智能制造實(shí)現(xiàn)路徑

智能制造是基于新一代信息技術(shù)的先進(jìn)制造過(guò)程、系統(tǒng)與模式的總稱。智能制造貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

智能制造的最終實(shí)現(xiàn)需要經(jīng)歷不同的發(fā)展階段，每個(gè)發(fā)展階段均要實(shí)現(xiàn)智能制造所需要的核心能力，目前主要可以分為自動(dòng)化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個(gè)階段。

首先，在智能制造的整個(gè)過(guò)程中需要將智能裝備(包括但不限于機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化集成裝備、3D打印等)通過(guò)通信技術(shù)有機(jī)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，其次，通過(guò)各類感知技術(shù)收集生產(chǎn)過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)，并利用各類系統(tǒng)優(yōu)化軟件等信息化手段提供生產(chǎn)方案，再通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段實(shí)現(xiàn)設(shè)備及數(shù)據(jù)間的互聯(lián)互通，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方案智能化。

隨著新一代信息技術(shù)和制造業(yè)的深度融合，我國(guó)智能制造發(fā)展取得明顯成效，以高檔數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、智能儀器儀表為代表的關(guān)鍵技術(shù)裝備取得積極進(jìn)展。

智能制造裝備和先進(jìn)工藝在重點(diǎn)行業(yè)不斷普及，離散型行業(yè)制造裝備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化步伐加快，流程型行業(yè)過(guò)程控制和制造執(zhí)行系統(tǒng)全面普及，關(guān)鍵工藝流程數(shù)控化率大大提高；在典型行業(yè)不斷探索、逐步形成了一些可復(fù)制推廣的智能制造新模式，為深入推進(jìn)智能制造初步奠定了一定的基礎(chǔ)。

但目前我國(guó)制造業(yè)尚處于機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化、數(shù)字化并存，不同地區(qū)、不同行業(yè)、不同企業(yè)發(fā)展不平衡的階段。發(fā)展智能制造面臨關(guān)鍵共性技術(shù)和核心裝備受制于人，智能制造標(biāo)準(zhǔn)/軟件/網(wǎng)絡(luò)/信息安全基礎(chǔ)薄弱，智能制造新模式成熟度不高，系統(tǒng)整體解決方案供給能力不足，缺乏國(guó)際性的行業(yè)巨頭企業(yè)和跨界融合的智能制造人才等突出問(wèn)題。

信息化是智能制造的關(guān)鍵，工業(yè)軟件是核心

制造業(yè)整體上可以分為研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)三大環(huán)節(jié)，每一環(huán)節(jié)產(chǎn)生相應(yīng)的價(jià)值。

過(guò)去人們?cè)阎圃鞓I(yè)定義為：“通過(guò)加工把原材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的工業(yè)”，產(chǎn)出物是產(chǎn)品，其增值主要在加工過(guò)程中得以體現(xiàn)，即在20世紀(jì)中早期，制造業(yè)的主要價(jià)值體現(xiàn)在加工制造環(huán)節(jié)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇和產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，產(chǎn)品研發(fā)、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和服務(wù)的增值作用明顯提高，制造業(yè)的產(chǎn)出正在從單一產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)榘a(chǎn)品在內(nèi)的服務(wù)和解決方案。

因此，新制造業(yè)已經(jīng)成為同時(shí)對(duì)物質(zhì)、信息和知識(shí)進(jìn)行處理的產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)價(jià)值曲線已經(jīng)發(fā)生了變化。

根據(jù)“微笑曲線”理論，產(chǎn)品生產(chǎn)制造中各個(gè)環(huán)節(jié)的附加值可以被描述成一個(gè)開(kāi)口向上的拋物線，用來(lái)描述產(chǎn)品制造流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的附加價(jià)值?！拔⑿η€”其實(shí)就是“附加價(jià)值曲線”，企業(yè)可通過(guò)向“微笑曲線”的兩端滲透來(lái)創(chuàng)造更多的價(jià)值。

隨著科技進(jìn)步，制造業(yè)不斷升級(jí)，處于價(jià)值鏈的的兩端的研發(fā)和銷(xiāo)后服務(wù)增值越來(lái)越大，而傳統(tǒng)制造業(yè)作為勞動(dòng)密集型的中間制造、裝配環(huán)節(jié)不但技術(shù)含量低、利潤(rùn)空間小，而且市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，容易被成本更低的同行所替代，成為整個(gè)價(jià)值鏈條中最不賺錢(qián)的部分。

中國(guó)制造業(yè)目前仍處在微笑曲線底部區(qū)間，未來(lái)如何提升在全球制造業(yè)價(jià)值鏈中的地位是中國(guó)制造業(yè)企業(yè)面臨的首要問(wèn)題。

制造業(yè)信息化將信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，可以改善制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、管理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)的創(chuàng)新能力，降低消耗，帶動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具的創(chuàng)新、企業(yè)管理模式的創(chuàng)新、制造技術(shù)的創(chuàng)新以及企業(yè)間協(xié)作關(guān)系的創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過(guò)程控制的智能化、制造裝備的數(shù)控化以及咨詢服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，全面提升我國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著國(guó)家兩化深度融合水平的進(jìn)一步提高，中國(guó)制造業(yè)信息化迎來(lái)一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。ERP、MES、DNC、MDC、PDM、Tracker等先進(jìn)信息化管理系統(tǒng)已經(jīng)在制造企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，如通過(guò)供應(yīng)鏈管理(SCM)使得供應(yīng)商可以參與產(chǎn)品的制造和運(yùn)輸，通過(guò)客戶關(guān)系管理(CRM)和產(chǎn)品生命周期管理(PLM)使得客戶能夠參與所買(mǎi)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，并可能使企業(yè)為客戶解決產(chǎn)品使用、維護(hù)和廢棄處理的各種問(wèn)題，通過(guò)企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)準(zhǔn)確反映生產(chǎn)過(guò)程的物料供應(yīng)情況、工作進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量，通過(guò)連續(xù)的信息流，加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部各部門(mén)之間的協(xié)作。上述各類信息化管理系統(tǒng)正在不斷加快制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

實(shí)現(xiàn)制造業(yè)信息化是提升中國(guó)制造業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，其中上述如MES、CAM、ERP等工業(yè)軟件是制造業(yè)信息化的核心。工業(yè)軟件是指在工業(yè)領(lǐng)域里應(yīng)用的軟件，包括系統(tǒng)、應(yīng)用、中間件、嵌入式等，通常工業(yè)軟件被劃分為編程語(yǔ)言、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和介于這兩者之間的中間件。

其中系統(tǒng)軟件為計(jì)算機(jī)使用提供最基本的功能，但是并不針對(duì)某一特定應(yīng)用領(lǐng)域，而應(yīng)用軟件則根據(jù)用戶和所服務(wù)的領(lǐng)域提供不同的功能。

工業(yè)軟件一般按照應(yīng)用分為研發(fā)設(shè)計(jì)類、生產(chǎn)調(diào)度和過(guò)程控制類、業(yè)務(wù)管理類三大領(lǐng)域，具有分析、計(jì)劃、配置、分工等功能，能夠從機(jī)器、車(chē)間、工廠層面提升企業(yè)生產(chǎn)效率、促進(jìn)資源配置優(yōu)化、提升生產(chǎn)線協(xié)同水平，對(duì)工業(yè)化與信息化融合、數(shù)字世界與物理世界融合有舉足輕重的作用。

a、研發(fā)設(shè)計(jì)類——以產(chǎn)品生命周期管理(PLM)為例：

PLM軟件可以讓企業(yè)高效且經(jīng)濟(jì)地管理一個(gè)產(chǎn)品的生命周期，從產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)與制造，一直到服務(wù)和退市處理。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)和制造過(guò)程通過(guò)PLM無(wú)縫地集成在一起。PLM與SCM、ERP分別從不同維度出發(fā)，PLM從時(shí)間的維度看世界，并且偏重于產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面，與MES層相互連接，是數(shù)字化工廠的需求源頭。

PLM產(chǎn)品構(gòu)成包括三類：(1)CAx類產(chǎn)品，包括集中于創(chuàng)建3D幾何圖形、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)形成的CAD軟件，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行場(chǎng)景建模，數(shù)值分析的CAE軟件，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過(guò)程模擬軟件CAM。(2)cPDM產(chǎn)品，這類軟件是協(xié)同產(chǎn)品定義管理軟件，在產(chǎn)品全生命周期體系下，存儲(chǔ)和檢索產(chǎn)品和產(chǎn)品數(shù)據(jù)；(3)數(shù)字化制造車(chē)間，主要用于計(jì)劃和模擬整個(gè)制造過(guò)程。

b、生產(chǎn)調(diào)度和過(guò)程控制類——以制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)為例：

MES(manufacturing execution system，制造執(zhí)行系統(tǒng))是1990年美國(guó)先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì)旨在加強(qiáng)MRP計(jì)劃的執(zhí)行功能提出的概念，AMR對(duì)MES的概念表述如下：“MES是在公司的整個(gè)資源按其經(jīng)營(yíng)目標(biāo)進(jìn)行管理時(shí)，為公司提供實(shí)現(xiàn)執(zhí)行目標(biāo)的執(zhí)行手段，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)連接基本信息系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)和工廠的實(shí)際數(shù)據(jù)，并提供業(yè)務(wù)計(jì)劃系統(tǒng)與制造控制系統(tǒng)之間的通信功能?！?/p>

MES可以概括為一個(gè)宗旨―制造怎樣執(zhí)行，兩個(gè)核心數(shù)據(jù)庫(kù)―實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，兩個(gè)通信接口―與控制層接口和與業(yè)務(wù)計(jì)劃層接口，四個(gè)重點(diǎn)功能―生產(chǎn)管理、工藝管理、過(guò)程管理和質(zhì)量管理。MES是從工單、生產(chǎn)、設(shè)備管理、保養(yǎng)、質(zhì)量管制到出入庫(kù)、進(jìn)出貨等整合的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備層直接進(jìn)行管控，是一個(gè)制造形態(tài)工廠的核心。

c、業(yè)務(wù)管理類——以企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)(ERP)為例：

ERP—Enterprise Resource Planning企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)，是指建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)化的管理思想，為企業(yè)決策層及員工提供決策運(yùn)行手段的管理平臺(tái)。

ERP系統(tǒng)集中信息技術(shù)與先進(jìn)的管理思想于一身，成為現(xiàn)代企業(yè)的運(yùn)行模式，反映時(shí)代對(duì)企業(yè)合理調(diào)配資源，最大化地創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富的要求，成為企業(yè)在信息時(shí)代生存、發(fā)展的基石