每一次技術變革都會帶來制造業(yè)的不斷升級。

工業(yè)革命1.0階段，蒸汽機技術的發(fā)明，推動人類進入機械化生產(chǎn)時期。人們通過操控機器代替手工生產(chǎn)，突破了體力上的局限，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的大幅提升。

工業(yè)革命2.0階段，電力技術驅動工廠大規(guī)模生產(chǎn)，推動社會生產(chǎn)效率空前提升。人類歷史上第一次解決了供需之間在數(shù)量上的矛盾，最典型的案例即福特汽車全球首創(chuàng)流水線生產(chǎn)模式，讓更多的人（平民階層）擁有了一輛黑色T型汽車。

工業(yè)革命3.0階段，隨著通訊和計算機技術的發(fā)展，制造業(yè)進入自動化生產(chǎn)時期。人們通過計算機編程，可以遠程操控機器自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率得到進一步提升。與此同時，人們在管理和制度上的創(chuàng)新和精益求精，以日本提出“精益生產(chǎn)”理念為代表，使得產(chǎn)品質量在這一時期得到大幅改善，消費端產(chǎn)品形態(tài)也更加豐富多元。馬路上奔馳的不再是千篇一律的黑色汽車，更多款式、更多型號的汽車品牌開始紛紛涌現(xiàn)。

當前，我們正在步入工業(yè)革命4.0階段，以5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等為代表的數(shù)智技術逐漸走向成熟，引領制造業(yè)再次升級，人與機器之間的交互，從體力上的協(xié)同升級為腦力（決策）上的協(xié)同，從而邁向智能化生產(chǎn)階段。

這一時期，技術的革新不僅帶來生產(chǎn)效率的提升，還將進一步提高供需之間的適配性，即通過數(shù)智技術對供給側的改革，以滿足需求側個性化和求新求變的消費趨勢，為用戶帶來更好的消費體驗。

國別的差異

在新舊動能交替之際，主要國家都將制造業(yè)升級作為戰(zhàn)略重心和博弈焦點，智能制造成為主要抓手，從國家到企業(yè)紛紛謀篇布局，相繼出臺政策方針、實施規(guī)劃，希望通過數(shù)智技術創(chuàng)新和應用提升制造業(yè)競爭水平，克服逐漸上漲的人力成本，將制造業(yè)留在本國的同時，保持自身制造業(yè)優(yōu)勢。

但由于各國制造業(yè)基礎和優(yōu)勢不同，在發(fā)展智能制造的核心訴求和戰(zhàn)略重心上各有差異。

美國自二戰(zhàn)后面臨制造業(yè)空心化問題，通過發(fā)展智能制造引領制造業(yè)復興是美國的主要訴求。而美國制造業(yè)信息化全球領先，尤其在工業(yè)軟件和互聯(lián)網(wǎng)方面獨占鰲頭，因此其戰(zhàn)略重點主要關注生產(chǎn)設計、服務等價值鏈環(huán)節(jié)，強調智能設備與軟件的集成和大數(shù)據(jù)分析。

德國工業(yè)自動化領域全球領先，精密制造能力強，高端裝備可靠性水平高，國家戰(zhàn)略著眼通過CPS（Cyber-Physical Systems，信息物理系統(tǒng)）推進智能制造，希望通過數(shù)字化創(chuàng)新與工業(yè)制造的融合發(fā)展來鞏固、捍衛(wèi)國家工業(yè)技術主權。

日本制造業(yè)注重提高產(chǎn)品質量和技術創(chuàng)新，牢牢占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈高端位置。由于日本社會面臨老齡化和少子化問題，發(fā)展智能制造主要以解決問題為導向，戰(zhàn)略側重引導產(chǎn)業(yè)智能化成果融入到社會生活的方方面面，以此來支撐日本社會的結構化轉型，打造“超智慧社會”。

中國近年來從頂層規(guī)劃到行動計劃，不斷發(fā)布各種利好政策來推動智能制造發(fā)展，背后的驅動力主要源自供給側問題和需求側變化兩大因素。

從供給側看，中國制造雖體量大，但在長期競爭中卻面臨“大而不強”的現(xiàn)實局面，具體體現(xiàn)在以下四個方面：

一是中國制造綜合成本的相對優(yōu)勢正逐漸變小。除用工成本外，能源使用成本、土地成本、融資成本都在不斷上漲。波士頓咨詢曾比較25家出口經(jīng)濟體的制造業(yè)成本指數(shù)顯示，中國制造業(yè)綜合成本已與美國基本相當。

二是中國產(chǎn)能過剩問題較為嚴重。根據(jù)專家測算，中國產(chǎn)能利用效率低于79%-83%的正常值范圍，反映出中國供需兩側適配度有待提升，整體生產(chǎn)效率較低的現(xiàn)狀。

三是中國制造業(yè)主要處于低利潤率的加工制造環(huán)節(jié)，技術含量和附加值不高，亟待向產(chǎn)業(yè)鏈高端升級；同時，由于產(chǎn)業(yè)鏈上游的基礎材料、關鍵元器件、先進基礎工藝和產(chǎn)業(yè)技術基礎較為缺失，產(chǎn)業(yè)缺乏自上而下自主化體系，在國際局勢錯綜復雜、不確定因素增加的大環(huán)境下，產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈穩(wěn)定正面臨挑戰(zhàn)。

四是中國制造業(yè)發(fā)展對能源資源依賴度較高，過往粗放型生產(chǎn)對環(huán)境的破壞性較大。據(jù)世界銀行2017年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，中國單位GDP能耗約為世界平均水平的1.53倍，其中工業(yè)制造占全國碳排放總量70%以上，面臨主動控制碳排放和2030碳達峰的新形勢，制造業(yè)未來發(fā)展將受能源環(huán)境要素的約束越來越緊。

從需求側看，消費市場呈現(xiàn)不可逆的兩大趨勢：一是用戶越來越重視消費體驗和產(chǎn)品服務、強調個性化需求，驅動制造企業(yè)生產(chǎn)方式向定制化方向轉變；二是用戶求新求快的需求變化要求制造企業(yè)縮短產(chǎn)品創(chuàng)新和制造周期，敏捷響應市場瞬息變化趨勢。

整體上看，在供給側上所積累的各種問題以及需求側的變化趨勢，都是驅動中國大力發(fā)展智能制造的主要動力，這和其他國家智能制造戰(zhàn)略的核心訴求形成本質區(qū)別。

五大核心價值

從驅動因素出發(fā)，中國發(fā)展智能制造具有五大核心價值。

一是降低制造企業(yè)的綜合成本。例如，通過機器代人或人機協(xié)同方式提高勞動生產(chǎn)效率，減少人工成本；利用視覺算法等手段提升檢測一致性和穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品不良品率，減少因質量問題造成的經(jīng)濟損失；物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術應用加速產(chǎn)融結合，精準刻畫企業(yè)經(jīng)營行為、評估企業(yè)資產(chǎn)狀況，為供應鏈企業(yè)提供更低價格的信貸資金；依據(jù)市場數(shù)據(jù)反饋合理安排要素投入，減少物料浪費，或施行智能庫存管理來降低倉儲成本等。

二是提質增效。例如，數(shù)據(jù)驅動代替經(jīng)驗判斷，全面優(yōu)化生產(chǎn)流程，改善制造工藝，提高生產(chǎn)效率；科學高效排產(chǎn)，提高設備利用率；集成數(shù)智技術提高生產(chǎn)執(zhí)行精度，確保產(chǎn)品質量。

三是減少能源資源消耗。例如，通過物聯(lián)網(wǎng)連接設備，可以實時在線監(jiān)測和控制能源和資源使用情況，提高能源資源利用效率；利用智能化節(jié)能減排設備或解決方案替換落后產(chǎn)能和生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

四是提升用戶體驗。例如，數(shù)智技術應用打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游，實現(xiàn)需求端與設計端、制造端的直接對接，對復雜的市場動態(tài)進行數(shù)據(jù)分析和預測，準確把握市場機會，快速進行產(chǎn)品創(chuàng)新，實現(xiàn)敏捷制造和精益生產(chǎn)，響應市場變化和用戶個性化需求；通過在價值鏈各個環(huán)節(jié)增加與用戶交互節(jié)點，鼓勵用戶全程參與產(chǎn)品生產(chǎn)過程，為用戶的最佳體驗不斷迭代產(chǎn)品，提升產(chǎn)品附加價值；基于產(chǎn)品智能化，通過與環(huán)境、用戶交互，產(chǎn)品可自動回傳運行和環(huán)境數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析，為用戶提供遠程的預防性運維服務。

五是重塑生產(chǎn)方式。數(shù)智技術和先進制造技術的融合應用，將會帶來生產(chǎn)模式的創(chuàng)新和變革，推動傳統(tǒng)制造企業(yè)，從大規(guī)模生產(chǎn)向定制化生產(chǎn)轉變，企業(yè)從單純的制造商向服務端衍生。價值創(chuàng)造過程也將從傳統(tǒng)單向鏈式過程轉向網(wǎng)絡化協(xié)同共創(chuàng)模式。

智能制造核心特征

對于制造業(yè)而言，數(shù)字化轉型是利用數(shù)智技術進行全方位、全周期、全鏈條的改造過程。以智能制造為主攻方向，通過深化數(shù)智技術在產(chǎn)品、生產(chǎn)、管理和服務等諸多環(huán)節(jié)的應用，與制造技術雙向融合，加快企業(yè)以及產(chǎn)業(yè)層面的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化步伐，不斷釋放數(shù)智技術的應用價值，是現(xiàn)代制造業(yè)實現(xiàn)高質、高效、綠色發(fā)展的重要途徑。

數(shù)智技術驅動下的智能制造主要表現(xiàn)為兩大核心特征：一是虛實融合，二是網(wǎng)絡化協(xié)同。

特征之一的虛實融合，即物理空間在信息空間的完全映射，信息在兩個空間中交互和融合，由統(tǒng)一“軟件”平臺協(xié)調和安排資源、能源、時間的最優(yōu)分配，并在反饋中不斷升級。

回溯工業(yè)革命發(fā)展歷程，在機械化生產(chǎn)時期，信息技術尚未出現(xiàn)，所有生產(chǎn)要素都集中在物理空間中發(fā)生；到電氣化生產(chǎn)時期，機器大規(guī)模生產(chǎn)拓展了實體要素發(fā)生的物理空間，從小作坊變成了大工廠。

伴隨信息技術發(fā)展以及在制造領域的深入應用，相對于物理空間中的實體要素外，信息/數(shù)據(jù)作為新生產(chǎn)要素，在企業(yè)活動中扮演越來越重要的角色。

在自動化生產(chǎn)時期，傳感器、控制器（PLC）和執(zhí)行器形成緊耦合的控制信息環(huán)，系統(tǒng)性地部署在各個機械零部件之上，從而形成依附于設備的“封閉式”信息空間，通過對信息要素的采集、計算，進而操控物理空間中相連機器部件的自動化運作。

進入智能制造時期，數(shù)智技術應用將不同物理空間的實體要素在同一信息空間進行“全要素”映射和重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生體，從而實現(xiàn)物理空間和信息空間在更廣范圍、更深層次的交互融合，創(chuàng)造出虛實合一的制造系統(tǒng)，并通過統(tǒng)一“軟件”平臺進行要素資源的動態(tài)配置。

這里需要強調的是，由于人工智能技術的應用，機器算法將替代人的決策過程，形成對資源、能源、時間等生產(chǎn)要素的動態(tài)配置，并在數(shù)據(jù)反饋中不斷優(yōu)化算法精度，提升決策水平，即智能制造系統(tǒng)相對傳統(tǒng)制造具備自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行和自適應能力。

特征之二的網(wǎng)絡化協(xié)同，即通過建立統(tǒng)一“對話”標準，打通分散于不同層級、環(huán)節(jié)、組織的“數(shù)據(jù)孤島”，讓數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)間自由流動，從而實現(xiàn)企業(yè)制造各層級（縱向），及產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)（橫向）的互聯(lián)互通和協(xié)同化生產(chǎn)。

具體來說，一是通過打通企業(yè)層、執(zhí)行層、設備層的縱向數(shù)據(jù)鏈，實現(xiàn)研發(fā)數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)向生產(chǎn)現(xiàn)場、制造設備的實時傳遞和處理，企業(yè)內(nèi)部不同系統(tǒng)層級間無縫連接，推動企業(yè)的精細化運營和柔性化生產(chǎn)。

二是橫向打通企業(yè)內(nèi)部以及產(chǎn)業(yè)鏈上下游不同企業(yè)間的業(yè)務數(shù)據(jù)共享，使得包括研發(fā)設計、物料采購、生產(chǎn)制造、營銷銷售、物流倉儲、產(chǎn)品服務等環(huán)節(jié)中每個企業(yè)組織，都可以根據(jù)全產(chǎn)業(yè)鏈的共享信息進行資源調配、方案優(yōu)化，靈活組織生產(chǎn)去迎合市場變化，縮短產(chǎn)品制造和創(chuàng)新周期。

通過縱向和橫向數(shù)據(jù)打通，最終實現(xiàn)設備、車間、工廠、流程、物料、人員乃至產(chǎn)業(yè)鏈價值鏈各個節(jié)點的全面互聯(lián)，使得價值傳遞過程從傳統(tǒng)制造單向鏈式轉向并發(fā)式協(xié)同，通過實時數(shù)據(jù)感知、傳送、分析和處理，圍繞用戶需求和產(chǎn)品全生命周期，進行資源動態(tài)配置和網(wǎng)絡化協(xié)同，從而最大限度地實現(xiàn)個性化定制。

基于兩大核心特征，我們再去理解企業(yè)智能制造的系統(tǒng)架構。

底層的虛實融合，即是通過信息基礎設施的建設，將包括制造載體和制造過程在內(nèi)的物理空間所有生產(chǎn)要素、供應鏈環(huán)節(jié)、工藝流程、管理活動等進行數(shù)字化，并通過網(wǎng)絡連接和傳輸匯聚到統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺之上，再結合智能化分析技術深度挖掘數(shù)據(jù)價值，對內(nèi)賦能諸如能源、資源、供應鏈、訂單等企業(yè)內(nèi)部管理平臺，提高企業(yè)管理和運營效率；對外可以通過工業(yè)應用開發(fā)平臺面向第三方開發(fā)者開放，結合應用端需求進行工業(yè)應用定制化開發(fā)，也可以將企業(yè)能力/資源經(jīng)過沉淀后，以工業(yè)服務微組件庫形式開放給諸如金融機構、物流、電商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)使用，通過協(xié)同合作方式提高整體產(chǎn)業(yè)的資源配置效率，響應終端用戶需求變化。