智能制造—未来制造业的发展新趋势

 

智能制造已成为德国工业4.0战略、美国工业互联网计划、中国两化深度融合概念背后的“最大公约数”。那么,什么是



智能制造已成为德国工业4.0战略、美国工业互联网计划、中国两化深度融合概念背后的“最大公约数”。那么,什么是智能制造呢?

在德国,智能制造是指利用信息物理系统,依托于传感器、工业软件、网络通信系统、新型人机交互方式,实现人、设备、产品等制造要素和资源的相互识别、实时连通、有效交流,从而促使制造业研发、生产、管理、服务与互联网紧密结合,推动生产方式向定制化、柔性化、绿色化、网络化发展,并不断充实、提升、再造制造业的全球竞争新优势。

西门子以及弗劳恩霍夫应用研究促进协会(Fraunhofer-Gesellschaft)的专家们认为,工业4.0就是要建立一个智能生态系统,当智能无所不在、连接无处不在、数据无处不在的时候,设备和设备之间、人和人之间、物和物之间、人和物之间的联系就会越来越紧密,最终必然出现一个系统连接另一个系统、小系统组成大系统、大系统构成更大系统的情况,而对于工业4.0的目标—智能制造而言,它就是系统的系统。

智能制造是系统的系统,对于这句话应该如何理解?一个系统连接另一个系统,小系统组成大系统,大系统构成更大系统,对于这番情形又该如何去认识呢?

让我们从身边的智能手机开始,试着解释一下上述问题。第一,每一台智能手机都是一个系统。在我们看起来智能手机就是一个终端,但实际上它是由终端、基于应用程序(application,APP)的电子商务平台、百万级应用共同构成的一个智能系统。每一部智能手机都是系统,智能手机之间的互联就形成了更大的系统;第二,智能手机的生产环节也是一个系统,是研发系统、生产系统、物流系统、销售系统和服务系统的集成。由每一台智能生产设备所组成的智能生产线也构成了一个系统,不同职能生产线之间的互联又构成了更大的系统;第三,智能手机的生产离不开供应商。每一个供应商都是一个系统,不同的供应商之间的互联则构成一个系统网络,企业间供应链协同就是一个大系统;第四,主持手机生产制造的必然是企业,而企业的有序运营靠的是不同的管理流程、规章和制度。每个管理流程都是一个系统,人事、财务、资产、客户、运营等是构成管理流程大系统的一个个独立子系统;第五,每一位使用智能手机的客户信息都被存储在企业的客户管理系统中,系统能够实时感知、获取、评估、遴选、转化客户的需要……这些还只是与智能手机相关的众多庞杂系统的一部分,而智能制造,则是由这些不同系统所组成的大系统,即系统的系统。

在德国乃至全球,一个超复杂的巨系统正在形成。车间里的机器如一部智能手机,通过更新操作系统实现功能升级,通过工业应用程序实现各种功能即插即用,通过应用程序编程接口(application programming interface,API)不断扩展制造生态系统,所有的机器、产品、零部件、能源、原材料,所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂,所有的产品管理、生产管理、运营流程管理,所有的研发、生产、管理、销售、员工、各级供应商、销售商以及成千上万个客户,都将是这一系统的重要组成部分。

对于智能制造这个大系统,我们可以从智能产品、智能装备、智能生产、智能管理和智能服务五个维度来认识和理解。

智能产品
与传统产品不同,智能产品是将传感器、处理器、存储器、通信模块、传输系统融入产品,使得产品具备动态存储、感知和通信的能力,进而实现产品的可追溯、可识别、可定位。例如,计算机、智能手机、智能电视、智能机器人、智能穿戴是物联网的“原住民”,这些产品自诞生起便是网络终端;而传统的空调、冰箱、汽车、机床、风机等则是物联网的“移民”,它们正排着队等待连入网络世界。据专家推测,到2020年,物联网中的“原住民”和“移民”总数将超过500亿;尽管万物互联的概念早已提出,但多年以后,还是会有大量难以成为网络终端的物联网“边民”出现。这样的憧憬与推测继而提出了一个富有挑战的问题:企业的产品会在什么时间、以什么样方式实现智能互联,成为一个智能产品?
智能装备
通过先进制造、信息处理、人工智能等技术的集成与融合,可以形成具有感知、分析、推理、决策、执行、自主学习及维护等自组织、自适应功能的智能生产系统以及网络化、协同化的生产设施,这些都属于智能装备。在工业4.0时代,装备智能化的进程可以在两个维度上进行:单机智能化,以及由单机设备的互联而形成的智能生产线、智能车间、智能工厂。这一进程将伴随信息通信技术方面创新应用的演进而不断深化,并且至少将耗费至少几十年的时间。
智能生产
这是一种理想的生产系统,能够智能地编辑产品特性、成本、物流管理、安全性、生产时间等要素,从而实现为不同客户进行最优化的产品制造。当生产过程中的每一个环节都实现了传感无所不在、连接无所不在、数据无所不在、计算无所不在、服务无所不在的时候,就意味着生产组织方式全面变革时代的来临—不同国家、不同行业、不同规模的企业都在不断探索个性化定制、极少量生产、服务型制造以及云制造等新业态、新模式,其终极目标就在于重组客户、供应商、经销商以及企业内部组织关系,重构生产体系中信息流、产品流、资金流的运行模式,重建新的产业价值链、生态系统和竞争格局。在我们迈向智能生产时代的过程中,企业需要不断思考一系列的基本问题—我是谁,我在哪里,我的边界在哪里,我的竞争优势来自何方,我的价值是什么……
智能管理
随着企业内部所有生产、运营环节信息的纵向集成、企业之间通过价值链以及信息网络所实现的资源的纵向集成,以及围绕产品全生命周期的价值链的端到端集成的不断深入,企业数据的及时性、完整性、准确性将不断提高,必然使整个生产制作过程以及产品全生命周期的管理更加精准、更加高效、更加科学。工业4.0时代还给我们带来了管理领域的革命。
智能服务
企业可以通过捕捉客户的原始信息,在后台积累丰富的数据,然后构建需求结构模型,并进行数据挖掘和商业智能分析,除了可以分析客户的习惯、喜好等显性需求外,还可以进一步挖掘与时空、身份、工作生活状态关联的隐性需求,从而主动为客户提供精准、高效的服务。可见,智能服务实现的是一种按需和主动的智能,其中不仅仅需要传递、反馈数据,更要系统地进行多维度、多层次的感知和主动、深入的辨识。

智能服务是智能制造的核心内容,越来越多的制造型企业已经意识到了从生产型制造向生产服务型制造转型的重要性。服务的智能化,既体现在企业如何高效、准确、及时地挖掘客户潜在需求并实时响应,也体现为产品交付后对产品实施线上、线下服务并实现产品的全生命周期管理。在服务智能化的推进过程中,有两股力量相向而行,一股力量是传统制造企业不断拓展服务业务;另一股力量是互联网企业从消费互联网进入产业互联网,并实现人和设备、设备和设备、服务和服务、人和服务的广泛连接。这两股力量的胜利会师将不断激发智能服务领域的技术创新、理念创新、业态创新和模式创新。
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文章选自《工业4.0:正在发生的未来》



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