每一次技術(shù)變革都會(huì)帶來(lái)制造業(yè)的不斷升級(jí)。

工業(yè)革命1.0階段，蒸汽機(jī)技術(shù)的發(fā)明，推動(dòng)人類進(jìn)入機(jī)械化生產(chǎn)時(shí)期。人們通過(guò)操控機(jī)器代替手工生產(chǎn)，突破了體力上的局限，實(shí)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(shù)驅(qū)動(dòng)工廠大規(guī)模生產(chǎn)，推動(dòng)社會(huì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，制造業(yè)進(jìn)入自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)期。人們通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，可以遠(yuǎn)程操控機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率得到進(jìn)一步提升。與此同時(shí)，人們?cè)诠芾砗椭贫壬系膭?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(zhì)量在這一時(shí)期得到大幅改善，消費(fèi)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(hào)的汽車品牌開始紛紛涌現(xiàn)。

當(dāng)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(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等為代表的數(shù)智技術(shù)逐漸走向成熟，引領(lǐng)制造業(yè)再次升級(jí)，人與機(jī)器之間的交互，從體力上的協(xié)同升級(jí)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(shí)期，技術(shù)的革新不僅帶來(lái)生產(chǎn)效率的提升，還將進(jìn)一步提高供需之間的適配性，即通過(guò)數(shù)智技術(shù)對(duì)供給側(cè)的改革，以滿足需求側(cè)個(gè)性化和求新求變的消費(fèi)趨勢(shì)，為用戶帶來(lái)更好的消費(fèi)體驗(yàn)。

國(guó)別的差異

在新舊動(dòng)能交替之際，主要國(guó)家都將制造業(yè)升級(jí)作為戰(zhàn)略重心和博弈焦點(diǎn)，智能制造成為主要抓手，從國(guó)家到企業(yè)紛紛謀篇布局，相繼出臺(tái)政策方針、實(shí)施規(guī)劃，希望通過(guò)數(shù)智技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用提升制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)水平，克服逐漸上漲的人力成本，將制造業(yè)留在本國(guó)的同時(shí)，保持自身制造業(yè)優(yōu)勢(shì)。

但由于各國(guó)制造業(yè)基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)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(guó)自二戰(zhàn)后面臨制造業(yè)空心化問(wèn)題，通過(guò)發(fā)展智能制造引領(lǐng)制造業(yè)復(fù)興是美國(guó)的主要訴求。而美國(guó)制造業(yè)信息化全球領(lǐng)先，尤其在工業(yè)軟件和互聯(lián)網(wǎng)方面獨(dú)占鰲頭，因此其戰(zhàn)略重點(diǎn)主要關(guān)注生產(chǎn)設(shè)計(jì)、服務(wù)等價(jià)值鏈環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)智能設(shè)備與軟件的集成和大數(shù)據(jù)分析。

德國(guó)工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域全球領(lǐng)先，精密制造能力強(qiáng)，高端裝備可靠性水平高，國(guó)家戰(zhàn)略著眼通過(guò)CPS（Cyber-Physical Systems，信息物理系統(tǒng)）推進(jìn)智能制造，希望通過(guò)數(shù)字化創(chuàng)新與工業(yè)制造的融合發(fā)展來(lái)鞏固、捍衛(wèi)國(guó)家工業(yè)技術(shù)主權(quán)。

日本制造業(yè)注重提高產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)創(chuàng)新，牢牢占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈高端位置。由于日本社會(huì)面臨老齡化和少子化問(wèn)題，發(fā)展智能制造主要以解決問(wèn)題為導(dǎo)向，戰(zhàn)略側(cè)重引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)智能化成果融入到社會(huì)生活的方方面面，以此來(lái)支撐日本社會(huì)的結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)型，打造“超智慧社會(huì)”。

中國(guó)近年來(lái)從頂層規(guī)劃到行動(dòng)計(jì)劃，不斷發(fā)布各種利好政策來(lái)推動(dòng)智能制造發(fā)展，背后的驅(qū)動(dòng)力主要源自供給側(cè)問(wèn)題和需求側(cè)變化兩大因素。

從供給側(cè)看，中國(guó)制造雖體量大，但在長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)中卻面臨“大而不強(qiáng)”的現(xiàn)實(shí)局面，具體體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

一是中國(guó)制造綜合成本的相對(duì)優(yōu)勢(shì)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?cè)容^25家出口經(jīng)濟(jì)體的制造業(yè)成本指數(shù)顯示，中國(guó)制造業(yè)綜合成本已與美國(guó)基本相當(dāng)。

二是中國(guó)產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題較為嚴(yán)重。根據(jù)專家測(cè)算，中國(guó)產(chǎn)能利用效率低于79%-83%的正常值范圍，反映出中國(guó)供需兩側(cè)適配度有待提升，整體生產(chǎn)效率較低的現(xiàn)狀。

三是中國(guó)制造業(yè)主要處于低利潤(rùn)率的加工制造環(huán)節(jié)，技術(shù)含量和附加值不高，亟待向產(chǎn)業(yè)鏈高端升級(jí)；同時(shí)，由于產(chǎn)業(yè)鏈上游的基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵元器件、先進(jìn)基礎(chǔ)工藝和產(chǎn)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)較為缺失，產(chǎn)業(yè)缺乏自上而下自主化體系，在國(guó)際局勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜、不確定因素增加的大環(huán)境下，產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定正面臨挑戰(zhàn)。

四是中國(guó)制造業(yè)發(fā)展對(duì)能源資源依賴度較高，過(guò)往粗放型生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的破壞性較大。據(jù)世界銀行2017年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)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(guó)碳排放總量70%以上，面臨主動(dòng)控制碳排放和2030碳達(dá)峰的新形勢(shì)，制造業(yè)未來(lái)發(fā)展將受能源環(huán)境要素的約束越來(lái)越緊。

從需求側(cè)看，消費(fèi)市場(chǎng)呈現(xiàn)不可逆的兩大趨勢(shì)：一是用戶越來(lái)越重視消費(fèi)體驗(yàn)和產(chǎn)品服務(wù)、強(qiáng)調(diào)個(gè)性化需求，驅(qū)動(dòng)制造企業(yè)生產(chǎn)方式向定制化方向轉(zhuǎn)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(yīng)市場(chǎng)瞬息變化趨勢(shì)。

整體上看，在供給側(cè)上所積累的各種問(wèn)題以及需求側(cè)的變化趨勢(shì)，都是驅(qū)動(dòng)中國(guó)大力發(fā)展智能制造的主要?jiǎng)恿?，這和其他國(guó)家智能制造戰(zhàn)略的核心訴求形成本質(zhì)區(qū)別。

五大核心價(jià)值

從驅(qū)動(dòng)因素出發(fā)，中國(guó)發(fā)展智能制造具有五大核心價(jià)值。

一是降低制造企業(yè)的綜合成本。例如，通過(guò)機(jī)器代人或人機(jī)協(xié)同方式提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減少人工成本；利用視覺(jué)算法等手段提升檢測(cè)一致性和穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品不良品率，減少因質(zhì)量問(wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失；物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)應(yīng)用加速產(chǎn)融結(jié)合，精準(zhǔn)刻畫企業(yè)經(jīng)營(yíng)行為、評(píng)估企業(yè)資產(chǎn)狀況，為供應(yīng)鏈企業(yè)提供更低價(jià)格的信貸資金；依據(jù)市場(chǎng)數(shù)據(jù)反饋合理安排要素投入，減少物料浪費(fèi)，或施行智能庫(kù)存管理來(lái)降低倉(cāng)儲(chǔ)成本等。

二是提質(zhì)增效。例如，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)代替經(jīng)驗(yàn)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(xué)高效排產(chǎn)，提高設(shè)備利用率；集成數(shù)智技術(shù)提高生產(chǎn)執(zhí)行精度，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

三是減少能源資源消耗。例如，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)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(shè)備或解決方案替換落后產(chǎn)能和生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

四是提升用戶體驗(yàn)。例如，數(shù)智技術(shù)應(yīng)用打通產(chǎn)業(yè)鏈上下游，實(shí)現(xiàn)需求端與設(shè)計(jì)端、制造端的直接對(duì)接，對(duì)復(fù)雜的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確把握市場(chǎng)機(jī)會(huì)，快速進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)敏捷制造和精益生產(chǎn)，響應(yīng)市場(chǎng)變化和用戶個(gè)性化需求；通過(guò)在價(jià)值鏈各個(gè)環(huán)節(jié)增加與用戶交互節(jié)點(diǎn)，鼓勵(lì)用戶全程參與產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程，為用戶的最佳體驗(yàn)不斷迭代產(chǎn)品，提升產(chǎn)品附加價(jià)值；基于產(chǎn)品智能化，通過(guò)與環(huán)境、用戶交互，產(chǎn)品可自動(dòng)回傳運(yùn)行和環(huán)境數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析，為用戶提供遠(yuǎn)程的預(yù)防性運(yùn)維服務(wù)。

五是重塑生產(chǎn)方式。數(shù)智技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的融合應(yīng)用，將會(huì)帶來(lái)生產(chǎn)模式的創(chuàng)新和變革，推動(dòng)傳統(tǒng)制造企業(yè)，從大規(guī)模生產(chǎn)向定制化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，企業(yè)從單純的制造商向服務(wù)端衍生。價(jià)值創(chuàng)造過(guò)程也將從傳統(tǒng)單向鏈?zhǔn)竭^(guò)程轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同共創(chuàng)模式。

智能制造核心特征

對(duì)于制造業(yè)而言，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是利用數(shù)智技術(shù)進(jìn)行全方位、全周期、全鏈條的改造過(guò)程。以智能制造為主攻方向，通過(guò)深化數(shù)智技術(shù)在產(chǎn)品、生產(chǎn)、管理和服務(wù)等諸多環(huán)節(jié)的應(yīng)用，與制造技術(shù)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(luò)化、智能化步伐，不斷釋放數(shù)智技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，是現(xiàn)代制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效、綠色發(fā)展的重要途徑。

數(shù)智技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的智能制造主要表現(xiàn)為兩大核心特征：一是虛實(shí)融合，二是網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同。

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

回溯工業(yè)革命發(fā)展歷程，在機(jī)械化生產(chǎn)時(shí)期，信息技術(shù)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(shí)期，機(jī)器大規(guī)模生產(chǎn)拓展了實(shí)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(shù)發(fā)展以及在制造領(lǐng)域的深入應(yīng)用，相對(duì)于物理空間中的實(shí)體要素外，信息/數(shù)據(jù)作為新生產(chǎn)要素，在企業(yè)活動(dòng)中扮演越來(lái)越重要的角色。

在自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)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(gè)機(jī)械零部件之上，從而形成依附于設(shè)備的“封閉式”信息空間，通過(guò)對(duì)信息要素的采集、計(jì)算，進(jìn)而操控物理空間中相連機(jī)器部件的自動(dòng)化運(yùn)作。

進(jìn)入智能制造時(shí)期，數(shù)智技術(shù)應(yīng)用將不同物理空間的實(shí)體要素在同一信息空間進(jìn)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(shí)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(shí)合一的制造系統(tǒng)，并通過(guò)統(tǒng)一“軟件”平臺(tái)進(jìn)行要素資源的動(dòng)態(tài)配置。

這里需要強(qiáng)調(diào)的是，由于人工智能技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)器算法將替代人的決策過(guò)程，形成對(duì)資源、能源、時(shí)間等生產(chǎn)要素的動(dòng)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(duì)傳統(tǒng)制造具備自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行和自適應(yīng)能力。

特征之二的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，即通過(guò)建立統(tǒng)一“對(duì)話”標(biāo)準(zhǔn)，打通分散于不同層級(jí)、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(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)制造各層級(jí)（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(lái)說(shuō)，一是通過(guò)打通企業(yè)層、執(zhí)行層、設(shè)備層的縱向數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)研發(fā)數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、制造設(shè)備的實(shí)時(shí)傳遞和處理，企業(yè)內(nèi)部不同系統(tǒng)層級(jí)間無(wú)縫連接，推動(dòng)企業(yè)的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)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(wù)數(shù)據(jù)共享，使得包括研發(fā)設(shè)計(jì)、物料采購(gòu)、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷銷售、物流倉(cāng)儲(chǔ)、產(chǎn)品服務(wù)等環(huán)節(jié)中每個(gè)企業(yè)組織，都可以根據(jù)全產(chǎn)業(yè)鏈的共享信息進(jìn)行資源調(diào)配、方案優(yōu)化，靈活組織生產(chǎn)去迎合市場(chǎng)變化，縮短產(chǎn)品制造和創(chuàng)新周期。

通過(guò)縱向和橫向數(shù)據(jù)打通，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備、車間、工廠、流程、物料、人員乃至產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)的全面互聯(lián)，使得價(jià)值傳遞過(guò)程從傳統(tǒng)制造單向鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)向并發(fā)式協(xié)同，通過(guò)實(shí)時(shí)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(jìn)行資源動(dòng)態(tài)配置和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，從而最大限度地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制。

基于兩大核心特征，我們?cè)偃ダ斫馄髽I(yè)智能制造的系統(tǒng)架構(gòu)。

底層的虛實(shí)融合，即是通過(guò)信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，將包括制造載體和制造過(guò)程在內(nèi)的物理空間所有生產(chǎn)要素、供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)、工藝流程、管理活動(dòng)等進(jìn)行數(shù)字化，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接和傳輸匯聚到統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)之上，再結(jié)合智能化分析技術(shù)深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，對(duì)內(nèi)賦能諸如能源、資源、供應(yīng)鏈、訂單等企業(yè)內(nèi)部管理平臺(tái)，提高企業(yè)管理和運(yùn)營(yíng)效率；對(duì)外可以通過(guò)工業(yè)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)面向第三方開發(fā)者開放，結(jié)合應(yīng)用端需求進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用定制化開發(fā)，也可以將企業(yè)能力/資源經(jīng)過(guò)沉淀后，以工業(yè)服務(wù)微組件庫(kù)形式開放給諸如金融機(jī)構(gòu)、物流、電商等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)使用，通過(guò)協(xié)同合作方式提高整體產(chǎn)業(yè)的資源配置效率，響應(yīng)終端用戶需求變化。