關(guān)于智能制造的定義

導(dǎo)讀

INTRODUCTION

探尋智能制造的真諦——《智能制造概論》讀書(shū)筆記與思考。

文章信息

本文由國(guó)家智能制造專家委員會(huì)委員、e-works數(shù)字化企業(yè)總編、CEO黃培博士原創(chuàng)。

《二十大報(bào)告》強(qiáng)調(diào)，我國(guó)要堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，推進(jìn)新型工業(yè)化，加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、質(zhì)量強(qiáng)國(guó)的建設(shè)，推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展?！妒奈逡?guī)劃》指出，我國(guó)將深入實(shí)施智能制造和綠色制造工程，發(fā)展服務(wù)型制造新模式，建設(shè)智能制造示范工廠，完善智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系?！妒奈逯悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃》則指出，智能制造是基于新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等特征，旨在提高制造業(yè)質(zhì)量、效益和核心競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)生產(chǎn)方式。作為制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)的主攻方向，智能制造發(fā)展水平關(guān)乎我國(guó)未來(lái)制造業(yè)的全球地位，對(duì)于加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，鞏固壯大實(shí)體經(jīng)濟(jì)根基，構(gòu)建新發(fā)展格局，建設(shè)數(shù)字中國(guó)具有重要作用。

這三個(gè)重要文件為我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型和智能制造推進(jìn)指明了方向。那么，

? 智能制造的定義是什么？?jī)?nèi)涵是什么？

?智能制造與其他現(xiàn)代制造理念之間的關(guān)系如何？

?制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化的途徑有哪些？

只有正確理解這幾個(gè)根本性的問(wèn)題，才能正確把握推進(jìn)智能制造的方向，明確智能制造的推進(jìn)策略。

最近，我仔細(xì)研讀了李培根院士和高亮教授撰寫(xiě)的《智能制造概論》一書(shū)。這本書(shū)高屋建瓴，對(duì)于智能制造的上述根本性問(wèn)題有非常精彩的論述，充分體現(xiàn)了兩位專家在智能制造領(lǐng)域的學(xué)術(shù)思想和前瞻性思維，讓我茅塞頓開(kāi)，做了很多讀書(shū)筆記。本文將摘錄該書(shū)的精辟內(nèi)容，以及我對(duì)這些問(wèn)題的理解與思考，敬請(qǐng)讀者指正。文章中的黑體字大部分引自書(shū)中的重要論述。

關(guān)于智能制造的定義推進(jìn)智能制造的前提是準(zhǔn)確理解智能制造的內(nèi)涵?！吨悄苤圃旄耪摗吩诮榻B了國(guó)內(nèi)外專家和研究機(jī)構(gòu)給出的智能制造定義基礎(chǔ)上，給出了對(duì)智能制造的定義。 書(shū)中介紹，美國(guó)的Wright和Bourne在其《制造智能》（智能制造研究領(lǐng)域的首本專著）中，將智能制造定義為“通過(guò)集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺(jué)和機(jī)器人控制來(lái)對(duì)制造技工們的技能與專家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”?！吨悄苤圃旄耪摗吩u(píng)價(jià)，雖然智能制造并不限于小批量制造，但這個(gè)定義是富有遠(yuǎn)見(jiàn)和開(kāi)創(chuàng)性的。 中國(guó)科學(xué)院老院長(zhǎng)路甬祥院士對(duì)智能制造給出的定義是：“一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能夠進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造活動(dòng)中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新、擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化”。《智能制造概論》認(rèn)為，這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)人機(jī)一體化，乃深刻洞見(jiàn)。 在綜述相關(guān)定義的基礎(chǔ)上，《智能制造概論》給出了對(duì)智能制造的定義：將機(jī)器智能融合于制造的各種活動(dòng)中，以滿足企業(yè)相應(yīng)的目標(biāo)。 這個(gè)定義可謂言簡(jiǎn)意賅。其中的關(guān)鍵詞包括：機(jī)器智能、融合、制造活動(dòng)、目標(biāo)。機(jī)器智能包括計(jì)算、感知、識(shí)別、存儲(chǔ)記憶、呈現(xiàn)、仿真、學(xué)習(xí)、推理……，既包括傳統(tǒng)智能技術(shù)（例如傳感和基于知識(shí)的系統(tǒng)KBS），也包括新一代人工智能技術(shù)（例如基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)）。機(jī)器智能是人類智慧的凝結(jié)、延伸和擴(kuò)展，總體上并未超越人類的智慧，但某些單元智能的強(qiáng)度遠(yuǎn)超人的能力。企業(yè)的制造活動(dòng)包括研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工、裝配、設(shè)備運(yùn)維、采購(gòu)、銷售、財(cái)務(wù)等；融合意味著并非完全顛覆以前的制造方式，而是通過(guò)融入機(jī)器智能，進(jìn)一步提高制造的效能。智能制造的目的是滿足企業(yè)相應(yīng)的目標(biāo)，提高效率、降低成本、綠色均屬于企業(yè)的目標(biāo)。 《智能制造概論》給出了智能制造系統(tǒng)的定義：把機(jī)器智能融入包括人和資源形成的系統(tǒng)中，使制造活動(dòng)能動(dòng)態(tài)地適應(yīng)需求和制造環(huán)境的變化，從而滿足系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)。資源包括原材料、能源、設(shè)備、工具和數(shù)據(jù)等，需求可以是企業(yè)外部的（客戶需求或社會(huì)需求），也可以是來(lái)自企業(yè)內(nèi)部的；環(huán)境包括設(shè)備工作環(huán)境、車間環(huán)境、市場(chǎng)環(huán)境等；系統(tǒng)可以是一個(gè)加工單元或生產(chǎn)線、一個(gè)車間、一個(gè)企業(yè)，或者一個(gè)企業(yè)及其供應(yīng)商和客戶組成的企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)適應(yīng)意味著對(duì)環(huán)境變化（例如溫度變化、刀具磨損、市場(chǎng)波動(dòng)等）能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)；優(yōu)化目標(biāo)則涉及企業(yè)運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)，如效率、成本、節(jié)能降耗等。書(shū)中提出的智能制造系統(tǒng)的層次十分重要，即不能狹義地理解理解智能制造只是生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的智能化，而是要延伸到企業(yè)的運(yùn)營(yíng)過(guò)程、供應(yīng)鏈協(xié)同，乃至整個(gè)企業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)。 《智能制造概論》強(qiáng)調(diào)，智能制造系統(tǒng)并非要求機(jī)器智能完全取代人，即使未來(lái)高度智能化的制造系統(tǒng)也需要人機(jī)共生。同時(shí)，智能制造不能僅僅著眼于降本增效的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，還應(yīng)該能夠持久地對(duì)社會(huì)創(chuàng)造新的價(jià)值。

圖2. 智能制造系統(tǒng)的層次

關(guān)于智能制造的內(nèi)涵《智能制造概論》指出，經(jīng)典的自動(dòng)化技術(shù)面對(duì)的基本是結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題，尤其固定的模式，但企業(yè)里存在大量的不確定性問(wèn)題，例如質(zhì)量的波動(dòng)問(wèn)題，有很多顯性和隱性的不確定因素；企業(yè)中有大量的問(wèn)題是非結(jié)構(gòu)化的，企業(yè)中存在大量非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)；企業(yè)中很多問(wèn)題是非固定模式的，例如不同類型的企業(yè)實(shí)施個(gè)性化定制的方式肯定不一樣。企業(yè)是一個(gè)大系統(tǒng)，必須通過(guò)更清晰地認(rèn)識(shí)整體聯(lián)系，以提高企業(yè)的整體效能。 基于上述的分析，《智能制造概論》提出：智能制造的本質(zhì)和真諦是利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)認(rèn)識(shí)制造系統(tǒng)的整體聯(lián)系，并控制和駕馭系統(tǒng)中的不確定性、非結(jié)構(gòu)化和非固定模式問(wèn)題，以達(dá)到更高的目標(biāo)。

關(guān)于智能制造與其它制造模式的異同最近幾十年出現(xiàn)了精益生產(chǎn)、柔性制造、敏捷制造、集成制造、綠色制造、并行工程、大批量定制、虛擬直走、網(wǎng)絡(luò)化制造等30多種制造模式。因此，要真正理解智能制造的內(nèi)涵，必須說(shuō)清楚智能制造與這些制造模式之間的關(guān)系。 《智能制造概論》指出，智能制造既然融合了人類智慧與機(jī)器智能，其技術(shù)當(dāng)然能夠適用于各種制造模式。智能制造也應(yīng)當(dāng)融合各種制造模式的理念?？沙掷m(xù)發(fā)展理念是近年來(lái)李培根院士非常強(qiáng)調(diào)的觀點(diǎn)。書(shū)中指出，對(duì)于與人民生活和社會(huì)發(fā)展緊密相關(guān)的制造業(yè)，在可持續(xù)發(fā)展中的作用自然舉足輕重，而制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的途徑就是綠色制造。其中，綠色設(shè)計(jì)、綠色產(chǎn)品是基礎(chǔ)，產(chǎn)品在生產(chǎn)和運(yùn)行中如何降低能耗？如何實(shí)現(xiàn)報(bào)廢回收過(guò)程中可拆解？如何使可能產(chǎn)生污染的物質(zhì)不泄露？某些貴重的物質(zhì)易于回收？這些都是產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員需要考慮的重要因素。企業(yè)也需要考慮面向制造的設(shè)計(jì)（DFM）等理念，有助于企業(yè)在滿足產(chǎn)品功能和質(zhì)量要求的前提下，降低加工成本和能耗。如何在產(chǎn)品的加工生產(chǎn)過(guò)程中更好地檢測(cè)和控制污染的排放，這是企業(yè)實(shí)施綠色制造的基本問(wèn)題，企業(yè)應(yīng)當(dāng)依托智能工廠對(duì)環(huán)保大數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。加工制造過(guò)程中的節(jié)能與企業(yè)直接相關(guān)，工廠的節(jié)能，不僅間接地影響排放，而且直接影響成本。通過(guò)對(duì)九江石化、三菱電機(jī)福山制作所和華為的案例分析，書(shū)中強(qiáng)調(diào)，綠色制造的實(shí)施離不開(kāi)智能制造技術(shù)支撐，智能制造的理念應(yīng)該覆蓋綠色制造的思想。例如，施耐德電氣提出并踐行綠色智能制造理念，取得了良好的成效。 李培根院士非常強(qiáng)調(diào)以客戶為中心，實(shí)現(xiàn)顧客主義和商業(yè)長(zhǎng)期主義。這些觀點(diǎn)在書(shū)中也進(jìn)行了介紹。書(shū)中指出，在今天的數(shù)字化環(huán)境下，行業(yè)的藩籬被打破，資源和能力在不同企業(yè)之間的流動(dòng)越來(lái)越頻繁，企業(yè)曾經(jīng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力可能會(huì)成為路徑依賴，反而阻礙企業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。因此，只有真正抓住客戶，才能使企業(yè)在動(dòng)態(tài)多變的環(huán)境中生存與發(fā)展。數(shù)字技術(shù)，尤其是互聯(lián)網(wǎng)賦予了企業(yè)更先進(jìn)的理解和服務(wù)客戶的手段。企業(yè)和客戶之間的觸點(diǎn)越來(lái)越豐富，可以幫助企業(yè)更好地把握客戶的需求，提高產(chǎn)品的定制化水平。顧客主義的邏輯不僅在于了解和滿足客戶已有的需求，還有可能創(chuàng)造和引領(lǐng)客戶的潛在需求。商業(yè)長(zhǎng)期主義指的是以企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展作為終極目標(biāo)，不要為短期利益而犧牲長(zhǎng)期發(fā)展機(jī)會(huì)。長(zhǎng)期主義與以客戶為中心聯(lián)系在一起。正如亞馬遜創(chuàng)始人貝索斯所說(shuō)：“以顧客為中心并不能保證你不受競(jìng)爭(zhēng)影響，但如果從客戶需求出發(fā)進(jìn)行創(chuàng)新，你將能保持領(lǐng)先”。書(shū)中指出：無(wú)論是顧客主義還是商業(yè)長(zhǎng)期主義，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)是奉行其理念的最好手段。智能制造的首要任務(wù)是把數(shù)字化、智能化技術(shù)用于產(chǎn)品，使其具有超乎客戶想象力的功能。 以客戶為中心，需要強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)-制造-使用的一體化，推進(jìn)大規(guī)模個(gè)性化定制，并實(shí)現(xiàn)服務(wù)型制造。 精益生產(chǎn)是現(xiàn)代制造的核心理念之一。精益生產(chǎn)的終極目標(biāo)為零浪費(fèi)，具體包括：

PP(Products，多品種混流生產(chǎn)）——“零”轉(zhuǎn)產(chǎn)工時(shí)浪費(fèi)，即將加工工序的品種切換與裝配線的轉(zhuǎn)產(chǎn)時(shí)間浪費(fèi)降為“零”或接近為“零”；

II(Inventory，消減庫(kù)存）——“零”庫(kù)存，即消除中間庫(kù)存，盡可能將產(chǎn)品庫(kù)存降為零；

CC(Cost，全面成本控制）—“零”浪費(fèi)，即消除多余制造、搬運(yùn)、等待的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)零浪費(fèi)；

QQ(Quality，高品質(zhì))——“零”不良，即不能只在檢查位檢出，而應(yīng)該在產(chǎn)生的源頭消除它；

MM(Maintenance，提高運(yùn)轉(zhuǎn)率)——“零”故障，即消除機(jī)械設(shè)備的故障停機(jī)，實(shí)現(xiàn)零故障；

DD(Delivery，快速反應(yīng)、短交期)——“零”停滯，即最大限度地壓縮提前期(lead time)，消除中間停滯；

SS(Safety，安全第一)——“零”災(zāi)害。

書(shū)中指出，就技術(shù)角度而言，自動(dòng)化、柔性化、智能機(jī)器人、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等技術(shù)有助于精益生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)。精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)持續(xù)改進(jìn)，《智能制造概論》提出，利用智能制造的手段，改進(jìn)一點(diǎn)點(diǎn)。這句話的內(nèi)涵，就是強(qiáng)調(diào)智能制造可以幫助企業(yè)更好地踐行精益理念，例如，Honeywell等企業(yè)就采用了精益數(shù)字化這一術(shù)語(yǔ)。

企業(yè)進(jìn)化與智能制造《智能制造概論》指出，智能制造覆蓋的范圍廣，涉及的技術(shù)很多。僅僅局限于概念和技術(shù)層面理解智能制造是不夠的。 企業(yè)發(fā)展是一個(gè)不斷進(jìn)化的過(guò)程。市場(chǎng)環(huán)境在不斷進(jìn)化，技術(shù)在不斷進(jìn)步。任何一個(gè)企業(yè)為了應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為了實(shí)現(xiàn)自身的使命和持續(xù)發(fā)展，都需要不斷進(jìn)化。正如自然界是物競(jìng)天擇、適者生存一樣，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，只有那些產(chǎn)品不斷進(jìn)化、流程不斷優(yōu)化，能夠打造具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的企業(yè)才能立于不敗之地。這是《智能制造概論》一書(shū)獨(dú)特的視角，也是李培根院士一直十分強(qiáng)調(diào)的觀察和研究智能制造的視角，本書(shū)用了較大篇幅進(jìn)行論述。其實(shí)質(zhì)是探討智能制造技術(shù)應(yīng)用對(duì)于制造企業(yè)的進(jìn)化能夠帶來(lái)怎樣的價(jià)值？企業(yè)的進(jìn)化首先在于產(chǎn)品的不斷進(jìn)化。對(duì)于制造企業(yè)而言，有一個(gè)符合市場(chǎng)需求的好產(chǎn)品是生存與發(fā)展的基本前提。本書(shū)分析了柯達(dá)、諾基亞和摩托羅拉市場(chǎng)沉浮的經(jīng)典案例，并指出，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化技術(shù)大大加速了產(chǎn)品進(jìn)化的速度。書(shū)中給出了智能產(chǎn)品的定義：智能產(chǎn)品是通過(guò)數(shù)字和智能技術(shù)的應(yīng)用而呈現(xiàn)某種智能屬性（計(jì)算、感知、識(shí)別、存儲(chǔ)、記憶、互聯(lián)、呈現(xiàn)、仿真、學(xué)習(xí)、推理……）的產(chǎn)品。一個(gè)智能產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)具備對(duì)外部世界的感知能力、記憶和計(jì)算能力、學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力、行為決策能力、執(zhí)行控制能力等。智能產(chǎn)品的計(jì)算智能高于人類，智能機(jī)器對(duì)制造工況的主動(dòng)感知和自動(dòng)控制能力高于人類。智能產(chǎn)品（非指純軟件）往往包括物理部件、智能部件、互聯(lián)部件和軟件。我認(rèn)為，智能產(chǎn)品就是一個(gè)CPS，具備Computing（計(jì)算）、Communication(通訊)和Control（控制）能力。 書(shū)中指出，智能產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)當(dāng)考慮以下原則，即：產(chǎn)品是提供服務(wù)的載體；要重視用戶體驗(yàn)；要建立產(chǎn)品的生態(tài)，包括產(chǎn)品集群生態(tài)、產(chǎn)品的伙伴生態(tài)、開(kāi)放性、實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界與物理世界的融合，云應(yīng)用，并分析某些智能化功能的必要性和實(shí)用性。 目前，70%的汽車創(chuàng)新來(lái)自汽車電子，而60%的汽車電子創(chuàng)新屬于軟件創(chuàng)新。

圖3. 智能汽車創(chuàng)新的趨勢(shì)（來(lái)源：廣汽唐湘民） 《智能制造概論》書(shū)中指出，沒(méi)有過(guò)程的進(jìn)化，就沒(méi)有企業(yè)的進(jìn)化。不同領(lǐng)域、不同業(yè)務(wù)活動(dòng)的過(guò)程（Process，也稱為流程）千差萬(wàn)別，過(guò)程進(jìn)化最重要和共性的方式是互聯(lián)和重組。互聯(lián)主要表現(xiàn)在過(guò)程內(nèi)部的互聯(lián)和不同過(guò)程之間的互聯(lián)。在推進(jìn)智能制造的實(shí)踐中，設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和車間聯(lián)網(wǎng)是建設(shè)智能工廠的基礎(chǔ)。在企業(yè)中，常常出現(xiàn)兩道工序本身是自動(dòng)化的，但工序與工序之間還需要人工搬運(yùn)。企業(yè)還存在諸多信息孤島、自動(dòng)化孤島、IT和OT的斷層，乃至云孤島。這些問(wèn)題亟待解決。 技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致過(guò)程重組。例如材料和制造工藝的變化都會(huì)導(dǎo)致過(guò)程重組和效率與質(zhì)量的大幅度提升。書(shū)中列舉了采用增材制造和無(wú)模鑄造的案例。而特斯拉大量采用壓鑄技術(shù)來(lái)替代車身零件的焊接，也是技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致過(guò)程重組的典型案例。管理進(jìn)化需要過(guò)程重組。企業(yè)流程的改變會(huì)引發(fā)組織變革，而這顯然需要數(shù)字技術(shù)的支撐。 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)化應(yīng)當(dāng)引入并行工程的思想，PLM系統(tǒng)、虛擬仿真、數(shù)字孿生、創(chuàng)成設(shè)計(jì)（Generative Design，書(shū)中譯為衍生設(shè)計(jì)）、多領(lǐng)域物理統(tǒng)一建模，以及基于云的協(xié)同設(shè)計(jì)。 對(duì)于工藝過(guò)程進(jìn)化，數(shù)字化工藝規(guī)劃軟件，尤其是基于三維的結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃軟件，以及利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行工藝控制，應(yīng)用工藝仿真軟件和ICME（集成計(jì)算材料工程）都是有效途徑。 對(duì)于車間生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)化，部署MES/MOM系統(tǒng)，以及流程工業(yè)的一體化全流程優(yōu)化平臺(tái)和環(huán)保實(shí)時(shí)監(jiān)控及應(yīng)急指揮平臺(tái)，則是提升工廠運(yùn)營(yíng)效率和安全運(yùn)行的重要途徑，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)AGV、無(wú)人叉車等物流裝備與自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和生產(chǎn)線的信息交互和無(wú)縫集成應(yīng)用也十分必要。推進(jìn)智能工廠建設(shè)需要與通過(guò)精益生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)持續(xù)改善相結(jié)合。 而實(shí)現(xiàn)服務(wù)過(guò)程進(jìn)化，則應(yīng)當(dāng)建立基于傳感器和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)建立智能維護(hù)平臺(tái)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警，乃至預(yù)測(cè)性維護(hù)；同時(shí)，將故障問(wèn)題反饋給產(chǎn)品研發(fā)部門，從而改進(jìn)產(chǎn)品。企業(yè)還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行建模，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，對(duì)設(shè)備數(shù)字孿生模型進(jìn)行分析和優(yōu)化，從而優(yōu)化實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行。此外，通過(guò)數(shù)字技術(shù)來(lái)提升設(shè)備作業(yè)的效率也十分重要，例如全球工程機(jī)械巨頭小松公司通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)繪，從而計(jì)算出需要開(kāi)挖的土石方，進(jìn)而計(jì)算出所需要的施工設(shè)備和施工計(jì)劃，而設(shè)計(jì)變更也可以通過(guò)數(shù)字技術(shù)及時(shí)反饋給施工現(xiàn)場(chǎng)，顯著提升了施工作業(yè)的效率，實(shí)現(xiàn)了智能施工。

圖4. 小松公司的智能施工平臺(tái) 《智能制造概論》對(duì)企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)給出了定義：企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是在一定的范圍內(nèi)，為特定的目標(biāo)而形成的企業(yè)群體及其社會(huì)和技術(shù)環(huán)境構(gòu)成的統(tǒng)一整體。企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上是企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)之間的競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)的進(jìn)化離不開(kāi)企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化。企業(yè)首先需要實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈生態(tài)的進(jìn)化，推進(jìn)數(shù)字化供應(yīng)鏈的應(yīng)用，在供應(yīng)鏈管理中要重視客戶生態(tài)。企業(yè)要注重生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新，跨界合作。 企業(yè)的生態(tài)戰(zhàn)略至關(guān)重要。企業(yè)的生態(tài)繁衍是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保證；開(kāi)放合作應(yīng)該成為基本方略；生態(tài)進(jìn)化與商業(yè)模式進(jìn)化常常相輔相成。數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)是企業(yè)生態(tài)進(jìn)化的技術(shù)關(guān)鍵。

關(guān)于智能制造的技術(shù)精要及前沿趨勢(shì)《智能制造概論》指出，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、虛實(shí)融合和整體聯(lián)系，這16個(gè)字，四個(gè)方面是智能制造的技術(shù)精要。 企業(yè)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，需要對(duì)物流、資金流和信息流進(jìn)行有效管控，智能制造系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)和處理各種異常情況和動(dòng)態(tài)變化，通過(guò)對(duì)各類與企業(yè)運(yùn)營(yíng)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、展現(xiàn)、分析和預(yù)測(cè)，驅(qū)動(dòng)相關(guān)軟件進(jìn)行調(diào)度和決策?！吨悄苤圃旄耪摗分赋?，智能制造的關(guān)鍵之一就是要重視數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)作用。傳統(tǒng)模式中，工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是普通的原材料；而智能制造模式下，工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就是原材料+石油。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)首先體現(xiàn)在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新。具體包括：數(shù)字技術(shù)在產(chǎn)品上的直接應(yīng)用：讓產(chǎn)品產(chǎn)生數(shù)據(jù)（添加傳感器和通訊模塊），以及將產(chǎn)品本身數(shù)字化（例如采用電子票、利用云端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等）；數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新：例如特斯拉通過(guò)收集正在服役的車輛數(shù)據(jù)，并建立車輛和駕駛者的數(shù)據(jù)孿生模型，辨識(shí)需要改進(jìn)的問(wèn)題，不斷改善駕駛體驗(yàn)。此外，客戶需求數(shù)據(jù)是產(chǎn)品創(chuàng)新的源頭，與客戶協(xié)同創(chuàng)新是必然趨勢(shì)。 其次，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)過(guò)程進(jìn)化。具體包括：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)大規(guī)模定制，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工藝改進(jìn)，以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能服務(wù)等。

圖5. 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能服務(wù) 本書(shū)還介紹了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工作流和新的業(yè)務(wù)活動(dòng)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)戰(zhàn)略等。書(shū)中提出，能否成為一個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的企業(yè)，取決于所有員工的支持，讓每個(gè)人都根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整自己的思維方式和工作方式，因此，企業(yè)必須培養(yǎng)數(shù)字文化。通過(guò)數(shù)據(jù)洞察，幫助企業(yè)各個(gè)層級(jí)的管理者做出正確的決策，既見(jiàn)樹(shù)木，又見(jiàn)森林。通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式的變革，創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式和制造模式。 書(shū)中指出，要真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，企業(yè)需要對(duì)業(yè)務(wù)盡可能數(shù)據(jù)化。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)工作也應(yīng)該業(yè)務(wù)化。企業(yè)應(yīng)該建立專注于數(shù)據(jù)管理工作的新型部門。企業(yè)需要高度關(guān)注數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)治理，避免數(shù)據(jù)失真，需要定期進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗。 關(guān)于軟件定義，本書(shū)專門用一章進(jìn)行了闡述。 軟件已經(jīng)融合到產(chǎn)品之中，業(yè)界已形成了軟件定義產(chǎn)品的共識(shí)。產(chǎn)品的差異化越來(lái)越多體現(xiàn)在軟件上，產(chǎn)品的功能和性能都可以由軟件定義。而智能裝備的智能也更多地體現(xiàn)在融合了強(qiáng)大的軟件功能。例如，華中科技大學(xué)李德群院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)展智能技術(shù)用于塑料注射成形工藝及機(jī)床的研究，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)學(xué)習(xí)認(rèn)知，將模具、裝備和工藝有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效、高精與節(jié)能成形。

圖6. 塑料注射成型智能化

圖7. 軟件支撐智能制造 關(guān)于“軟件定義制造”的提法，本書(shū)指出，能定義制造的軟件主要是工業(yè)軟件。而真正定義制造的是軟件中所沉淀的人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、才智，以及由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能等。事實(shí)上，在制造過(guò)程中，軟件的作用越來(lái)越大?？梢哉f(shuō)，車間生產(chǎn)的管控是由軟件定義的。工廠/車間的運(yùn)行需要很多軟件系統(tǒng)支撐，如智能MES系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、智能生產(chǎn)監(jiān)控中心、設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)、智能運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等。制造企業(yè)對(duì)于市場(chǎng)變化和市場(chǎng)需求的把控能力需要充分應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)能力，而制造企業(yè)本身的競(jìng)爭(zhēng)力，也更大程度上取決于企業(yè)的軟件能力。工業(yè)軟件是形成軟能力的關(guān)鍵。軟能力助長(zhǎng)硬能力，最終也表現(xiàn)在企業(yè)的硬能力上。 本書(shū)對(duì)于CPS、虛擬仿真、數(shù)字孿生和XR（VR虛擬現(xiàn)實(shí)、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和MR混合現(xiàn)實(shí)）等虛實(shí)融合和技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。其中，虛擬仿真技術(shù)涵蓋了工程仿真、工藝仿真和工廠仿真，仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)已成業(yè)界共識(shí)；數(shù)字孿生技術(shù)在企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品運(yùn)維（主要是裝備制造企業(yè)的產(chǎn)品）、產(chǎn)線設(shè)計(jì)與虛擬調(diào)試等應(yīng)用場(chǎng)景已廣泛應(yīng)用，尤其是流程工業(yè)建立數(shù)字孿生工廠，實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化交付到數(shù)字化運(yùn)營(yíng)，具有非常大的實(shí)用價(jià)值；而XR技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)備運(yùn)維、員工和客戶培訓(xùn)、產(chǎn)品市場(chǎng)推廣等方面都有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。 推進(jìn)智能制造是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不能孤立地理解和實(shí)施某項(xiàng)智能制造技術(shù)，必須考慮各個(gè)軟硬件系統(tǒng)之間的整體聯(lián)系。對(duì)于一個(gè)企業(yè)而言，不管是在一個(gè)機(jī)器系統(tǒng)，還是車間、工廠乃至更大的企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，都需要從整體聯(lián)系的角度考慮分析問(wèn)題，采用系統(tǒng)思維。企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，需要從整體上考慮數(shù)字化、智能化策略。人才的整體考慮也是數(shù)字化、智能化戰(zhàn)略能否成功的重要因素。 《智能制造概論》書(shū)中強(qiáng)調(diào)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、虛實(shí)融合和整體聯(lián)系這四個(gè)方面互相糅合。其中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是其它三個(gè)方面的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、虛實(shí)融合及整體聯(lián)系都要靠軟件去實(shí)現(xiàn)。企業(yè)智能制造目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)當(dāng)然要體現(xiàn)在產(chǎn)品、設(shè)備等實(shí)體上，從分析、決策到執(zhí)行的大多數(shù)工作都是在數(shù)字空間進(jìn)行，需要數(shù)據(jù)去驅(qū)動(dòng)，需要軟件實(shí)現(xiàn)，需要集成系統(tǒng)/整體的信息。沒(méi)有數(shù)據(jù)、軟件及其物理對(duì)象的融合，整體聯(lián)系就無(wú)從談起。因此，關(guān)于智能制造，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、虛實(shí)融合和整體聯(lián)系這16字真言，若能融會(huì)貫通，概能得其要領(lǐng)，悟其真諦。

后記《智能制造概論》一書(shū)準(zhǔn)確地回答了智能制造是什么，為什么，怎么做等關(guān)鍵問(wèn)題，內(nèi)容新穎，視角獨(dú)特，案例豐富，對(duì)于正確理解和推進(jìn)智能制造具有十分重要的指導(dǎo)意義。這本書(shū)還詳細(xì)介紹了智能制造的核心技術(shù)，例如數(shù)字孿生、工業(yè)機(jī)器人、智能控制、智能調(diào)度；對(duì)智能制造未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，介紹了人機(jī)共融、云機(jī)器人、數(shù)字工程師和商業(yè)智能等前沿技術(shù)。這本書(shū)值得讀者深閱讀，從中學(xué)習(xí)和探尋智能制造的真諦。希望借本文與廣大讀者共勉，共同探討如何通過(guò)推進(jìn)智能制造支撐中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)！

審核編輯 ：李倩