对智能制造内涵系统思考

对智能制造内涵的系统思考

当前，智能制造成为业界关注的热点。2015年，工信部批准了46个智能制造试点示范项目和94个智能制造专项，发布了国家智能制造标准体系建设指南（2015版），很多企业跃跃欲试，希望通过推进智能制造实现“少人化”，降低成本，灵活应对市场变化，更好地满足客户需求。

那么，智能制造究竟是什么？包含哪些范畴？目前业界还没有达成共识，不同背景的专家给出的解释往往大相径庭，很多概念满天飞，容易让制造企业无所适从。因此，我想站在制造企业的角度，来系统地分析一下这个问题，希望能够起到正本清源的作用。可以肯定的是，智能制造的“制造”二字，是广义的，指的是“manufacturing”，不仅仅是指生产（Production）。

与智能制造相关的概念很多。列举如下：

•数字化制造（Digital Manufacturing）：这是一种软件技术，指的是通过仿真软件对产品的加工与装备过程，以及车间的设备布局、物流、人机工程等进行仿真，目前主要的软件包括西门子的Tecnomatix和达索系统的Delmia。在CIMdata对PLM的定义中，DM属于其中一个领域。

•数字化工厂（Digital Factory）：数字化工厂指的是从产品研发、工艺、制造、质量和内部物流等与产品制造价值链相关的各个环节都基于数字化软件和自动化系统进行支撑，能够实现实时的数据采集和分析。这个概念西门子采用较多，西门子有一个数字化工厂集团，专门提供相关的产品和解决方案。西门子成都电子工厂也被称为数字化工厂，该工厂已经广泛应用了RFID、机器视觉，实现了工控产品的混流生产。数字化工厂一个重要的标志，是需要MES（制造执行系统）软件、WMS（仓储管理系统）软件的支撑。

•智能工厂（Smart Factory）: 智能工厂目前没有统一一致的定义。按照业务流程专家Scheer教授的观点，工业4.0的最底层叫做Real time smart factory。我认为，智能工厂相对于数字化工厂而言，主要强调生产数据、计量数据、质量数据的采集的自动化，不需要人工录入信息，能够实现对采集数据的实时分析，实现PDCA循环。SAP有一个MII系统（制造集成与智能），可以实现对工厂数据的多维度分析。

业务流程管理专家Scheer教授对智能工厂的解读

关于智能制造，我认为其内涵是实现整个制造业价值链的智能化和创新，是信息化与工业化深度融合的进一步提升。智能制造融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术。智能制造包括开发智能产品；应用智能装备；自底向上建立智能产线，构建智能车间，打造智能工厂；践行智能研发；形成智能物流和供应链体系；开展智能管理；推进智能服务；最终实现智能决策。目前智能制造的“智能”还处于Smart的层次，智能制造系统具有数据采集、数据处理、数据分析的能力，能够准确执行指令，能够实现闭环反馈；而智能制造的趋势是真正实现“Intelligent”，智能制造系统能够实现自主学习、自主决策，不断优化。

智能制造的金字塔

在智能制造的金字塔中，智能产品与智能服务可以帮助企业带来商业模式的创新；智能装备、智能产线、智能车间到智能工厂，可以帮助企业实现生产模式的创新；智能研发、智能管理、智能物流与供应链则可以帮助企业实现运营模式的创新；而智能决策则可以帮助企业实现科学决策。智能制造的十项技术之间是息息相关的，制造企业应当渐进式、理性地推进这十项智能技术的应用。以下对这些技术一一进行解读。

1. 智能产品（Smart Product）：

智能产品通常包括机械、电气和嵌入式软件，具有记忆、感知、计算和传输功能。典型的智能产品包括智能手机、智能可穿戴设备、无人机、智能汽车、智能家电、智能售货机等，包括很多智能硬件产品。智能装备也是一种智能产品。企业应该思考如何在产品上加入智能化的单元，提升产品的附加值。比如在工程机械上添加传感器，可以对产品进行定位和关键零部件的状态监测，为实现智能服务打下基础。

智能汽车

2. 智能服务（Smart Service）：

基于传感器和物联网（IoT），可以感知产品的状态，从而进行预防性维修维护，及时帮助客户更换备品备件，甚至可以通过了解产品运行的状态，帮助客户带来商业机会。还可以采集产品运营的大数据，辅助企业进行市场营销的决策。此外，企业通过开发面向客户服务的APP，也是一种智能服务的手段，可以针对企业购买的产品提供有针对性的服务，从而锁定用户，开展服务营销。全球PLM 领导厂商之一，美国PTC公司斥巨资进军物联网和服务生命周期管理领域，成为智能服务领域的领军企业之一。而智能服务最著名的案例，莫过于美国GE公司将卖发动机转为卖飞行小时的服务。

物联网驱动智能服务的案例

3. 智能装备（Smart Equipment）：

制造装备经历了机械装备到数控装备，目前正在逐步发展为智能装备。智能装备具有检测功能，可以实现在机检测，从而补偿加工误差，提高加工精度，还可以对热变形进行补偿。以往一些精密装备对环境的要求很高，现在由于有了闭环的检测与补偿，可以降低对环境的要求。智能装备一个最基本的要求，就是要提供开放的数据接口，能够支持设备联网，国外叫做M2M（机器与机器互联）。三维打印机本质上是一种数控装备，还不是智能装备。

日本MAZAK的智能机床配备了针对加工热变位、切削震动、机床干涉、主轴监测、维护保养、工作台动态平衡性及语音导航等智能化功能，可以自行监控机床运转状态，并进行自主反馈，从而大幅度提高机床运行效率及安全性。典型的智能制造装备还融合了自动化上下料的装备，一些装备制造企业还提供专用的CAM软件，例如HOMAG(豪迈)集团的木工加工中心。DMG MORI（德玛吉森精机）推出最新的复合加工中心LaserTec65已经融合了增材制造和切削加工（减材制造），可以通过激光堆焊的增材制造工艺快速制造毛坯。Trumpf(通快集团)的激光切割加工中心可以实现三维切割，多台激光加工中心可以共享激光源。这些都属于智能装备。对于工业机器人，如果是单纯按照固定指令执行喷涂、搬运、焊接等工艺的机器人，还不能称为智能装备。但是如果具有了机器视觉，能够准确