新工業(yè)革命的孕育興起是智能制造發(fā)展的現(xiàn)實條件

當前，新工業(yè)革命的孕育興起與我國“制造強國夢”形成了歷史性交匯。新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的融合發(fā)展催生而出的智能制造，引領(lǐng)著新工業(yè)革命的推進，美、德等發(fā)達工業(yè)化國家正圍繞智能制造展開戰(zhàn)略部署，全球制造業(yè)競爭格局面臨結(jié)構(gòu)性變革。在此背景下，如何立足國情與我國制造業(yè)發(fā)展實際，務實推進智能制造發(fā)展，搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點，實現(xiàn)由制造業(yè)大國向強國邁進的“制造強國夢”，成為兼具歷史意義和實踐價值的重要課題。

新工業(yè)革命正在孕育興起

為什么是當下？換句話說，新工業(yè)革命孕育興起的現(xiàn)實條件是什么？它需要兩個方面的條件：一是技術(shù)上可行;二是應用上經(jīng)濟。從技術(shù)方面看，一是高度集成的處理器和數(shù)據(jù)存儲裝置遵循摩爾定律，計算和存儲能力還在呈現(xiàn)指數(shù)式增長，微型計算機嵌入產(chǎn)品之中成為可能。正如《第二次機器革命》一書中指出的，今天人們普遍采用每18個月綜合計算能力提高一倍的說法?？梢院翢o爭議地說，摩爾定律將會一直持續(xù)大約半個世紀。二是物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)正以前所未有的方式加快與制造技術(shù)的融合發(fā)展，存在巨大的應用空間。例如新的IPv6互聯(lián)網(wǎng)地址注冊系統(tǒng)給物聯(lián)網(wǎng)預留了340萬億個新網(wǎng)址，這一新協(xié)議不但提供更高的安全性，讓產(chǎn)品更方便地與網(wǎng)絡(luò)連接，更支持產(chǎn)品在沒有IT支持下自動獲取地址。

從應用方面看，一是高性能傳感器、微型電池以及網(wǎng)絡(luò)接口、無線連接和快速軟件開發(fā)工具等智能軟硬件價格不斷降低。二是信息技術(shù)尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正以前所未有的速度從價值鏈的銷售、售后服務、研發(fā)設(shè)計等外圍環(huán)節(jié)向產(chǎn)品本身及生產(chǎn)過程等內(nèi)核滲透。電子商務、網(wǎng)絡(luò)新媒體、互聯(lián)網(wǎng)金融等新業(yè)態(tài)發(fā)展迅猛，如我國電子商務交易額從2008年的3萬億元增長到2014年的12萬億元，6年間增長了4倍，技術(shù)創(chuàng)新加速與產(chǎn)業(yè)化應用擴展相互促進，不斷融合，使技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性均大幅提升，新工業(yè)革命呼之欲出。

讓我們回顧一下信息技術(shù)是如何一步步與制造業(yè)緊密融合的。美國著名管理學教授邁克爾·波特在去年11月《哈佛商業(yè)評論》中，將IT技術(shù)與制造業(yè)的融合發(fā)展歸結(jié)為“三波浪潮”：第一波浪潮被其概括為制造企業(yè)“業(yè)務管理自動化”，發(fā)生在20世紀60年代到70年代之間，價值鏈中的個人生產(chǎn)活動，從訂單處理到賬單支付，從計算機輔助設(shè)計到生產(chǎn)資料規(guī)劃都逐漸實現(xiàn)了自動化，這一波浪潮促使生產(chǎn)管理活動的效率大大提高，部分原因是由于生產(chǎn)活動中的數(shù)據(jù)可以被捕捉和分析，這引發(fā)了企業(yè)生產(chǎn)流程的標準化革命;第二波浪潮是“供應鏈管理網(wǎng)絡(luò)化”，發(fā)生在20世紀80年代和90年代，企業(yè)生產(chǎn)活動與外部供應商、渠道和客戶之間跨地域的協(xié)調(diào)與整合，企業(yè)甚至可以對全球的供應鏈系統(tǒng)進行緊密整合。

邁克爾·波特指出，在前兩次浪潮中，價值鏈發(fā)生了變化，但產(chǎn)品本身并沒有受到深刻的沖擊。他認為21世紀以來，IT技術(shù)與制造的融合進入了“第三波浪潮”，理由是“在現(xiàn)今的第三波浪潮中，IT技術(shù)正成為產(chǎn)品本身不可分割的一部分”，即“產(chǎn)品智能化”，新一代產(chǎn)品內(nèi)置傳感器、處理器和軟件，并與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，同時產(chǎn)品數(shù)據(jù)和應用程序在產(chǎn)品云中儲存并運行，海量產(chǎn)品運行數(shù)據(jù)讓產(chǎn)品的功能和效能都大大提升。

非常欣賞邁克爾·波特先生的歷史洞察力，但從近幾年來IT技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展的勢頭看，現(xiàn)在是時候?qū)⒌谌ɡ顺痹偻七M一步了，即IT技術(shù)尤其是物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)不僅僅嵌入到產(chǎn)品，成為產(chǎn)品本身不可分割的一部分，而且深入到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，正帶來生產(chǎn)過程的智能化。更進一步，上述三波浪潮不是“后浪推前浪”式的簡單替代，而是彼此融合貫通，最終帶來人類生產(chǎn)方式乃至生活方式、社會組織方式的根本變革，即新工業(yè)革命切切實實地向我們走來了。

科學認識智能制造內(nèi)涵

智能制造不僅采用新型制造技術(shù)和設(shè)備，而且將迅速發(fā)展的信息通信技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)和服務互聯(lián)網(wǎng)）滲透到工廠，在制造業(yè)領(lǐng)域構(gòu)建信息物理系統(tǒng)，從而徹底改變制造業(yè)生產(chǎn)組織方式和人機關(guān)系，并帶來商業(yè)模式的變革。因此，智能制造不是某個領(lǐng)域的技術(shù)突破，也不是簡單地用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而是信息通信技術(shù)（ICT）與制造業(yè)的融合發(fā)展和集成創(chuàng)新。

智能制造是一個新型制造系統(tǒng)

智能制造是將先進自動化技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間和產(chǎn)品全生命周期的實時管理和優(yōu)化的新型制造系統(tǒng)，能最大限度地降低生產(chǎn)成本、減少能源資源消耗、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，有效提高生產(chǎn)效率，推動生產(chǎn)方式向定制化、分散化、服務化轉(zhuǎn)變。

智能制造涵蓋以智能互聯(lián)為特征的智能產(chǎn)品、以智能工廠為載體的智能生產(chǎn)、以信息物理系統(tǒng)為關(guān)鍵的智能管理以及以實時在線為特征的智能服務。智能制造系統(tǒng)涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)執(zhí)行、售后服務等制造業(yè)的全部環(huán)節(jié)。信息物理系統(tǒng)是智能制造的基礎(chǔ)，智能工廠則是實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵。

智能制造主要包括三個方面

智能產(chǎn)品（裝備）

智能產(chǎn)品是發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)與前提，由物理部件、智能部件和聯(lián)接部件構(gòu)成。智能部件由傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲裝置、控制裝置和軟件以及內(nèi)置操作和用戶界面等構(gòu)成;聯(lián)接部件由接口、有線或無線聯(lián)接協(xié)議等構(gòu)成;物理部件由機械和電子零件構(gòu)成。智能部件能加強物理部件的功能和價值，而聯(lián)接部件進一步強化智能部件的功能和價值，使信息可以在產(chǎn)品、運行系統(tǒng)、制造商和用戶之間聯(lián)通，并讓部分價值和功能脫離物理產(chǎn)品本身存在。

智能產(chǎn)品具有監(jiān)測、控制、優(yōu)化和自主等四個方面的功能。監(jiān)測是指通過傳感器和外部數(shù)據(jù)源，智能產(chǎn)品能對產(chǎn)品的狀態(tài)、運行和外部環(huán)境進行全面監(jiān)測;在數(shù)據(jù)的幫助下，一旦環(huán)境和運行狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)品就會向用戶或相關(guān)方發(fā)出警告?？刂剖侵缚梢酝ㄟ^產(chǎn)品內(nèi)置或產(chǎn)品云中的命令和算法進行遠程控制。算法可以讓產(chǎn)品對條件和環(huán)境的特定變化作出反應。優(yōu)化是指對實時數(shù)據(jù)或歷史記錄進行分析，植入算法，從而大幅提高產(chǎn)品的產(chǎn)出比、利用率和生產(chǎn)效率。自主是指將檢測，控制和優(yōu)化功能融合到一起，產(chǎn)品就能實現(xiàn)前所未有的自動化程度。

智能生產(chǎn)

智能生產(chǎn)是指以智能制造系統(tǒng)為核心，以智能工廠為載體，通過在工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間以及產(chǎn)品全生命周期形成以數(shù)據(jù)互聯(lián)互通為特征的制造網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時管理和優(yōu)化。智能制造系統(tǒng)可分為五個層次：

——基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)層。主要包括生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備及其控制系統(tǒng)。其中生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備主要包括傳感器、智能儀表、PLC、機器人、機床、檢測設(shè)備、物流設(shè)備等?？刂葡到y(tǒng)主要包括適用于流程制造的過程控制系統(tǒng)，適用于離散制造的單元控制系統(tǒng)和適用于運動控制的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。

——制造執(zhí)行系統(tǒng)層。制造執(zhí)行系統(tǒng)包括不同的子系統(tǒng)功能模塊（計算機軟件模塊），典型的子系統(tǒng)有制造數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、計劃排程管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、工具工裝管理系統(tǒng)、采購管理系統(tǒng)、成本管理系統(tǒng)、項目看板管理系統(tǒng)、生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、底層數(shù)據(jù)集成分析系統(tǒng)、上層數(shù)據(jù)集成分解系統(tǒng)等。

——產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)層。產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)層橫向上可以主要分為研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)和服務三個環(huán)節(jié)。研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)功能主要包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝仿真、生產(chǎn)仿真，仿真和現(xiàn)場應用能夠?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計進行反饋，促進設(shè)計提升，在研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)字化產(chǎn)品原型是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的輸入要素之一。生產(chǎn)環(huán)節(jié)涵蓋了上述的生產(chǎn)基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)層和制造執(zhí)行系統(tǒng)層包括的內(nèi)容，產(chǎn)品在生產(chǎn)環(huán)節(jié)完成生產(chǎn)進入到服務環(huán)節(jié)。服務環(huán)節(jié)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的功能主要有實時監(jiān)測、遠程診斷和遠程維護，應用大數(shù)據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，形成和服務有關(guān)的決策，指導診斷和維護工作，新的服務記錄將被采集到數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

——企業(yè)管控與支撐系統(tǒng)層。企業(yè)管控與支撐系統(tǒng)包括不同的子系統(tǒng)功能模塊，典型的子系統(tǒng)有：戰(zhàn)略管理、投資管理、財務管理、人力資源管理、資產(chǎn)管理、物資管理、銷售管理、健康安全與環(huán)保管理等。

——企業(yè)計算與數(shù)據(jù)中心層。主要包括網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲和管理系統(tǒng)、應用軟件，為企業(yè)實現(xiàn)智能制造提供計算資源、數(shù)據(jù)服務以及具體的應用功能，能夠提供可視化的應用界面。如為識別用戶需求建設(shè)的面向用戶的電子商務平臺、為建立產(chǎn)品研發(fā)的設(shè)計平臺、制造執(zhí)行系統(tǒng)的運行平臺、服務平臺等都需要以企業(yè)計算與數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，可以推動各類型的應用軟件實現(xiàn)交互和有序工作，各子系統(tǒng)實現(xiàn)全系統(tǒng)信息共享。

智能服務

通過采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)并上傳至企業(yè)數(shù)據(jù)中心（企業(yè)云），系統(tǒng)軟件對設(shè)備實時在線監(jiān)測、控制，并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析提早進行設(shè)備維護。例如維斯塔斯通過在風機的機艙、輪轂、葉片、塔筒及地面控制箱內(nèi)，安裝傳感器、存儲器、處理器以及SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)對風機運行的實時監(jiān)控;還通過在風力發(fā)電渦輪中內(nèi)置微型控制器，在每一次旋轉(zhuǎn)中控制扇葉的角度，從而最大限度地捕捉風能，還可以控制每一臺渦輪，在能效最大化的同時，減少對鄰近渦輪的影響。維斯塔斯通過對實時數(shù)據(jù)進行處理預測風機部件可能產(chǎn)生的故障，以減少可能的風機不穩(wěn)定現(xiàn)象，并使用不同的工具優(yōu)化這些數(shù)據(jù)，達到風機性能的最優(yōu)化。
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