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智能制造，工業(yè)4.0的精髓在哪里？

     《中國制造2025》發(fā)布近一年來，概念層面可謂異彩紛呈，從工業(yè)4.0、工業(yè)信息化到智能制造、無人工廠，目前更延伸到無人駕駛汽車、無人駕駛船舶、無人化醫(yī)療裝備等熱門領域，似乎工業(yè)智能化、無人化時代近在眼前。

生產裝備的自動化對制造企業(yè)而言是非常容易理解的，它是通過自動化的機床、機器人等各類自動化設備實現生產設備的過程自動化，但數據流動的自動化又該如何理解?在智能工廠中，數據是如何自動化流動的?需要經過“幾關”?

1、數據自動流動是工業(yè)4.0的精髓

在德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略中，有縱向集成、端對端集成、橫向集成3項集成，這是工業(yè)4.0中非常重要的概念，是實現企業(yè)內、企業(yè)間價值流集成的關鍵。

       縱向集成主要是將各種不同層面的IT系統集成在一起，例如，執(zhí)行器與傳感器、控制、生產管理、制造和執(zhí)行及企業(yè)計劃等不同層面(摘自德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略計劃實施建議)。從信息化角度來看，就是在企業(yè)內實現研發(fā)、計劃、工藝、生產、服務等各環(huán)節(jié)間的數據自動流動，如圖1所示。

圖1 縱向集成和網絡化制造系統

      端對端集成則是通過產品全價值鏈和為客戶需求而協作的不同公司，使現實世界與數字世界完成整合。端對端集成更加突出了以產品的研發(fā)、生產、銷售、服務等為主線，實現企業(yè)間的數據自動流動，如圖2所示。

圖2 端對端集成

      作為3項集成中的層次，橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業(yè)計劃的IT系統集成在一起，這其中既包括一個公司內部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司間的配置(價值網絡)，即以產品供應鏈為主線，通過數據在企業(yè)之間的自動流動，實現一種社會化協同生產，如圖3所示。

圖3 橫向集成

      由圖3可知，在企業(yè)內部的市場、銷售、管理、計劃、生產、工程各環(huán)節(jié)以及外部的設計人員、客戶、供應商、分包商等眾多角色之間實現了數據的自動有序流動。

      通過德國工業(yè)4.0對3項集成的定義可以看出，工業(yè)4.0愿景中，在企業(yè)內部、企業(yè)之間、社會化的智能制造及服務中，數據自動有序的流動是實現智能制造的重要技術。

2、企業(yè)內部的數據自動流動是打造智能工廠的基礎

未來的企業(yè)是價值驅動的企業(yè)，是數據自動流動的企業(yè)，而數據自由有序的流動是智能工廠的前提與基礎。

機器聯機器暢通數據流

       現在的電腦、手機等終端都接入了網絡。試想一下，如果這些智能終端不能聯網工作而只能單機工作，單是影響工作效率不說，幾天下來，我們就可能要崩潰了：沒有網絡，怎么工作?同樣，一臺機器即便自身的智能化程度非常高，能發(fā)揮的作用畢竟是有限的。

通過專業(yè)的設備物聯網系統，將網口、串口等不同的接口形式，不同的數字，數控銑床、數控車床、加工中心、機器人等不同的數字化機器進行聯網，實現機器的互聯互通，可徹底改變以前機器信息化孤島的局面，從而可以發(fā)揮機器集群控制的優(yōu)勢，形成機器群體的數字化、網絡化、智能化，實現集約化、網絡化、柔性化的生產模式。

聯網實現了機器與機器的通信，而機器遠程采集則實現了機器與人的交互。通過通信協議、傳感器和網絡等技術，對數控機床、熱處理設備(如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設備)、機器人、自動化生產線等各類數字化機器進行數據的遠程自動采集，可監(jiān)控每臺機器的實時狀態(tài)和異常情況，對故障停機、關鍵工藝參數超差等重要事件，可通過計算機系統或手機短信等形式及時送達相關人員，實現機器狀態(tài)透明化、實時化的管理。通過機器的遠程診斷與主動式預測性維護，智能系統就像醫(yī)生一樣，在機器還沒出現故障之前就得到及時預警、保養(yǎng)、維修，為機器的健康、經濟、高效運行提供了保障。

機器互聯互通使得以前的“啞機器”能與外界交流，變得“耳聰目明”了，這也是智能化中“聯接促進智能”的一個典型應用。機器的數字化和網絡化，加速了賽博物理系統(CPS)的形成。“機器+CPS”讓機器具有了群體協作能力及智能化的認知能力。

人、機、物間數據自動流動，自組織的智能制造

      通過互聯網+制造模式，實現人、機、物相互聯接和自組織的制造。在這方面，有些先進企業(yè)已經進行了很多有益的探索，并取得了良好的應用效果。

      博世是德國智能制造的一個樣板企業(yè)。在洪堡的物流中心，設備與工件之間已經借由互聯網和傳感器建立起了實時聯系：每個工件或者裝工件的塑料盒里都有記錄產品信息的無線射頻識別電子標簽(RFID)，每經過一個生產環(huán)節(jié)，讀卡器會自動讀出相關信息，反饋到控制中心由工作人員進行相應處理，絕大部分生產活動都可以實現自組織。比如，工件在什么位置，在什么機床上加工，加工的時間長短，物料庫存情況以及是否需要補料等。這些信息直接與生產管理軟件無縫集成在一起，生產過程中的所有數據均可在網絡上實現高效、實時的流動和可視化展現，可輕松有效地解決生產過程中遇到的問題。新系統投入使用后，工廠庫存減少了30%，生產效率提高了10%，由此節(jié)約的資金可達幾千萬歐元。

一臺計算機管理所有的數控機床，程序集中存儲在中心服務器中，每臺機床需要加工程序時會遠程自動下載，機床的狀態(tài)一目了然，開機、關機、運行，加工什么產品，加工產品數量，故障信息，機床的利用率等，所有信息都自動、準確地顯示出來，實現了生產過程的透明化和自組織。

人、機器、物料是企業(yè)生產的三要素，通過數字化手段實現互聯互通和物理實體世界與數字虛體世界的深度融合，從而將制造業(yè)逐步推向智能化。聯接產生協作，聯接產生效益，聯接產生自組織，聯接產生智能。

虛擬世界與現實世界間數據自由流動，打造中國經濟“雙引擎”

2016年5月25日，李克強總理在貴陽出席“中國大數據產業(yè)峰會暨中國電子商務創(chuàng)新發(fā)展峰會”時指出，大數據新業(yè)態(tài)代表的創(chuàng)新理念要和傳統行業(yè)長期孕育的工匠精神相結合，推動虛擬世界與現實世界融合發(fā)展，重塑產業(yè)鏈、供應鏈、價值鏈，促進新動能蓬勃發(fā)展、傳統動能煥發(fā)生機，打造中國經濟“雙引擎”，實現“雙中高”。

3、互聯網+實現企業(yè)內外的數據自動流動

       現在，互聯網+已經深入制造業(yè)，通過互聯網+，可以消除企業(yè)與消費者的距離，實現零距離交互的營銷等商業(yè)活動，更可以發(fā)揮互聯網在社會資源配置中的優(yōu)化和集成作用，形成更先進的生產管理新形態(tài)。

(1)互聯網+數據流動，實現制造端與消費端的零距離交互

      為實現從大規(guī)模制造向個性化定制的轉型，早在2012年海爾就開始了互聯工廠的實踐，致力于打造按需設計、按需制造、按需配送的體系。海爾通過“去中介化”、“去產品化”與用戶零距離地打造了用戶交互定制平臺，用戶可以遠程查看自己所購產品生產的全過程。定制選擇、訂單流轉、生產過程、物流運輸等各個環(huán)節(jié)中，用戶都將不再是被動的等待者，而是全流程的參與者、監(jiān)管者。智能化的交互定制平臺將用戶、企業(yè)融為一體，極大地拓展了企業(yè)智能制造的范圍，企業(yè)內外互聯互通、協同生產，用戶與企業(yè)的關系更加緊密。

(2)互聯網+數據流動，重構企業(yè)生產管理新模式

隨著用工成本快速升高、市場需求頻繁變化、競爭進一步激烈以及數字化、網絡化、智能化等新技術的快速普及，為適應市場發(fā)展，滿足個性化、社會化、敏捷化的智能制造模式的需要，將來的工廠一定會改變當前“麻雀雖小，五臟俱全”的局面，一定會向充分利用社會資源方面發(fā)展，包括訂單、人員、物料、設備的共享，也一定會淡化工廠之間的邊界，甚至推倒橫亙在工廠與社會之間的圍墻，打破封閉、獨立的生產模式，構建成開放的、服務型的平臺，數據將在工廠內外、人機物之間、信息系統與機器之間通暢地流動，工廠不只是生產產品，更是生產數據，數據將成為企業(yè)的核心競爭力，工廠將不再是今天的工廠。

未來，企業(yè)將不再是一個相對封閉的組織，而是一個可充分利用社會資源的、社會化的、具有高度智能調度和超級加工能力的組織。該組織不屬于任何企業(yè)，可以隨時隨地把他們的加工能力分享出去，承接世界上任何人、任何組織的訂單。

4、智能工廠，數據自動流動無極限

未來的工廠，一切以客戶價值為導向，承載知識的數據沿著產品價值方向而自由流動，從市場需求、產品研發(fā)、生產計劃、生產執(zhí)行、市場營銷到售后服務，數據在收集、分析、決策、執(zhí)行中增值，虛實精準映射，數字虛體世界指導、控制著物理實體世界的生產，解決了物理實體世界中的不確定性、多樣性和復雜性等問題，確保正確的數據在正確的時間發(fā)送給正確的人和機器，并進行正確的執(zhí)行。同時，物理實體世界又通過反饋優(yōu)化著數字虛體世界。虛實兩世界相互融合，共軛發(fā)展，共同實現智能化生產。

5、結束語

將數字化設備、產品聯入網絡，聯接一切可以聯接的數字化事物。實現企業(yè)信息化之間、設備之間、信息化系統與設備之間以及企業(yè)內外之間的信息化集成與聯接，賽博空間、物理實體通過數據流動而深度融合，并相互促進。

虛虛聯接、實實聯接、虛實聯接、內外聯接，網聯一切可以聯接的數字化事物。聯接產生價值，聯接產生新的商業(yè)模式。

未來的企業(yè)是價值驅動的企業(yè)，是數據自動流動的企業(yè)，而數據自由有序的流動是智能工廠的前提與基礎。