或服務(wù)，一方面需要互聯(lián)網(wǎng)提供消費(fèi)者的個(gè)性化定制需求。由于消費(fèi)者人數(shù)眾多，每個(gè)人的需求不同，導(dǎo)致需求的具體信息也不同，加上需求的不斷變化，就構(gòu)成了產(chǎn)品需求的大數(shù)據(jù)。消費(fèi)者與制造業(yè)企業(yè)之間的交互和交易行為也將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，挖掘和分析這些消費(fèi)者動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，能夠幫助消費(fèi)者參與到產(chǎn)品的需求分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等創(chuàng)新活動(dòng)中，為產(chǎn)品創(chuàng)新作出貢獻(xiàn)。

　　因此，大數(shù)據(jù)將構(gòu)成制造業(yè)智能化的一個(gè)基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)在制造業(yè)大規(guī)模定制中的應(yīng)用除了圍繞定制平臺(tái)這一核心之外，還包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、訂單管理、智能化制造等。定制數(shù)據(jù)達(dá)到一定的數(shù)量級(jí)，就可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘，實(shí)現(xiàn)流行預(yù)測(cè)、精準(zhǔn)匹配、時(shí)尚管理、社交應(yīng)用、營(yíng)銷(xiāo)推送等更多的應(yīng)用(圖6)。同時(shí)，大數(shù)據(jù)能夠幫助制造業(yè)企業(yè)提升營(yíng)銷(xiāo)的針對(duì)性，降低物流和庫(kù)存的成本，減少生產(chǎn)資源投入的風(fēng)險(xiǎn)。

　　數(shù)據(jù)制造”時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將全面嵌入到工業(yè)體系之中，將打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)模式和管理方式。生產(chǎn)制造過(guò)程與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的深度集成，將實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)要素的高度靈活配置，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)。從而，將有力推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。毫無(wú)疑問(wèn)，“數(shù)據(jù)制造”將會(huì)改變制造業(yè)思維，給制造業(yè)帶來(lái)更多的靈活性和想象空間，也或?qū)㈩嵏仓圃鞓I(yè)的游戲規(guī)則。

　　對(duì)我國(guó)的啟示

　　沒(méi)有強(qiáng)大的制造業(yè)，一個(gè)國(guó)家將無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速、健康、穩(wěn)定的發(fā)展，勞動(dòng)就業(yè)問(wèn)題將日趨突顯，人民生活難以普遍提高，國(guó)家穩(wěn)定和安全將受到威脅，信息化、現(xiàn)代化將失去堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。改革開(kāi)放以來(lái)的30多年中，中國(guó)經(jīng)濟(jì)經(jīng)歷了接近10%的高速增長(zhǎng)階段，而制造業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的引擎。目前，我國(guó)尚處于工業(yè)化進(jìn)程的中后期，制造業(yè)創(chuàng)造了GDP總量的三分之一，貢獻(xiàn)了出口總額的90%，未來(lái)幾十年制造業(yè)仍將是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。

　　重新定義“智能制造”的關(guān)鍵詞。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，制造業(yè)面臨著全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。特別是2008年金融危機(jī)之后，世界各國(guó)為了尋找促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新出路，開(kāi)始重新重視制造業(yè)，歐盟整體上開(kāi)始加大制造業(yè)科技創(chuàng)新扶持力度;美國(guó)于2011年提出“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”，旨在增加就業(yè)機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)于2012年2月正式發(fā)布了《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》，德國(guó)于2013年4月推出《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》。我們應(yīng)該通過(guò)比較研究《美國(guó)先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃》《德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略》等資料中的先進(jìn)制造業(yè)關(guān)鍵詞，進(jìn)而來(lái)定義未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展方向(圖7)。

　　一是軟性制造。大規(guī)模制造時(shí)代，傳統(tǒng)的制造環(huán)節(jié)利潤(rùn)空間越來(lái)越受到擠壓。所以，從發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃中均可以看到，制造業(yè)的概念和附加值正在不斷從硬件向軟件、服務(wù)、解決方案等無(wú)形資產(chǎn)轉(zhuǎn)移。相對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)，如今的制造業(yè)是軟件帶給硬件功能、控制硬件、對(duì)硬件造成極大影響。同時(shí)，與以往的硬件商品所不同，目前的制造業(yè)中，對(duì)商品附屬的服務(wù)或者基于商品上面的解決方案的需求正在快速增加。

　　所謂軟性制造，就是增加產(chǎn)品附加價(jià)值、拓展更多、更豐富的服務(wù)與解決方案。因?yàn)橄鄬?duì)于硬件，產(chǎn)品內(nèi)置的軟件、附帶的服務(wù)或者解決方案通常是軟性和無(wú)形的，都是“看不見(jiàn)”的事物，所以稱(chēng)之為軟性制造。

　　軟性制造不再將“硬件”生產(chǎn)視為制造業(yè)，而認(rèn)為“軟件”在制造業(yè)中不斷發(fā)揮主導(dǎo)作用，商品產(chǎn)生的服務(wù)或解決方案將對(duì)制造業(yè)的價(jià)值產(chǎn)生巨大影響。所以，未來(lái)的制造業(yè)需要放棄傳統(tǒng)的“硬件式”的思維模式，而要從軟件、服務(wù)產(chǎn)生附加值的角度去發(fā)展制造業(yè)。軟件、服務(wù)在整個(gè)制造業(yè)價(jià)值鏈中所占的比重將越來(lái)越大，呈現(xiàn)顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)。未來(lái)制造業(yè)企業(yè)向顧客提供的不再是單純的產(chǎn)品，而是各種應(yīng)用軟件與服務(wù)形態(tài)集成于一體的整體解決方案。

　　二是從“物理”到“信息”的趨勢(shì)。以往，每當(dāng)提及制造業(yè)，恐怕都認(rèn)為是各種零部件構(gòu)成硬件產(chǎn)品的核心。隨著封裝化、數(shù)字化的發(fā)展，零部件生產(chǎn)加工技術(shù)加速向新興市場(chǎng)國(guó)家轉(zhuǎn)移，這樣，零部件本身的利潤(rùn)就難以維系。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)開(kāi)始更加注重通過(guò)組裝零部件進(jìn)行封裝化，將部分功能模塊化，將系列功能系統(tǒng)化，來(lái)提升附加價(jià)值。

　　模塊化是將標(biāo)準(zhǔn)化的零部件進(jìn)行組裝，以此來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。從而能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)的多樣化需求，滿(mǎn)足消費(fèi)者的各項(xiàng)差異化需求。以往，在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，需要付出很多時(shí)間和成本，如果將復(fù)雜化的產(chǎn)品通過(guò)幾個(gè)模塊進(jìn)行組裝，就能夠同時(shí)解決多樣化和效率化的問(wèn)題。

　　但是，模塊化本身不過(guò)是產(chǎn)品的一項(xiàng)功能，未來(lái)制造業(yè)將更加重視在通過(guò)模塊化和封裝化的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)化，拓展新的應(yīng)用與服務(wù)。如果以系統(tǒng)化為主導(dǎo)，就能相對(duì)于“物理”意義上的零部件，獲取更多的帶有“信息”功能的附加價(jià)值。相反，如果不掌控系統(tǒng)的主導(dǎo)權(quán)，無(wú)論研發(fā)出的零部件的質(zhì)量和功能多么好，也難以成為市場(chǎng)價(jià)格的主導(dǎo)者。

　　三是從“群體”到“個(gè)體”的趨勢(shì)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，以規(guī)?；癁閷?duì)象的量產(chǎn)制造業(yè)將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移至新興市場(chǎng)國(guó)家，以定制化為重點(diǎn)的多種類(lèi)小批量制造業(yè)漸漸成為主流。同時(shí)，消費(fèi)者本身也將有能力將自己的需求付諸生產(chǎn)制造。也就是說(shuō)，“大規(guī)模定制”隨著以3D打印為代表的數(shù)字化和信息技術(shù)的普及帶來(lái)的技術(shù)革新，將制造業(yè)的進(jìn)入門(mén)檻降至最低，不具備工廠與生產(chǎn)設(shè)備的個(gè)人也能很容易地參與到制造業(yè)之中。制造業(yè)進(jìn)入門(mén)檻的降低，也意味著一些意想不到的企業(yè)或個(gè)人將參與到制造業(yè)，從而有可能帶來(lái)商業(yè)模式的巨大變化。

　　“個(gè)性化”首先是美國(guó)大力推進(jìn)的。在美國(guó)的文化背景下，個(gè)性要比組織色彩強(qiáng)烈。制造業(yè)的“個(gè)性化”趨勢(shì)不僅僅是美國(guó)制造業(yè)回歸，還將帶動(dòng)舊金山等大城市制造業(yè)的興盛，一些專(zhuān)注于通過(guò)信息技術(shù)使得生產(chǎn)工程高效化、專(zhuān)業(yè)性的小規(guī)模手工制作的制造業(yè)將在市區(qū)內(nèi)盛行，它們根據(jù)消費(fèi)者的需求進(jìn)行柔性的定制化服務(wù)，憑借獨(dú)特的設(shè)計(jì)，與大量生產(chǎn)形成差異化競(jìng)爭(zhēng)。

　　四是互聯(lián)制造。隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)的普及，制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新要求出現(xiàn)了變化。一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠不斷地基于網(wǎng)絡(luò)獲取信息，及時(shí)對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng);另一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠?qū)⒏鞣N資源集成與共享，合理利用各種資源。

　　互聯(lián)制造能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，通過(guò)制造企業(yè)快速重組、動(dòng)態(tài)協(xié)同來(lái)快速配置制造資源，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需的時(shí)間，增加市場(chǎng)份額。另外，作為一個(gè)未來(lái)的潮流，工廠將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，向著互聯(lián)工廠的趨勢(shì)發(fā)展。

　　美國(guó)因?yàn)橛蠫oogle、Apple、IBM等IT巨頭和無(wú)數(shù)的IT企業(yè)，所以在大數(shù)據(jù)應(yīng)用上較為積極，非常重視對(duì)社會(huì)帶來(lái)新的價(jià)值。Google不斷將制造業(yè)企業(yè)收購(gòu)至麾下，就是希望掌握主導(dǎo)權(quán)。同時(shí)，作為美國(guó)大型制造業(yè)企業(yè)的一個(gè)代表，GE公司也開(kāi)始加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析和軟件開(kāi)發(fā)，從車(chē)間采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行解析，提供解決方案，開(kāi)拓新的商業(yè)機(jī)會(huì)。德國(guó)將“工業(yè)4.0”視為國(guó)家戰(zhàn)略，將工廠智能化視為國(guó)家方針。通過(guò)信息技術(shù)，最大限度的發(fā)揮工廠本身的能力。

　　把“兩化”深度融合作為主要著力點(diǎn)。工業(yè)和信息化部成立以來(lái)，一直致力于推進(jìn)“兩化融合”工作，通過(guò)信息化的融合與滲透，對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)生革命性影響?！肮I(yè)4.0”本質(zhì)上是由信息技術(shù)引發(fā)的，與我國(guó)的“兩化融合”有異曲同工之處。在未來(lái)制造業(yè)中，我們應(yīng)該將“兩化深度融合”作為主要著力點(diǎn)，進(jìn)一步繼續(xù)加快推進(jìn)信息化、自動(dòng)化和智能化。

　　首先，研究部署信息物理系統(tǒng)(CPS)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“智能工廠”的“智能制造”。智能制造已成為全球制造業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，智能設(shè)備和生產(chǎn)手段在未來(lái)必將廣泛替代傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式。而信息物理系統(tǒng)(CPS)將改變?nèi)祟?lèi)與物理世界的交互方式，使得未來(lái)制造業(yè)中的物質(zhì)生產(chǎn)力與能源、材料和信息三種資源高度融合，為實(shí)現(xiàn)“智能工廠”和“智能制造”提供有效的保障。美國(guó)、德國(guó)等世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)都高度重視信息物理系統(tǒng)的構(gòu)建，加強(qiáng)戰(zhàn)略性、前瞻性的部署，并已然取得了積極的研究進(jìn)展。而我國(guó)目前的制造業(yè)發(fā)展仍然以簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)大再生產(chǎn)為主要途徑，迫切需要通過(guò)智能生產(chǎn)、智能設(shè)備和“工業(yè)4.0”理念來(lái)改造和提升傳統(tǒng)制造業(yè)。

　　其次，推動(dòng)制造業(yè)向智能化發(fā)展轉(zhuǎn)型的同時(shí)，同步推動(dòng)制造業(yè)的模式和業(yè)態(tài)的革新。主要體現(xiàn)在，從大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)的革新、從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造的革新、從集團(tuán)式全能型生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)式協(xié)同制造的革新、從兩化融合向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的革新。

　　提升制度創(chuàng)新和管理變革能力?！爸悄苤圃臁睍r(shí)代，平臺(tái)型企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)化組織、開(kāi)放式創(chuàng)新、大規(guī)模定制、社會(huì)化生產(chǎn)等行為將更加普遍。所以，生產(chǎn)者與消費(fèi)者的互動(dòng)將更加緊密，中小企業(yè)的作用將更加突出，對(duì)市場(chǎng)需求的快速反應(yīng)將更加重要……這些變化都要求適時(shí)、適度的制度創(chuàng)新和管理變革能力，對(duì)我國(guó)相對(duì)薄弱的制度創(chuàng)新和管理變革能力構(gòu)成現(xiàn)實(shí)性的挑戰(zhàn)。

　　危機(jī)是威脅，也是機(jī)會(huì)。新一輪工業(yè)革命將徹底改變現(xiàn)有的生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)組織形式，改變國(guó)家間的比較優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而重塑全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)際產(chǎn)業(yè)分工格局。作為新一輪工業(yè)革命的主攻方向，“智能制造”的發(fā)展將直接影響我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的路徑和進(jìn)程，將給我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)重大機(jī)遇。