論智能制造發(fā)展的三個階段

中國這幾年信息化的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)很多概念和熱點，從云計算到物聯(lián)網(wǎng)，智慧城市到大數(shù)據(jù)，到現(xiàn)在的人工智能這一波熱浪。這些熱浪一定要落地下來，為制造業(yè)服務(wù)。對于中國人工智能的發(fā)展而言，最重要的問題還是要解決中國的制造業(yè)發(fā)展問題。如果制造業(yè)的智能化上不去，中國國民經(jīng)濟的脊梁就不夠堅實。

論智能制造發(fā)展的三個階段

首先需要理解，什么是智能制造？按照百科定義，智能是指獲取知識和技巧一種能力。而“人工智能”現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一定義。這個概念，早在1952年就由圖靈提了出來?，F(xiàn)在，很多人把人工智能的解釋，句子越來越長，講的越來越復(fù)雜，最后大家都搞不清楚到底什么是人工智能了。其實，人工智能簡單地說，就是人賦予機器的職能。具體地說，就是通過計算機的硬件和軟件，尤其是各種軟件，給機器賦予了智能，讓機器可以感受環(huán)境，意識到環(huán)境的變化，進一步為決策者提供建議，拓展了人的智能，甚至在事前授權(quán)的情況下自主做出決定。

如果說智能是指獲取知識和技能的一種能力的話，無可否認的是，正是這些計算機輔助系統(tǒng)和工業(yè)軟件為制造業(yè)帶來了智能。因此，智能制造，簡單地說就是計算機制造，無需加上太多的修飾和太復(fù)雜的定義。

電腦比人腦更強大之處，不完全在于其強大的計算能力和存儲量，關(guān)鍵是其中運行的軟件。如果沒有軟件，計算機也就是一堆金屬塑料。以此為基礎(chǔ)，可以看看制造業(yè)信息化的發(fā)展，實際上也可以理解智能制造演進的三個階段。

“四化一造”看工業(yè)信息化

制造業(yè)信息化的發(fā)展，主要是圍繞著企業(yè)的業(yè)務(wù)運行而展開。首先是企業(yè)內(nèi)部信息化，見下圖。這包括“四化一再造”，也就是研發(fā)信息化、產(chǎn)品信息化、生產(chǎn)信息化、管理信息化以及業(yè)務(wù)流程和組織再造。其中產(chǎn)品信息化，主要是指帶有嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)品，其復(fù)雜程度各不相同。理解產(chǎn)品信息化，對理解當下的智能制造，非常重要。

圖 | 企業(yè)內(nèi)部信息化

與此同時企業(yè)還有一個上游供應(yīng)鏈和下游社會關(guān)系的問題，上游包括原材料、零部件、裝備和人員招聘等，下游則與銷售、銀行、客戶關(guān)系等相關(guān)聯(lián)。這些屬于企業(yè)的外部信息化問題。

企業(yè)的內(nèi)部業(yè)務(wù)和外部業(yè)務(wù)，構(gòu)成了企業(yè)信息化最基本的內(nèi)涵。企業(yè)信息化最早就是從數(shù)字化開始的。計算機剛剛發(fā)明的時候，本來是做科學(xué)計算的，很快就被用來做業(yè)務(wù)處理，提升管理效果。這是一個從下往上發(fā)展的過程，開始是做一些數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如財務(wù)管理，包括一些統(tǒng)計報表處理；隨后，逐漸上升到管理層，也就是開發(fā)管理信息系統(tǒng)（MIS），從財務(wù)管理、人事管理，到生產(chǎn)管理，一層層往上走；最后，上升到了決策層和開發(fā)決策信息系統(tǒng)（DSS）。企業(yè)信息化，一開始就是處在數(shù)字化時期。

數(shù)字化起步

然而，利用計算機來改造企業(yè)的生產(chǎn)裝備，實際上比管理信息系統(tǒng)起步還要早。1952年，即商用電子計算機發(fā)明的第二年，美國就有一家公司設(shè)計了一套數(shù)控裝置，開發(fā)了第一臺三坐標數(shù)控銑床。盡管這個銑床體積很大，造價也很高，但是開辟了一個數(shù)字控制的新時代。1958年，美國研制出第一臺加工中心。這意味著，計算機改變制造業(yè)的時代，正式拉開了帷幕。隨后，隨著第一個微處理芯片的發(fā)明，各種各樣、數(shù)以億計的嵌入式系統(tǒng)開始嵌入到各種裝備、各種產(chǎn)品當中去。制造業(yè)開始走向以數(shù)字制造技術(shù)為核心的計算機控制時代，當時國內(nèi)叫做機電一體化。

“機電一體化”這個提法沒有完全點到問題的本質(zhì)，那就是計算機控制。

可以看到，計算機系統(tǒng)很早就開始賦予各種制造裝備以智能。如果按照前面智能的定義的話，那么智能制造這個問題，可以說很早就被提出來了。在整個信息化對制造業(yè)的改造過程當中，是工業(yè)軟件支撐了企業(yè)數(shù)字化的發(fā)展，扮演了一個非常關(guān)鍵的角色。

最近電視臺有一個關(guān)于中國制造業(yè)的討論會，其中，關(guān)于“中國制造業(yè)還有什么不能制造？”的問題，提了十個方面，唯獨沒有提到工業(yè)軟件。殊不知，中國制造業(yè)體量世界第一，占世界制造業(yè)的份額20%強，但是，中國的工業(yè)軟件現(xiàn)在90%以上依靠進口，稍微復(fù)雜一點的，都不是國產(chǎn)。而且，中國工業(yè)軟件的市場份額，僅占世界工業(yè)軟件市場份額的1.7%。一個20%的制造業(yè)大國只占1.7%的份額，足以說明中國工業(yè)的“體質(zhì)”太弱?？瓷先?，大家對于這個問題的認識，還是存在著比較大的偏差。

其實早在上世紀70年代，就可以看到數(shù)字化對傳統(tǒng)工業(yè)的改造蓬勃發(fā)展。特別是在1974年，第五代使用微處理芯片和半導(dǎo)體存儲器的計算機數(shù)控裝置研制成功以后，從生產(chǎn)裝備的角度來看，發(fā)展非常迅速。拿數(shù)控機床來講，從一軸到三軸到五軸到七軸，對基于信息化的工業(yè)化產(chǎn)生了革命性的影響。還有各種各樣的計算機輔助系統(tǒng)，從輔助制圖CAD、到計算機輔助工程仿真CAE、到計算機輔助制造CAM等，都對制造業(yè)的現(xiàn)代化產(chǎn)生了深遠的影響，完全改變了人們對現(xiàn)代化的工業(yè)化的認識。

后來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了全三維數(shù)字化和數(shù)字仿真。工業(yè)數(shù)字化向高端方向發(fā)展。企業(yè)從接訂單開始，一直到最后的產(chǎn)品交付，全流程完全依賴計算機軟件的控制和支撐。

網(wǎng)絡(luò)化崛起

上個世紀90年代初互聯(lián)網(wǎng)開始在全球普及，企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化隨之也快速發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)沒有普及應(yīng)用之前，基本上所有的企業(yè)都是采用客戶服務(wù)器（C/S）的架構(gòu)，但客戶服務(wù)器只能解決本地域的聯(lián)網(wǎng)問題?；ヂ?lián)網(wǎng)興起之后，異地可以聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)也很快開始走向網(wǎng)絡(luò)化。

除了應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)之外，企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化有兩個主要的方向，一個就是內(nèi)部網(wǎng)，將企業(yè)內(nèi)部各個部門和下屬單位所有的信息系統(tǒng)全部連在一個網(wǎng)上，不管這些部門是在北京，還是在印度或墨西哥。這樣極大地提高了企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)的運行效率和有效性。當然，只是實現(xiàn)了信息和數(shù)據(jù)的交換，還沒有做到智能化。

另外一個是外部網(wǎng)。企業(yè)的外部聯(lián)系，全部通過互聯(lián)網(wǎng)進行。也就是說，把企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的一部分向外部合作單位開放，求得橫向打通。比方說生產(chǎn)汽車的，會把生產(chǎn)計劃向上游的座椅工廠開放，后者可以進入企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，了解相關(guān)部門的生產(chǎn)進度，以便準確、及時供貨。企業(yè)跟銀行連通之后，只要座椅被汽車制造廠驗收，銀行就會自動打款給上游供應(yīng)商。這樣，就做到了外部信息系統(tǒng)的一體化。

互聯(lián)網(wǎng)帶來的制造和生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)化，正是基于內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)實現(xiàn)。這個可以看做是早期的“互聯(lián)網(wǎng)+制造”的核心內(nèi)涵?？梢哉f“互聯(lián)網(wǎng)+制造 ”實際上始于上世紀90年代。

制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化帶來的重大技術(shù)突破，至少表現(xiàn)在以下三個方面。

第一個就是關(guān)聯(lián)設(shè)計系統(tǒng)。在虛擬設(shè)計與制造的環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)可以支持成百上千個在線用戶同時進行實時設(shè)計，使得一個系統(tǒng)或者一臺裝備的總體、子系統(tǒng)之間的三維設(shè)計結(jié)果相互關(guān)聯(lián)。IBM早期大量發(fā)展計算機輔助設(shè)計的一個根本動力，就是數(shù)字化圖紙可以通過網(wǎng)上傳送，可以在全世界任何一個IBM的工廠，生產(chǎn)所設(shè)計的零部件。當時，新產(chǎn)品的設(shè)計速度加快了16倍，產(chǎn)品更改和更新的速度提高了數(shù)百倍?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”為制造能力的提升開辟了一個難以想象的巨大空間，對企業(yè)來講是一個全新的競爭優(yōu)勢。

第二個是網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同平臺，網(wǎng)絡(luò)化帶來的不僅僅是大家交換信息，而且可以帶來工程人員的協(xié)同工作。一些大的企業(yè)，如波音公司，率先建立了自己非常強大的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同平臺。2000年9月以波音、洛克希德?馬丁、雷神、BAE及R&R為代表的美英國防航空巨頭，發(fā)起組建了大名鼎鼎的Exostar，探索國防航空行業(yè)的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。目前，通過Exostar進行供應(yīng)鏈管理和協(xié)同的有六大主制造商，涵蓋16,000個不同規(guī)模的專業(yè)供應(yīng)商。隨后，歐洲國防航空行業(yè)的四巨頭，空中客車、達索航空、賽峰和泰雷茲，也跟隨美國競爭對手的腳步，發(fā)起設(shè)立了一個屬于歐洲國防航空工業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造平臺BoostAeroSpace，于2011年正式對行業(yè)內(nèi)客戶提供服務(wù)。

第三個是全三維標注技術(shù)，任何一個產(chǎn)品只要把三維的圖做出來，零部件的圖紙就可以利用計算機軟件和系統(tǒng)自然而然地分解和生成。這就使得企業(yè)得以形成單一的數(shù)據(jù)源管理。美國國防部和航空航天近幾年非常重視的數(shù)字主線（Digital Thread），也正是這樣一種技術(shù)的發(fā)展和延伸。

然而，不管是關(guān)聯(lián)設(shè)計也好，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同平臺也好，全三維標注也好，背后的根本支撐，其實并不是網(wǎng)絡(luò)，而是工業(yè)軟件。這一切，都是依靠各種各樣的工業(yè)軟件來支撐的。今天大家討論的中國還不能生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品，可能很重要的原因就是是沒有相應(yīng)的工業(yè)軟件支撐的制造設(shè)備。集成電路有很多難以突破的核心技術(shù)。其中，集成電路的設(shè)計就是重要的一環(huán)。高端集成電路的設(shè)計圖紙，人工是畫不出來的，是靠計算機輔助設(shè)計軟件畫出來的。沒有最先進的這種軟件，就不可能設(shè)計出最先進的集成電路。如果國外只賣給我們前二代、前三代的設(shè)計軟件，那么中國也就只能去設(shè)計前二代、前三代的相關(guān)產(chǎn)品。工業(yè)軟件的重要性由此可見一斑。

智能化發(fā)展

企業(yè)智能化的發(fā)展，可以回溯到上個世紀六十年代初。通過下圖的制造業(yè)智能化發(fā)展，可以看到制造業(yè)如何從數(shù)字化走到網(wǎng)絡(luò)化，再走到智能化。

圖 | 制造業(yè)智能化的發(fā)展史

可以看到制造業(yè)的智能化，實際上跟數(shù)字化基本上是同步的，不過在早期，只是單機、單個裝備而已。像CAE這種非常復(fù)雜的軟件，需要把計算、工程知識和人類的經(jīng)驗，都融合在里面。因此工業(yè)軟件并不簡單是軟件，而是一門學(xué)問。只有學(xué)計算機軟件的工程師，是設(shè)計不出先進的工業(yè)軟件的。就智能化而言，從數(shù)據(jù)處理的角度來看，業(yè)務(wù)智能（Business Intelligence）也是很重要的一個分支。

過去幾十年中國信息化的發(fā)展有兩個不足之處。一個網(wǎng)絡(luò)化的內(nèi)向性問題，很多企業(yè)只做了內(nèi)部網(wǎng)，幾乎沒有做外部網(wǎng)，這種情況與我們的國情有關(guān)。第二個就是業(yè)務(wù)智能的使用在中國發(fā)展非常緩慢，這可能是因為“拍腦袋做決策”已經(jīng)成為習慣。

現(xiàn)在炒得比較多的概念就是人工智能，其中最熱門的是深度學(xué)習和機器學(xué)習。這方面的發(fā)展主要是基于兩個條件：超強的計算能力和充沛的大數(shù)據(jù)集?，F(xiàn)在，一方面是計算機的運轉(zhuǎn)速度很快，存儲量也很大；另外就是很多重要的數(shù)據(jù)可以收集上來處理。如語音識別、圖像識別，都不是今天才搞起來的。早在上世紀60年代初，中科院自動化所就開展了模式識別中的研究。但在當時，數(shù)據(jù)既算不過來，也存不過來。因此，70年代以后人工智能的動靜就不大了。這幾年人工智能又開始熱起來，是因為數(shù)據(jù)量大了，計算機算的快了。當然，人工智能不僅僅是深度學(xué)習和機器學(xué)習，比方說人腦的模擬等，人工智能比較高級的發(fā)展階段，還將有更大的發(fā)展。

智能化實際上是依托于計算科學(xué)，而不僅僅是計算機科學(xué)。美國國家總統(tǒng)信息技術(shù)委員會在2005年專門就“計算科學(xué)”的重要意義給時任總統(tǒng)小布什寫過一個報告，其中講到計算科學(xué)是由三個不同的元素組成的：計算機與信息科學(xué)、建模與模擬軟件和計算的基礎(chǔ)設(shè)施，這三點缺一不可。

在計算科學(xué)意義上的智能化，實際上包含四個基本的要素：模型、算法、軟件和數(shù)據(jù)。研究任何一個問題，必須首先要把物理問題的數(shù)學(xué)模型構(gòu)造出來；之后需要有一套模型計算的算法方法，例如各種微分方程和代數(shù)方程的求解；需要形成可以按算法重復(fù)執(zhí)行計算的軟件；而在計算的時候，則需要大量的數(shù)據(jù)處理和分析。如果只是做了信息的采集、存儲、處理、檢索和利用，這個不是智能的系統(tǒng)，而只是一個簡單的信息系統(tǒng)；即使把它們都連成網(wǎng)絡(luò)了，仍然只是一個聯(lián)網(wǎng)的信息系統(tǒng)，而不是一個智能的系統(tǒng)。因此，判定一個系統(tǒng)是否是真正的、智能的系統(tǒng)，一定要從這四個方面去評估。很多地方搞智慧城市、搞智能制造，如果需要仔細推敲其真?zhèn)危詈玫暮饬康姆椒?，就是利用這把具有四個維度的尺子。

論智能制造的三個支點

上面談到了對智能制造的三個階段的基本認識，而如何實施智能制造，則需要考慮智能制造的三個支點：產(chǎn)品、裝備和過程。

圖 | 智能制造的三個支點

第一個需要考慮的是推動智能制造的目標是什么。顯然，企業(yè)追求的是產(chǎn)品，而不是要把企業(yè)搞的有多時髦。企業(yè)銷售產(chǎn)品的時候，不是要宣傳企業(yè)的生產(chǎn)線有多漂亮、多現(xiàn)代，而一定要說明這個產(chǎn)品的價值何在。產(chǎn)品是企業(yè)面向社會的表現(xiàn)。智能制造的目標是產(chǎn)品，而不是智能制造本身。因此，產(chǎn)品的智能化是企業(yè)必須考慮的首要問題之一。智能制造如果不能生產(chǎn)出智能的產(chǎn)品，智能制造就失去了時代的意義。而且，企業(yè)的產(chǎn)品如果不是智能化的，產(chǎn)品和企業(yè)今后被淘汰的可能性就很大。

第二個支點是裝備，生產(chǎn)過程（包括研發(fā)、設(shè)計）中的每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)上的裝備，一定要智能化。如果這個智能化實現(xiàn)不了，勞動生產(chǎn)力和勞動效率就不可能得到很大提高，企業(yè)可能就沒有競爭力。不是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的生產(chǎn)裝備，就不是這個時代的先進制造裝備。而且，如果設(shè)備沒有智能化，也可能無法生產(chǎn)出企業(yè)想要生產(chǎn)的智能化產(chǎn)品。

第三個支點是企業(yè)生產(chǎn)過程的智能化問題。裝備智能化解決的是生產(chǎn)過程中“點”的智能化問題；企業(yè)只有實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的智能化，才能實現(xiàn)企業(yè)全局的智能化，才能夠?qū)崿F(xiàn)智能化效益的最大化。

智能產(chǎn)品是第一支點

一個機床生產(chǎn)廠，生產(chǎn)裝備和過程如果都是智能化的，而它生產(chǎn)出來的機床卻是一般的機床，沒有智能化的要素，那么這個機床廠的前途就非常堪憂。因為，他自己都不會去購買這樣不夠智能化的機床。

因此，任何一個企業(yè)在考慮其智能制造如何發(fā)展的時候，首先應(yīng)該想到的是自己的產(chǎn)品怎么實現(xiàn)智能化。即使生產(chǎn)過程沒有部分或全部實現(xiàn)智能化，能夠把智能的產(chǎn)品做出來，那么企業(yè)還是應(yīng)該首先考慮產(chǎn)品的智能化問題。

產(chǎn)品的智能化，是通過產(chǎn)品中包含有各種復(fù)雜程度不等的計算機系統(tǒng)，尤其是嵌入式系統(tǒng)，來實現(xiàn)的。嵌入式系統(tǒng)不僅可以成為智能制造最重要最具有代表性的技術(shù)，而且會形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。中國的嵌入式系統(tǒng)，發(fā)展的速度比較緩慢——盡管起步并不晚。產(chǎn)品所用的嵌入式系統(tǒng)，絕大多數(shù)對于芯片的要求都不一定特別高，一般也就是幾十納米到上百納米，甚至檔次再低一點，也或許夠用。因此，技術(shù)難度并不大。

產(chǎn)品智能化是當今計算技術(shù)發(fā)展的一個新的重大趨勢。計算技術(shù)發(fā)明的初衷是為了科學(xué)計算。而后，發(fā)展為支持人類各種業(yè)務(wù)活動的信息處理和傳播，即業(yè)務(wù)計算。業(yè)務(wù)計算的覆蓋范圍已經(jīng)比科學(xué)計算要大得多。上世紀90年代以后，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，QQ、微信、facebook等開始崛起，計算技術(shù)滲入了人們的社會生活，大大地推動了社會計算的發(fā)展，計算技術(shù)的應(yīng)用覆蓋范圍則更進一步擴大?，F(xiàn)在，計算技術(shù)開始向各種產(chǎn)品領(lǐng)域滲透，提升產(chǎn)品的智能化水平。智能產(chǎn)品數(shù)以百億，甚至千億計，產(chǎn)品計算的覆蓋范圍可以說是“無遠弗屆”，一定會給整個IT產(chǎn)業(yè)帶來巨大的變化。因此，計算技術(shù)應(yīng)用的下一個熱點，是產(chǎn)品計算。所有的產(chǎn)品都要程度不等地走向智能化，計算都有可能參與其中。這一點，跟工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的需求有很大的關(guān)系。

圖 | 計算技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展階段

現(xiàn)在的智能產(chǎn)品跟以前所謂的嵌入式系統(tǒng)功能需求還不完全一樣，主要功能體現(xiàn)在三個方面。第一個是傳感，產(chǎn)品需要能夠感受外部的情況變化，或者能夠整合產(chǎn)品內(nèi)部的數(shù)據(jù)。第二個是計算，包括產(chǎn)品本身的操作系統(tǒng)，以及產(chǎn)品使用的各種應(yīng)用系統(tǒng)。例如，從數(shù)據(jù)分析到高端計算——也就是人工智能。第三個是聯(lián)網(wǎng)，隨著全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，產(chǎn)品可能具有霧計算、邊緣計算和云計算相聯(lián)結(jié)的功能。因此新一代的智能產(chǎn)品，跟以前講的嵌入式系統(tǒng)的概念已經(jīng)大不相同。

圖 | 無處不在的智能產(chǎn)品

智能裝備是最大難點

裝備是智能制造最大的難點。生產(chǎn)裝備一般都比較復(fù)雜，而且批量可能不大，所采用的工業(yè)軟件也往往非常復(fù)雜。這使得生產(chǎn)成本很高，市場很小，因此愿意或有實力從事智能裝備制造的企業(yè)并不多。而且，由于裝備的開發(fā)周期長，導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)營的風險很大。另外，裝備制造的難點很大程度上是在軟裝備上面，即以工業(yè)軟件為代表的軟裝備，包括CAD/CAE這樣的軟件工具。沒有軟裝備，就不可能有“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”。抽去軟件，信息化的一切成果都不復(fù)存在。工業(yè)軟件首先是一個工業(yè)產(chǎn)品，而且往往是高端工業(yè)產(chǎn)品。這是中國制造2025主要的難點，而工業(yè)界對這一點的認識，還很不充分。

過程智能化

發(fā)達國家的制造業(yè)在生產(chǎn)裝備智能化這一點上，已經(jīng)非常領(lǐng)先。尤其是日本和德國，已經(jīng)基本上壟斷了全球重大制造業(yè)生產(chǎn)裝備的市場。而智能制造的下一步的發(fā)展，就是要實現(xiàn)過程的智能化，完成從裝備這個“點”向過程這條“線”的發(fā)展。

過程智能化最典型的代表，正是工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的奮斗目標。工業(yè)4.0提出，企業(yè)的信息系統(tǒng)要走向一體化，包括縱向一體化和橫向一體化?？v向一體化就是《三論智能制造》的系列之一中提到的企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)，而橫向一體化正是企業(yè)的外部網(wǎng)?，F(xiàn)在，要把內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)完全整合在一起，將數(shù)據(jù)完全打通。

圖 | 內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)的一體化

此外，要把整合之后的系統(tǒng)，打造成一個智能物理系統(tǒng)（Cyber-Physical-System, CPS）。這里的Cyber意指計算機或計算機網(wǎng)絡(luò)。在很多現(xiàn)代化企業(yè)里，不管內(nèi)部網(wǎng)或外部網(wǎng)，都還只是一個獨立的計算機網(wǎng)絡(luò)或者系統(tǒng)，或者實現(xiàn)了初步的整合。如何跟企業(yè)這個物理實體融為一體，有效地運轉(zhuǎn)，是一門大學(xué)問。美國國家科學(xué)基金（NSF）在2006年的一個報告中指出，現(xiàn)有的、工業(yè)時代發(fā)展出來的系統(tǒng)科學(xué)（包括系統(tǒng)工程理論），還不能很好地回答這類問題。他們認為，企業(yè)這個物理實體與其內(nèi)含的計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如何協(xié)同一致、高效精確的工作，如何增強這類系統(tǒng)的適應(yīng)性、自主性、功能性、可靠性、安全性、可用性和效率，將會發(fā)展成為一個新的系統(tǒng)工程學(xué)，是美國需要重點發(fā)展的前沿命題。實際上，美國關(guān)于CPS的研究報告非常多，對這個命題非常關(guān)注。

過程智能化的實現(xiàn)

工業(yè)4.0或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目標，不僅要把內(nèi)部網(wǎng)、外部網(wǎng)連起來，而且要變成一個智能物理系統(tǒng)（CPS）。二者都可以通過一個“5C（五層）”結(jié)構(gòu)來表述。

最下面一層是智慧的連接層，第二層是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息，第三層是Cyber層，是企業(yè)的云計算數(shù)據(jù)中心。在這里，需要把第二層處理所得的有效數(shù)據(jù)，與企業(yè)計算機系統(tǒng)中相對應(yīng)的期望值做對比分析。第四層是認知層，根據(jù)對比差異，找到問題之所在及解決問題的方法。因此，這一層實際上是一個決策層。第五層是配置層，可以按照決策要求，通過計算機網(wǎng)絡(luò)，對人、對物、對計算機進行重新配置或更改。這樣的一個五層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了一個標準的反饋控制系統(tǒng)，可以對企業(yè)的控制對象，即：人（員工）、機器、計算機系統(tǒng)、各種物理實體等，進行實時的反饋和控制。這樣的一個反饋系統(tǒng)，其各層次所對應(yīng)的技術(shù)支撐，如圖7所示。正是利用這些當下最時髦的先進技術(shù)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了企業(yè)整個業(yè)務(wù)活動全過程的的智能控制。

圖 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的“5C（五層）”架構(gòu)

根據(jù)這個思路，工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在2015年分別完成了系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考架構(gòu)，可以清楚地說明系統(tǒng)的要素和相互之間的關(guān)系，并提供了一個開放的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計指南”。應(yīng)該強調(diào)的是，這里說的是指南，是給出了一個大家共同努力、同向而行的方向，而不是標準。

這個架構(gòu)設(shè)計描述了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)外三層結(jié)構(gòu)。從邊緣層，到平臺層，再到企業(yè)層，如果我們把它看作是一個球體的話，外面就是設(shè)備端的邊緣層，中間是平臺層（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，主要指這一部分。當然現(xiàn)在也有將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺泛化的趨勢），最內(nèi)層是企業(yè)層。在邊緣層上主要是邊緣的網(wǎng)關(guān)，采集各種各樣的數(shù)據(jù)；送到平臺層之后，平臺層對數(shù)據(jù)做必要的處理和分析；分析完之后，再送達企業(yè)層，送到企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)。企業(yè)會根據(jù)不同的應(yīng)用做不同的分析，做出判斷和決策，將數(shù)據(jù)再往回傳送到平臺層和邊緣層，直至送達企業(yè)內(nèi)外聯(lián)接的各個部門和單位。

圖 | 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的內(nèi)外三層結(jié)構(gòu)

（來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的白皮書）

顯然，數(shù)據(jù)分析和處理在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中極為重要，包括：端點數(shù)據(jù)的獲取、從數(shù)據(jù)中提取信息的先進數(shù)據(jù)處理技術(shù)，各種決策模型的分析計算，以及系統(tǒng)結(jié)果的輸出。其中，大量使用的是計算科學(xué)的辦法：需要建模，需要算法，需要數(shù)據(jù)等等，最后產(chǎn)生的是決策數(shù)據(jù)。當然，安全、可信、隱私等，在結(jié)構(gòu)中也有詳細的考慮。

智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)在，國內(nèi)關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的概念討論很多。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，是一個以企業(yè)為中心的平臺，而不是說在整個工業(yè)行業(yè)建一個大的所謂“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺”。所謂平臺化是發(fā)展的趨勢，其實是指企業(yè)的平臺化，每一個大企業(yè)都會有自己的一個企業(yè)平臺，而不會把自己的業(yè)務(wù)搬到其他企業(yè)的平臺上去。波音的平臺不會到中航工業(yè)的平臺上，空客的平臺也不會到波音的平臺上去。如果一定要說有一個工業(yè)和產(chǎn)業(yè)共用共享的平臺，那這個平臺就是全球物聯(lián)網(wǎng)平臺（Internet of Things， IOT），它不是為哪個工業(yè)，為哪個部門而設(shè)計的，而是面向全世界各行各業(yè)乃至個人服務(wù)的全球物聯(lián)網(wǎng)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一個理想的“過程”智能化的平臺。設(shè)想非常完美，但系統(tǒng)非常復(fù)雜。在實現(xiàn)過程當中，未知數(shù)還很多，不同產(chǎn)業(yè)類別的企業(yè)平臺之間的差異也很大。例如，中航工業(yè)的平臺，幾乎不太可能拿去給中石油用，基本上要推倒重建。所以，每個企業(yè)一定要從自身的緊迫需求和實際效益出發(fā)，分步推進，絕對不能盲目跟隨，尤其考慮到當前中國制造業(yè)發(fā)展的水平和信息化的水平離國際先進水平相差仍然很大，“過程”智能化的路途還比較遙遠。

如果把智能制造的全部資源和精力都投在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上，又把平臺理解為產(chǎn)業(yè)的平臺，可能就誤判了智能制造的發(fā)展方向。當務(wù)之急，還是我們的產(chǎn)品和裝備的智能化問題，這對當下的中國來講，是智能制造的重點努力方向。

論智能制造數(shù)字轉(zhuǎn)型的三個方面

智能制造是中國制造2025的主攻方向，而企業(yè)家則是正面戰(zhàn)場的主力軍。如何實現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字轉(zhuǎn)型，是智能制造成功與否的關(guān)鍵所在。

2016年1月，世界經(jīng)濟論壇和埃森哲公司合作發(fā)表了一本白皮書《產(chǎn)業(yè)界的數(shù)字轉(zhuǎn)型（Digital Transformation）— 數(shù)字企業(yè)（Digital Enterprise）》。其中，一個最核心的觀點是，信息技術(shù)在經(jīng)濟和社會發(fā)展當中的作用，已經(jīng)從提升效率和勞動生產(chǎn)力的輔助角色，上升為基礎(chǔ)創(chuàng)新和創(chuàng)造的使能者（Enabler），演變?yōu)橹С纸?jīng)濟社會創(chuàng)新和可持續(xù)快速發(fā)展的一個主要角色。國際上許多產(chǎn)業(yè)巨頭和學(xué)者都認為，數(shù)字轉(zhuǎn)型是所謂“第四次產(chǎn)業(yè)革命”最重要的內(nèi)容之一。

長期以來，許多企業(yè)都有首席信息官CIO，但往往卻很難起到“首席”的角色。因為，信息化在企業(yè)中扮演的畢竟還是一個輔助的角色。一般的、不是有遠見卓識的企業(yè)家，很難理解規(guī)?；男畔⒒度氲降资菫榱耸裁矗軌蛄⒏鸵娪暗男Ч衷谀睦?。因為，信息化投入與一般購買或使用硬裝備（設(shè)備）的投資效果相比，表現(xiàn)的方式很不一樣。很多CIO都有“小媳婦”似的體會，感覺說服第一把手重視信息化非常困難，有吐不完的苦水?，F(xiàn)在，隨著信息化向著數(shù)字轉(zhuǎn)型的發(fā)展，這樣的時代快要結(jié)束了。企業(yè)中從事IT業(yè)務(wù)的人才，將會逐漸演變?yōu)槠髽I(yè)的主角；哪個企業(yè)如果不是IT唱主角，哪個企業(yè)就會落伍于時代，并最終被淘汰。首席信息官CIO的好日子要來了，這是正在發(fā)生巨大變革的這個時代所帶來的伴生現(xiàn)象之一。

認識全球信息化發(fā)展階段的另一個視角

理解數(shù)字轉(zhuǎn)型的意義，與一個非常重要的問題有關(guān)，那就是看待全球信息化發(fā)展階段的另一個視角。這種視角認為，全球信息化的發(fā)展歷經(jīng)了以下三個不同的階段。2012年，IBM的伯爾曼（Saul J. Berman）首先提出了數(shù)字轉(zhuǎn)型的概念；2016年，卡恩（Shahyan Khan）在他的一篇文章《數(shù)字時代的領(lǐng)導(dǎo)力——數(shù)字化對高層管理領(lǐng)導(dǎo)力的影響研究》中指出，人類擁抱數(shù)字化的進程可以分為三個階段，即：信息的數(shù)字化（Digitization），業(yè)務(wù)的數(shù)字化（Digitalization），以及數(shù)字轉(zhuǎn)型。

圖 | 數(shù)字化進程的三個階段

第一個階段，是信息數(shù)字化。這個階段解決的是信息本身的數(shù)字化問題，就是把各種不同的形態(tài)的信息，如數(shù)字、文字、語音、圖片、視頻等都。信息化的進程是從信息的數(shù)字化開始的。最初是數(shù)據(jù)、文字數(shù)字化了；隨后，隨著多媒體技術(shù)的蓬勃發(fā)展，圖片、語音和視頻的數(shù)字化也逐步實現(xiàn)。信息的數(shù)字化是信息化的起點。沒有信息的數(shù)字化，就沒有電子數(shù)字計算機的發(fā)明，就不可能利用電子數(shù)字計算機構(gòu)造各種信息系統(tǒng)和走向業(yè)務(wù)的信息化，就沒有今天信息革命所帶來的一切經(jīng)濟和社會進步。如果從1700年前后，德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨（Gottfried Leibniz）率先提出二進制數(shù)的運算法則算起，信息數(shù)字化已經(jīng)走過了300多年的歷程。目前，信息數(shù)字化還在繼續(xù)發(fā)展。

第二個階段，是業(yè)務(wù)數(shù)字化。1946年電子數(shù)字計算機的發(fā)明，開啟了當代信息革命和信息化發(fā)展的一個新時代。1951年，美國人口普查局購買了世界上第一臺商用計算機，用作普查數(shù)據(jù)的處理，開始了全球漫長的業(yè)務(wù)數(shù)字化之路。業(yè)務(wù)數(shù)字化始自企業(yè)的操作層，以財會和統(tǒng)計報表系統(tǒng)最為典型。如2013年出版的、由杰弗里·A·霍弗(Jeffrey A.Hoffer)所著的《現(xiàn)代系統(tǒng)分析與設(shè)計》一書中所述，美國第一個數(shù)字業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)的開發(fā)商是通用電氣公司（GE），它在1954年開發(fā)了第一個工資單系統(tǒng)。隨后，業(yè)務(wù)數(shù)字化逐步向管理信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)發(fā)展。此后，科學(xué)計算、業(yè)務(wù)計算、社會計算陸續(xù)成為數(shù)字計算的主要應(yīng)用領(lǐng)域。70多年來，業(yè)務(wù)數(shù)字化經(jīng)歷了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化三個臺階；三者之間彼此并不排斥，也不是“你方唱罷我登場”，而是“攜手”努力，不斷地提高業(yè)務(wù)數(shù)字化的水平。業(yè)務(wù)數(shù)字化極大地提高了全社會的勞動生產(chǎn)率和工作效率，對人類經(jīng)濟社會的發(fā)展發(fā)生了極為深刻的影響。

第三個階段，就是數(shù)字轉(zhuǎn)型。盡管前面的信息數(shù)字化和業(yè)務(wù)數(shù)字化進程都沒有結(jié)束，還在繼續(xù)發(fā)展，但是，全球信息化發(fā)展的重點已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向，進入了以數(shù)字轉(zhuǎn)型為重點的新階段，一個信息化發(fā)展的新時代已經(jīng)來臨。

數(shù)字轉(zhuǎn)型的三個方面

國民經(jīng)濟或產(chǎn)業(yè)的數(shù)字轉(zhuǎn)型，起點在于企業(yè)的數(shù)字轉(zhuǎn)型。一個傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的企業(yè)經(jīng)由數(shù)字轉(zhuǎn)型而成為數(shù)字企業(yè)，主要包含以下三個重要的方面。

首先，是業(yè)務(wù)模式（或商業(yè)模式 – Business Model）的轉(zhuǎn)型，即轉(zhuǎn)型為數(shù)字業(yè)務(wù)模式（Digital Business Model）。這是數(shù)字轉(zhuǎn)型的最基本、最核心的要義。企業(yè)家必須認識到，以往數(shù)十年成功運行的業(yè)務(wù)模式，已經(jīng)或即將被數(shù)字創(chuàng)新所摧毀，不會永遠有效。企業(yè)如果不下決心“自毀而重生”，丟棄或改造原有的非數(shù)字業(yè)務(wù)模式，努力創(chuàng)造一個適應(yīng)于數(shù)字時代的、可變的、數(shù)字業(yè)務(wù)模式，必將在未來的競爭中失敗。數(shù)字業(yè)務(wù)模式，是一個數(shù)據(jù)密集和信息技術(shù)密集的業(yè)務(wù)模式，這是智能制造所呈現(xiàn)的全新特征，企業(yè)家無可回避。如果一家機床生產(chǎn)廠在轉(zhuǎn)型前后都是只賣機床的，那么即使生產(chǎn)系統(tǒng)完全智能化了，由于業(yè)務(wù)模式?jīng)]有變，那么仍然未能完成數(shù)字轉(zhuǎn)型。

第二，是運行模式（Operational Model）的轉(zhuǎn)型，即轉(zhuǎn)型為數(shù)字運行模式（Digital Operation Model）。企業(yè)必須重新定義其基于計算機和網(wǎng)絡(luò)的運行模式，清晰地描繪業(yè)務(wù)功能、流程、與組織架構(gòu)之間的關(guān)系，在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、自動化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)企業(yè)的戰(zhàn)略和最終目標。就此而言，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和德國工業(yè)4.0將是數(shù)字企業(yè)運行模式的典型代表。

第三，是核心人才與技能（Digital Talent and Skills）的轉(zhuǎn)型，數(shù)字人才與技能，將成為企業(yè)的核心技能。在數(shù)字轉(zhuǎn)型的過程中，企業(yè)的技術(shù)專長和人才結(jié)構(gòu)將發(fā)生深刻的變化。各種數(shù)字技術(shù)，包括建模與仿真、信息網(wǎng)絡(luò)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)，將要成為企業(yè)數(shù)字人才和技能的核心，企業(yè)的人才結(jié)構(gòu)將發(fā)生深刻變化，信息化人才將占據(jù)特別重要的地位。而要實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)型，企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)層必須首先進入數(shù)字時代。德國工業(yè)4.0平臺為了輔助中小企業(yè)的數(shù)字轉(zhuǎn)型，在人才轉(zhuǎn)型方面花了非常大的精力，提供了各種指導(dǎo)手冊（如《數(shù)字人才轉(zhuǎn)型指南》）和詳細的案例。

值得注意的是，數(shù)字化轉(zhuǎn)型（Digitalization Transformation）與數(shù)字轉(zhuǎn)型（Digital Transformation）是非常不同的兩個概念。前者強調(diào)的只是一個單位的運行模式的轉(zhuǎn)型，并沒有改變企業(yè)的業(yè)務(wù)模式；而后者強調(diào)的則是一個單位的業(yè)務(wù)模式的轉(zhuǎn)型。從上面所述的、企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)型的三個方面不難看出，前者只是后者的內(nèi)涵之一。

目前，網(wǎng)上有相當多的文章將數(shù)字化轉(zhuǎn)型與數(shù)字轉(zhuǎn)型混為一談，混淆了概念，值得大家關(guān)注。二者雖然只差一個字，但卻是一個重大的概念上的差異。如果當前企業(yè)關(guān)注的還只是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的話，實際上還是把重點聚焦在了企業(yè)的運行模式上，與以前推進的企業(yè)信息化并無差異。如此，企業(yè)忽視了業(yè)務(wù)模式轉(zhuǎn)型的重要性，有可能導(dǎo)致一個重大的方向性偏差，延誤了企業(yè)轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機遇。

我國一些優(yōu)秀的企業(yè)，近年來實際上都非常重視自身的數(shù)字轉(zhuǎn)型。華為的數(shù)字轉(zhuǎn)型啟動就很早，其研發(fā)和生產(chǎn)的主要產(chǎn)品，從原來的通訊設(shè)備擴展至智能手機，就是一個重大的轉(zhuǎn)型。2010年9月，華為生產(chǎn)了中國電信首批推出的天翼3G智能手機C8500，實現(xiàn)了由CT向IT+CT的轉(zhuǎn)型。2017年，華為的手機收入為2300億，已經(jīng)占其業(yè)務(wù)總收入的1/3強?，F(xiàn)在，華為也不僅是手機生產(chǎn)商，同時還生產(chǎn)自己的IT、芯片和軟件產(chǎn)品。華為的軟件隊伍在6萬人以上，成為中國少有的、擁有龐大的軟件人才的企業(yè)，也是一個全數(shù)字的企業(yè)。

原來以空調(diào)產(chǎn)品引領(lǐng)行業(yè)的格力集團，也開始向智能裝備制造轉(zhuǎn)型。2010年，格力就向上游發(fā)展，切入模具制造。2016年3月，格力在武漢市蔡甸區(qū)投資50億元，建設(shè)“格力智能裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)園”，主要從事精密模具、高端數(shù)控機床、智能自動化設(shè)備、大型商用空調(diào)、空調(diào)壓縮機等產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，從空調(diào)設(shè)備制造向智能裝備制造轉(zhuǎn)型的目標非常明確。這與德國許多優(yōu)秀的企業(yè)，大力向上游裝備產(chǎn)品進軍以確保產(chǎn)品競爭力的思路，是非常一致的。同樣是做消費電器和空調(diào)的美的集團，也在向機器人和工業(yè)自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。美的收購了德國最大的一家機器人公司Kuka，一時驚動德國朝野上下。海爾集團也建設(shè)了面向全社會的孵化轉(zhuǎn)型平臺，實現(xiàn)用戶的全流程最佳交互、交易和交付體驗；其重點開發(fā)的COSMOPlat智能制造云平臺，實現(xiàn)制造的數(shù)字化、柔性化、智能化，力圖從傳統(tǒng)家電產(chǎn)品制造向全社會孵化創(chuàng)客平臺轉(zhuǎn)型。

中國本土企業(yè)努力實現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)型的例子還很多。顯然，很多企業(yè)，特別是大企業(yè)，已經(jīng)感覺到了當今世界正在發(fā)生的這個意義深遠的變化：只有進行數(shù)字轉(zhuǎn)型，企業(yè)才能有明媚的未來。

最后，值得一提的是，企業(yè)業(yè)務(wù)模式的數(shù)字轉(zhuǎn)型，也順應(yīng)了當前全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大勢。智能制造要求企業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型，實際上推動了企業(yè)產(chǎn)品智能化和智能產(chǎn)品的發(fā)展。只有智能化的產(chǎn)品才能夠接入全球物聯(lián)網(wǎng)，進入正在撲面而來的全球物聯(lián)網(wǎng)時代。否則，產(chǎn)品和企業(yè)就有可能被邊緣化、被淘汰。產(chǎn)品智能化和智能產(chǎn)品的發(fā)展，無疑將推動企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的數(shù)字轉(zhuǎn)型，特別是業(yè)務(wù)模式的轉(zhuǎn)型，從而在最大程度上推進全社會數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展，推動國家的經(jīng)濟和社會的數(shù)字轉(zhuǎn)型。