工業(yè)4.0時代，智能制造是如何提高生產(chǎn)效率的？
http://www.zu863e.cn2011年6月，美國啟動包括工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”；2012年2月，出臺“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”并設(shè)立美國制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。2013年，德國實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。日本大力發(fā)展協(xié)同式機(jī)器人、無人化工廠。2016年工業(yè)4.0 阿爾法狗打敗李世石舉世矚目。這些標(biāo)志性事件工業(yè)4.0 預(yù)示著全球已經(jīng)快速進(jìn)入智能制造時代。本文帶您了解一下智能制造何以被關(guān)注以及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用價值、實(shí)現(xiàn)路徑和投資機(jī)遇。
整理 | 高滿霞
來源 | 云天使研究院
智能制造是什么智能制造，為什么值得關(guān)注
工業(yè)發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、數(shù)字化三個歷史發(fā)展階段智能制造，具備了向智能制造階段轉(zhuǎn)型的條件智能制造，未來必然是以高度集成化和智能化的智能制造系統(tǒng)，取代制造過程中人的腦力勞動。
工業(yè)4.0發(fā)展過程
智能制造是基于新一代信息技術(shù)的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。智能制造貫穿“設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)”等制造活動各環(huán)節(jié)，并具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能。智能制造整個過程中將智能裝備（包括但不限于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動化集成裝備、3D打印等）通過通信技術(shù)有機(jī)連接起來，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化；并通過各類感知技術(shù)收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，通過工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段，以及各類系統(tǒng)優(yōu)化軟件提供生產(chǎn)方案，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方案智能化。
可以說，國內(nèi)人口紅利逐漸消失的社會現(xiàn)實(shí)，以進(jìn)口替代、機(jī)器換人為導(dǎo)向的政策趨勢，以個性化生產(chǎn)、全球協(xié)作加深為突出特征的產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)要求，這些構(gòu)成了智能制造在當(dāng)前被金融和產(chǎn)業(yè)資本重點(diǎn)關(guān)注的原因。
智能制造的相關(guān)技術(shù)有什么應(yīng)用價值？
在智能制造的關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中，智能產(chǎn)品與智能服務(wù)可以幫助企業(yè)帶來商業(yè)模式的創(chuàng)新；智能裝備、智能產(chǎn)線、智能車間到智能工廠，可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模式的創(chuàng)新；智能研發(fā)、智能管理、智能物流與供應(yīng)鏈則可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營模式的創(chuàng)新；而智能決策則可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策。
NO.1.智能產(chǎn)品（Smart Product）
智能產(chǎn)品通常包括機(jī)械、電氣和嵌入式軟件，具有記憶、感知、計(jì)算和傳輸功能。典型的智能產(chǎn)品包括智能手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備、無人機(jī)、智能汽車、智能家電、 智能售貨機(jī)、智能裝備以及眾多智能硬件產(chǎn)品等。
NO.2.智能服務(wù)（Smart Service）
基于傳感器和物聯(lián)網(wǎng)（IoT），可以感知產(chǎn)品的狀態(tài)，從而進(jìn)行預(yù)防性維修維護(hù)，及時幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過了解產(chǎn)品運(yùn)行的狀態(tài)，幫助客戶帶來商業(yè)機(jī)會。還可以采集產(chǎn)品運(yùn)營的大數(shù)據(jù)，輔助企業(yè)進(jìn)行市場營銷的決策。此外，企業(yè)通過開發(fā)面向客戶服務(wù)的APP，也是一種智能服務(wù)的手段，可以針對企業(yè)購買的產(chǎn)品提供有針對性的服務(wù)，從而鎖定用戶，開展服務(wù)營銷。
NO.3.智能裝備（Smart Equipment）
制造裝備經(jīng)歷了機(jī)械裝備到數(shù)控裝備的發(fā)展，目前正在逐步發(fā)展為智能裝備。智能裝備具有檢測功能，可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)檢測，從而補(bǔ)償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進(jìn)行補(bǔ)償。以往一些精密裝備對環(huán)境的要求很高，現(xiàn)在由于有了閉環(huán)的檢測與補(bǔ)償，可以降低對環(huán)境的要求。
NO.4.智能產(chǎn)線（Smart Production line）
很多行業(yè)的企業(yè)高度依賴自動化生產(chǎn)線，比如鋼鐵、化工、制藥、食品飲料、煙草、芯片制造、電子組裝、汽車整車和零部件制造等，實(shí)現(xiàn)自動化的加工、裝配和檢測，一些機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也應(yīng)用了自動化生產(chǎn)線，比如軸承。但是，裝備制造企業(yè)目前還是以離散制造為主。很多企業(yè)的技術(shù)改造重點(diǎn)，就是建立自動化生產(chǎn)線、裝配線和檢測線。美國波音公司的飛機(jī)總裝廠已建立了U型的脈動式總裝線。自動化生產(chǎn)線可以分為剛性自動化生產(chǎn)線和柔性自動化生產(chǎn)線，柔性自動化生產(chǎn)線一般建立了緩沖。為了提高生產(chǎn)效率，工業(yè)機(jī)器人、吊掛系統(tǒng)在自動化生產(chǎn)線上應(yīng)用越來越廣泛。
NO.5.智能車間（Smart workshop）
一個車間通常有多條生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線要么生產(chǎn)相似零件或產(chǎn)品，要么有上下游的裝配關(guān)系。要實(shí)現(xiàn)車間的智能化，需要對生產(chǎn)狀況、設(shè)備狀態(tài)、能源消耗、生產(chǎn)質(zhì)量、物料消耗等信息進(jìn)行實(shí)時采集和分析，進(jìn)行高效排產(chǎn)和合理排班，顯著提高設(shè)備利用率（OEE）。因此，無論什么制造行業(yè)，制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）成為企業(yè)的必然選擇。
NO.6.智能工廠（Smart Factory）
一個工廠通常由多個車間組成，大型企業(yè)有多個工廠。作為智能工廠，不僅生產(chǎn)過程應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，同時，產(chǎn)品檢測、質(zhì)量檢驗(yàn)和分析、生產(chǎn)物流也應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)集成。一個工廠的多個車間之間要實(shí)現(xiàn)信息共享、準(zhǔn)時配送、協(xié)同作業(yè)。一些離散制造企業(yè)也建立了類似流程制造企業(yè)那樣的生產(chǎn)指揮中心，對整個工廠進(jìn)行指揮和調(diào)度，及時發(fā)現(xiàn)和解決突發(fā)問題，這也是智能工廠的重要標(biāo)志。智能工廠必須依賴無縫集成的信息系統(tǒng)支撐，主要包括PLM、 ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統(tǒng)。大型企業(yè)的智能工廠需要應(yīng)用ERP系統(tǒng)制定多個車間的生產(chǎn)計(jì)劃（Production planning），并由MES系統(tǒng)根據(jù)各個車間的生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行詳細(xì)排產(chǎn)(Production scheduling)，MES排產(chǎn)的粒度是天、小時，甚至分鐘。
NO.7.智能研發(fā)（Smart R&D）
離散制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)方面，已經(jīng)應(yīng)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造等工具軟件和產(chǎn)品生命周期管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。企業(yè)要開發(fā)智能產(chǎn)品，需要機(jī)電軟多學(xué)科的協(xié)同配合；要縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，需要深入應(yīng)用仿真技術(shù)，建立虛擬數(shù)字化樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科仿真，通過仿真減少實(shí)物試驗(yàn)；需要貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產(chǎn)品個性化定制；需要將仿真技術(shù)與試驗(yàn)管理結(jié)合起來，以提高仿真結(jié)果的置信度。流程制造企業(yè)已開始應(yīng)用PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝管理、配方管理以及實(shí)驗(yàn)室信息管理。
NO.8.智能管理（Smart Management）
制造企業(yè)核心的運(yùn)營管理系統(tǒng)還包括人力資產(chǎn)管理系統(tǒng)（HCM）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、供應(yīng)商關(guān)系管理系統(tǒng)（SRM）、企業(yè)門戶（EP）、業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)（BPM）等，國內(nèi)企業(yè)也把辦公自動化（OA）作為一個核心信息系統(tǒng)。為了統(tǒng)一管理企業(yè)的核心主數(shù)據(jù)，近年來主數(shù)據(jù)管理（MDM）也在大型企業(yè)開始部署應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)智能管理和智能決策，最重要的條件是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和主要信息系統(tǒng)無縫集成。
NO.9.智能物流與供應(yīng)鏈（Smart logistics and SCM）
制造企業(yè)內(nèi)部的采購、生產(chǎn)、銷售流程都伴隨著物料的流動，因此，越來越多的制造企業(yè)在重視生產(chǎn)自動化的同時，也越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導(dǎo)小車（AGV）、智能吊掛系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用；而在制造企業(yè)和物流企業(yè)的物流中心，智能分揀系統(tǒng)、堆垛機(jī)器人、自動輥道系統(tǒng)的應(yīng)用日趨普及。倉儲管理系統(tǒng)和運(yùn)輸管理系統(tǒng)也受到制造企業(yè)和物流企業(yè)的普遍關(guān)注。
NO.10.智能決策（Smart Decision Making）
企業(yè)在運(yùn)營過程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。一方面是來自各個業(yè)務(wù)部門和業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，比如與合同、回款、費(fèi)用、庫存、現(xiàn)金、產(chǎn)品、客戶、投資、 設(shè)備、產(chǎn)量、交貨期等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行多維度的分析和預(yù)測，這就是業(yè)務(wù)智能（Business Intelligence，BI）技術(shù)的范疇，也被稱為管理駕駛艙或決策支持系統(tǒng)。同時，企業(yè)可以應(yīng)用這些數(shù)據(jù)提煉出企業(yè)的KPI，并與預(yù)設(shè)的目標(biāo)進(jìn)行對比，同時，對KPI進(jìn)行層層分解，來對干部和員工進(jìn)行考核，這就是企業(yè)績效管理的范疇。從技術(shù)角度來看，內(nèi)存計(jì)算是BI的重要支撐。
各行業(yè)是怎樣實(shí)現(xiàn)智能制造的，有哪些路徑或機(jī)遇
如下表選取的7個行業(yè)，9家領(lǐng)先公司作為案例，列舉了智能制造5種驅(qū)動戰(zhàn)略相應(yīng)的執(zhí)行方案，以及所代表的創(chuàng)新和投資關(guān)注方向。
不同行業(yè)的智能化方案和代表機(jī)遇
物流驅(qū)動是對倉儲及配送的智能化升級，使運(yùn)輸在時間和空間上更加精準(zhǔn)。亞馬遜的無人機(jī)空投快遞是智能物流的代表，國內(nèi)的京東、四通、EMS等，目前的配送則依賴大量快遞員，預(yù)示著無人機(jī)運(yùn)輸解決方案是不可忽視的機(jī)遇。
用戶驅(qū)動是以用戶為中心，利用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對用戶個性化需求的滿足。紅領(lǐng)集團(tuán)的酷特智能C2M平臺，基于體型、面料、款式等維度將用戶的需求數(shù)字化，以實(shí)現(xiàn)個性化西服和工裝定制，這個案例為全線個人用品定制提供了想象空間。
工廠驅(qū)動是對生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)線、生產(chǎn)車間的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化改造，以機(jī)器換人來獲得成本領(lǐng)先優(yōu)勢。2015年，飛鶴乳業(yè)在美國投資建設(shè)了乳粉智能工廠，計(jì)劃采用全產(chǎn)業(yè)鏈模式實(shí)現(xiàn)對乳品生產(chǎn)全過程的自動控制和管理，總投資1億美元，年產(chǎn)能5萬噸。這是美國第一座全部由中資投資建設(shè)的乳品加工廠。
R&D驅(qū)動是指專注產(chǎn)品的智能部分的研發(fā)和設(shè)計(jì)，通過與眾多公司合作，建立起可以依托的生態(tài)系統(tǒng)，從而獲得競爭優(yōu)勢。蘋果的汽車項(xiàng)目已經(jīng)將重點(diǎn)放在開發(fā)類似iOS或macOS的汽車操作系統(tǒng)上，允許現(xiàn)有的汽車廠商使用；谷歌也決定停止自主研發(fā)汽車硬件，轉(zhuǎn)而和傳統(tǒng)汽車公司擴(kuò)大合作。除了科技巨頭，提供各類技術(shù)解決方案的初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)和高校實(shí)驗(yàn)室也在實(shí)踐R&D驅(qū)動戰(zhàn)略。
管理驅(qū)動包括各類對人員和設(shè)備的管理活動的智能化升級。遠(yuǎn)景能源的阿波羅光伏云平臺，可以對光伏電站做第三方數(shù)據(jù)監(jiān)控、故障診斷、狀態(tài)運(yùn)維，從而指導(dǎo)前期設(shè)備選型，形成資產(chǎn)管理閉環(huán)。
這些驅(qū)動戰(zhàn)略也可以結(jié)合使用。海爾的“人單合一、互聯(lián)工廠”，通過顧客參與（用戶）和“自主經(jīng)營體”的管理方式（管理），實(shí)現(xiàn)從大規(guī)模制造到大規(guī)模定制。電氣行業(yè)中的通用電氣和西門子同時從硬件（工廠）和軟件（R&D）著手，提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。