工业智能化：制造业的智能进级之路（附图表）

目前中国智能制造仍面临关键装备与核心零部件受制于人、中小企业难以融入智能制造浪潮、大部分企业短缺智能制造的文化内核等重大寻衅，制造业企业要顺应趋势，提前方案，明确目标，关注网络协同制造、5G等新模式、新技能带来的新机遇，以“立足当前，着眼长远”的原则，分阶段、持续性地履行智能化转型。

“作甚”智能制造

企业实现生产、管理、做事、产品智能化的全新生产办法

“智能制造”这一观点最早由美国学者P.K.Wright和D.A.Bourne在其著作《ManufacturingIntelligence》中涌现，他们将智能制造定义为机器人(行情300024,诊股)运用制造软件系统技能、集成系统工程以及机器人视觉等技能，实施批量生产的系统性过程。
工信部出台的《智能制造发展方案（2016-2020年）》中，将智能制造定义为基于新一代信息通信技能与前辈制造技能深度领悟，贯穿于设计、生产、管理、做事等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自实行、自适应等功能的新型生产办法。

艾瑞认为，智能制造是通过新一代信息技能、自动化技能、工业软件及当代管理思想在制造企业全领域、全流程的系统运用而产生的一种全新的生产办法。
智能制造的运用能够使制造业企业实现生产智能化、管理智能化、做事智能化与产品智能化。

智能制造的起源与演化

起源：数字化制造→发展：网络化制造→目标：智能化制造

智能制造代表着前辈制造技能与信息化的领悟，只管观点提出至今仅30年的韶光，但智能制造的起源可以追溯至上世纪中叶，其发展与演进可以大致分为三个阶段：从上世纪中叶到90年代中期的数字化制造，以打算、通讯和掌握运用为紧张特色；从上世纪九十年代中期发展至今的网络化制造，伴随着互联网的大规模遍及运用，前辈制造进入了以万物互联为紧张特色的网络化阶段；当前，在大数据、云打算、机器视觉等技能突飞年夜进的根本上，人工智能逐渐融入制造领域，前辈制造开始步入以新一代人工智能技能为核心的智能化制造阶段。
但受限于人工智能技能的发展水平与制造业运用尚未成熟，目前的“智能制造”还远未达到“自适应、自决策、自实行”的完备智能化阶段，智能化制造仍是未来的紧张发展目标。

中国“为何”须要智能制造

智能制造是中国制造业转型升级、提质增效的必由之路

近年来，中国的经济发展已由高速增长阶段逐步转入高质量发展阶段，政府更加关注于优化经济构造、转换增长动力。
制造业是供给侧构造性改革的紧张领域，只管束造业增加值在全国GDP总量中的比重呈低落态势，但以制造业为代表的实体经济才是中国经济高质量发展的核心支撑力量。
2015-2016年，中国制造业增加值的同比增速仅为3.5%和5.9%，质料、地皮、人力资源等生产要素本钱的不断上涨使制造业本就不高的利润率很难提升。
提高质量效益、转变生产办法是中国制造业必须要办理的问题，而发展智能制造正是中国制造由大到强的必由之路。

智能制造系统的构成要素

智能制造系统的基本构成

智能制造系统=自动扮装备+智能“神经系统”

智能制造是一种可以让企业在研发、生产、管理、做事等方面变得更加“聪明”的方法，我们可以把制造智能化理解为企业在引入数控机床、机器人等生产设备并实现生产自动化的根本上，再搭建一套精密的“神经系统”。
智能“神经系统”以ERP（企业资源操持系统）、MES（生产过程实行系统）等管理软件组成中枢神经，以传感器、嵌入式芯片、RFID标签、条码等组件为神经元，以PLC（可编程逻辑掌握器）为链接掌握神经元的突触，以现场总线、工业以太网、NB-IoT等通信技能为神经纤维。
企业能够借助完善的“神经系统”感知环境、获取信息、通报指令，以此实现科学决策、智能设计、合理排产，提升设备利用率，监控设备状态，辅导设备运行，让自动化生产设备如臂使指。

智能制造系统的整体架构

智能制造要素是构建智能制造系统的基本组成单位

中国制造业企业智能化路径剖析

实现路径千差万别，总体思路可以总结

制造业企业智能化不存在“放之四海而皆准”的普适路径。
艾瑞认为，制造业企业实现智能化要从自身的核心痛点出发，在合理且有延续性的整体方案与顶层设计的根本上，沿着智能制造要素→智能制造能力→智能制造系统的发展方向，分阶段且持续性的获取智能制造要素，建立、完善、扩展企业在研发设计、生产制造、物流仓储、订单获取、产品做事等各个环节的“智造能力”，终极形成完全、高效、科学的智能制造系统。

本部分对制造业企业生产活动中各个环节的六种范例智能制造能力从预期收益、履行难度、本钱低落、资金投入、韶光跨度五个维度进行剖析评价，并以此为根本提出智能化路径示例。

数字化设计

缩短研发周期、降落研发本钱、对接制造环节

数字化设计是智能制造系统的源头，是企业实现数字化、智能化道路上必须冲要破的关键点。
制造业中的设计包括产品设计、工艺设计、工艺优化、样品制造、检测考验等一系列过程。
传统的研发设计流程因此模块分立形式，按照顺序完成开拓，产品开拓周期长且质量得不到担保。
而数字化设计借助打算机赞助设计软件（CAX）、三维设计与建模工具等技能能够授予企业将研发过程全面数字化、模型化，实现研发设计流程的高度集成、协同与领悟，大幅缩短产品开拓周期，降落开拓风险和开拓用度。

目前CAX类软件在海内制造业企业中已有一定程度运用根本，但从发展趋势及与智能制造系统的契合程度来看，第三代产品设计措辞MBD（基于模型的设计）技能将成为数字化设计的主武器，MBD的运用将打通数字化设计与数字化制造，使三维模型成为制造的唯一数据源，让产品模型在全体生命周期得到充分利用。

智能制造单元

提升设备利用率带动企业加快生产节奏，增加产出与效益

智能制造单元是针对离散加工现场，将一组能力附近的加工设备和赞助设备进行模块化、集成化、一体化的聚合，使其具备多品种少批量产品的生产输出能力。
对付离散制造领域的中小型企业来说，打造智能制造单元是开启智能化道路行之有效的切入点，其最大的浸染在于提升设备开动率，加快生产节奏，“大略粗暴”的通过增加产出来提升企业收益。

奇步自动化掌握设备有限公司推出的“智造单元”是智能制造单元的成熟范式之一。
“智造单元”是一种模块化的小型数字化工厂实践，全体单元由自动化模块、信息化模块和智能化模块三部分组成，以“最小的数字化工厂”实现企业在多品种小批量乃至单件自动化的生产智能化。

生产全过程数字化

打通数据→整合优化→互联互通→降本增效

生产全过程数字化是将“人、机、料、法、环”五个层面的数据连接、领悟并形成一个完全的闭环系统，通过对生产全过程数据的采集、传输、剖析、决策，优化资源动态配置，提升产品质量管控。
生产全过程数字化须要企业在职员配备、自动扮装备、设备连接、环境感知等各方面具备良好的根本，即前文中提到的智能“神经系统”包含的要素必须完好。
在此根本上，生产全过程数字化的重点事情是打通各种数据流，包括从生产操持莅临盆实行（ERP与MES）的数据流、MES与掌握设备和监视设备之间的数据流、现场设备与掌握设备之间的数据流。
有条件的企业可以自主研发或委托开拓生产数字化集成平台，将不同生产环节的设备、软件和职员无缝地集成为一个协同事情的系统，实现互联、互通、互操作。

智能物流仓储系统

让统统物理实体流动起来，节省空间、韶光与人力资源

物流仓储是制造业中极为主要的一环，如果说通信网络是智能制造系统的神经纤维，那么物流仓储则可视为智能制造系统的血管。
智能物流仓储系统的运用能够使原材料、赞助物料、在制品、制成品等物理工具在各个生产工序间顺畅流转，并通过提升仓库货位利用效率、提高仓储作业的灵巧性与准确性、合理掌握库存总量、降落物流仓储职员需求数量等办法大幅压缩物流仓储本钱。

智能物流仓储系统只管不直接参与产品的生产，但作为全体智能制造系统中的主要子系统，其组成架构也与之类似，分为设备层、操作层、企业层，设备层包括仓储设备、物流设备、识别设备；操作层由WMS、WCS、TMS等软件构成；企业层则对接ERP、CRM、SCM等管理软件的采购、操持、库存、发货等模块，融入总系统的闭环中。

大规模定制平台

打造向大规模定制转型的入口，提升品牌代价与用户粘性

发卖是所有企业的核心业务之一，智能制造系统中的发卖智能化除了运用CRM等软件管理发卖业务外，更为主要的是在订单获取层面发挥浸染。
在当前个性化需求日益兴旺的环境下，企业通过建立定制平台，能够将用户提前引入到产品的设计、生产过程中，通过差异化的定制参数、柔性化的生产，使个性化需求得到快速实现，以此提升品牌代价，增加用户粘性。
与之相匹配的，企业应将定制平台与智能制造系统中的研发设计、操持排产、制造实行等模块实现协同与集成，实现从线上用户定制方案，到线下柔性化生产的全定制过程；在企业后台建立个性化产品数据库，运用大数据技能对用户的个性化需求特色进行挖掘和剖析，并反馈到研发设计部门，优化产品及工艺，基于用户需求新趋势开展研发活动。

产品远程运维做事

以智能化做事拓展商业模式，推动代价链向后延伸

智能制造视角下的产品做事是借助云做事、数据挖掘和智能剖析等技能，捕捉、剖析产品信息，更加主动、精准、高效的给用户供应做事，推动企业代价链向后延伸。
远程运维做事即是范例的制造企业智能化做事模式，企业利用物联网、云打算、大数据等技能对生产并已投入利用的智能产品的设备状态、作业操作、环境情形等维度的数据进行采集、筛选、剖析、储存和管理，基于上述数据的剖析结果为用户供应产品的日常运行掩护、预测性掩护、故障预警、诊断与修复、运行优化、远程升级等做事。

远程运维做事可以有效降落设备故障率，提升设备利用率与利用寿命，既能减轻制造商的包袱，又能显著提升产品代价。
远程运维对付企业产品的智能化程度哀求较高，产品必须配备开放的数据接口，具备数据采集、通信模块；企业还需建立远程运维做事前端平台与后端数据中央，采集产品数据并基于大数据剖析与打算，向用户供应增值做事。

落地基石——整体方案与顶层设计

办理“我是谁，我在哪，我要干什么”三大问题

智能制造系统的整体方案与顶层设计是制造业企业正式踏上智能化道路的第一步，企业在这一环节要为“我是谁、我在哪、我要干什么”三大问题探求答案：首先要明确“我是谁”，详细扫描企业自身的核心竞争力、运营情形、财务状况、职员配备、组织架构等根本条件；而后通过智能制造能力成熟度模型等工具进行智能程度自评与诊断，理解企业缺失落的智能制造要素、已具备和尚未具备的智能制造能力，精准定位企业目前所处的智能化阶段，搞清楚“我在哪”；在回答了前两个问题的根本上，以企业发展的核心痛点为切入点，以获取关键“智造能力”为阶段性目标，以搭建完全、高效、科学的智能制造系统为发展方向，按照统一架构和统一标准方案设计智能制造系统总体履行方案及核心要素能力办理方案，确保企业在智能化之路上知道“我要干什么”。

智能化路径示例No.1

破解“多品种、小批量”困局——智造单元+智能物流仓储

Alpha公司是一家生产发动机连杆的汽车配件厂商，随着业务的发展和客户的增加，Alpha公司的产品线不断拓展，生产车间由3个增加至10个。
生产规模扩大、产品种类增加给Alpha公司带来了设备利用率不敷、交货期难以担保、物料及在制品积压严重等一系列问题，亟需智能化转型来应对生产经营中的重重寻衅，保持竞争活力。

智能化路径示例No.2

以产品差异化突出重围——数字化设计+大规模定制平台

Beta公司是一家机器键盘生产厂商，近年来游戏市场的持续火爆带动机械键盘市场的新进玩家数量激增，为应对激烈的市场竞争，拓展商业模式，提升品牌代价，Beta公司准备由批量化生产向大规模定制模式转型。

智能化路径示例No.3

捉住产品后市场的广阔空间——PLM+智能远程运维做事

Gamma公司是一家紧张从事高端农业机器研发制造的大型装备制造企业，Gamma公司在企业计策探索过程中，确立了以研发生产智能化产品、为客户供应智能远程运维做事作为企业的未来发展方向。

中国智能制造的寻衅与发展趋势

中国智能制造面临的寻衅

关键装备、核心零部件受制于人，短期内难以实现国产替代

我国近90%的芯片、70%的工业机器人、80%的高档数控机床和80%以上的核心工业软件依赖入口。
这造成海内制造业企业智能化改造本钱居高不下，严重制约我国智能制造的整体进展。
以工业机器人为例，中国已经连续六年景为工业机器人第一消费大国，2017年中国工业机器人销量达到了13.8万台，环球占比达到36%。
而个中仅有3.5万台是由海内工业机器人制造商生产，国产率仅为25.2%，比2016年的31%还低落了近6个百分点。
由此可见，中国制造业企业在提升自动化水平时优先选取的是选购国外品牌的工业机器人，国产机器人只管发展较快，但短韶光内难以知足智能制造的需求。

小微企业难以融入智能化发展浪潮

在全国规模以上工业企业中，84.2%的企业属于小型企业，规模以下（年主营业务收入2000万元以下）尚有200余万家小微企业。
广大小微企业是制造业的根基，其智能化水平很大程度上影响着中国智能制造工程的履行效果。
然而从《中国制造2025》计策提出以来，由于自有资金不敷、信息化根本薄弱、缺少干系人才等多方面成分的影响，大部分中国制造业小微企业只能倾慕大企业申请智能制造试点示范项目、围不雅观大企业开展轰轰烈烈的智能化改造，自己却难以融入智能制造的发展浪潮。
比较于大中型企业，小微企业的智能化之路面临更大的试错本钱和不可控风险，稍有不慎就会危及生存。

中国智能制造未来的发展趋势

流程领域有望率先实现智能化

智能制造系统是一个覆盖设计、物流、仓储、生产、检测等生产全过程的极其繁芜的巨系统，企业要搭建一个完全的智能制造系统，最困难也是最核心的部分便是生产过程数字化。
尤其是对付生产工艺繁芜、原材料及原器件种类繁多的离散制造领域，产品每每由多个零部件经由一系列不连续的工序装置而成，其过程包含很多变革和不愿定成分，在一定程度上增加了离散型制造生产组织的难度和配套繁芜性，要做莅临盆全程数字化、可视化、透明化殊为不易。

与离散领域显著不同的是，流程领域的生产流程实质上是连续的，被加工处理的工质不论是产生物理变革还是化学变革，其过程不会中断，而且每每是处于密闭的管道或容器中，生产工艺相对大略，生产流程清晰连贯，生产全过程数字化难度相对较低。
流程领域企业接下来要做的是在全面贯通整合各阶段数据的根本上，利用人工智能的深度学习、强化学习（紧张是动态方案方法）进行实时数据剖析和实时决策，并进一步将智能系统延伸至供应链、生产后做事等各个环节，终极实现全面智能化。

供应链协同倒逼家当链上游企业“上马”智能制造

制造业企业智能化的动力本源是相应市场需求，这点在消费品制造领域尤为明显，乘用车、家电、3C、服装、医药、食品等直接面向消费者的制造业企业搭建智能制造系统的紧张目的即是实现高度柔性生产，快速、准确地实现消费者对产品的个性化、定制化需求。
如果我们把视角向上推，对付原材料工业和装备工业的企业而言，智能化浪潮前沿的消费品制造厂商即是他们的市场所在，要跟上客户多品种、小批量的生产节奏，就一定要大幅提升自身的产品创新能力、快速交货能力以及连续补货能力。
快速变革的市场需求从消费端沿着家当链不断向上传导，下贱企业生产办法的颠覆与创新迫使上游供应商融入智能化浪潮，智能制造倒逼机制就此形成。
在这种倒逼机制的浸染下，家当链上游企业要主动适应变革，实现柔性生产，基于供应商先期参与思维，通过网络协同制造确立竞争上风，否则将面临被市场淘汰的风险。