“智慧工厂”：实现“中国制造2025”的关键路径

    随着“互联网+”浪潮的到来，“工业4.0”开启了全球企业竞争的新阶段。“工业4.0”战略将深刻变革工业生产方式和重塑先进制造业竞争格局。《中国制造2025》是中国版的“工业4.0”规划，中国工程院院士周济表示，“中国制造2025”的核心是创新驱动发展，主攻方向是实现制造业智能制造，最终实现制造业数字化、网络化、智能化。有专家认为，实现中国制造2025的关键是要打造智慧工厂，那么中国制造企业该如何应对，如何打造具有中国特色的“智慧工厂（SmartFactory）”，让我们听一听《智慧工厂：中国制造业探索实践》一书所探索的答案。

    “智慧工厂”是在制造业一系列科学管理实践的基础上，深度融合自动化技术、信息通信技术和智能科学技术，结合数据、信息和知识建立更具竞争力的新一代制造业企业及其生态系统。智慧工厂以创造全新客户价值和最佳用户体验为宗旨，覆盖了广泛的协作网络和知识集合。智慧工厂构建的工业制造系统、全周期的系统架构、信息网络的集成、关键和使能技术，以及对装备制造和终端制造的变革将是中国中小企业实现“中国制造2025”的关键。

    首先是互联的工业制造系统。实现“中国制造2025”的基础之一是建立一个人、机器、资源互联互通的网络化系统，智慧工厂将实现物联网、互联网、服务化的智能联的工业制造系统框架，在这个框架内，各种终端设备、应用软件之间的数据信息交换、识别、处理、维护等基于一套标准化的体系。让系统制造商以最低的成本和环境影响生产高附加值系统；让系统使用者以更短的交付时间生产高附加值、高技术含量的定制化产品，包括柔性制造系统、低成本制造系统、节能制造系统、嵌入产品的关键技术。

    其实是全周期的系统架构。“智慧工厂”实现的从工厂运行到供应链能够全生命周期地虚拟跟踪资本资产、工艺和资源，最终建立柔性、敏捷和创新的制造环境，绩效和效率都是最优化的，业务和制造都是高效协同运行的，具体包括：（1）面向智能制造的工业界建模与仿真平台：智能制造的大规模使用需要模型和计算平台向众多用户开放，提供轻松访问的同时保护知识产权。这些功能包括所有关键绩效指标以及企业范围数据的集成。（2）工业数据收集与管理系统：数据需要使用高效、标准化的方法收集、存储、分析和传送，高效且经济地管理和使用数据，这需要开发相容的数据方法以及新的收集体系结构，这一体系结构使用综合传感器网络并简化数据传输。（3）企业范围集成系统即商务系统、制造工厂和供应商的集成：包括横跨制造工厂、企业和工业界的众多业务和管理职能，将集成业务规划和制造决策将极大增加各种资源使用中的生产率和效率。

    再者是集成的信息网络。智慧工厂的信息资源要素是数据、信息和知识，每个企业需要找到一条路径，逐步转型以数据、信息和知识作为核心竞争力。智慧工厂信息网络集成包括：（1）装备的横向集成，包括智能装备内部自动化系统的网络化即生产线上装备与装备之间的联网，也包括生产线和生产线之间、车间和车间之间、工厂和工厂之间的联网，这是实现智慧工厂的物理基础。（2）信息的纵向集成，指主要设备互操作性和关键信息一致性得到解决，采用统一的数据库和软件平台对装备资产数据和生产过程数据进行初步的管理，数据或信息可以自上而下和自下而上有效流动，从而为下一步的大数据分析和高级智能决策奠定内容基础。（3）产品生命周期和企业价值链集成，首先，把装备产品的概念设计、创新研发、生产制造、安装调试、运维升级、报废拆解直至进入再循环的整个生命周期集成起来；其次，将产品制造企业的分析需求、获取订单、供应链和制造、物流交付、获取收入、售后服务直至获取新的订单的整个循环集成起来。

    再有就是关键技术和使能技术。智慧工厂首先应该是数字化工厂，即在工程技术维度、生产制造维度以及生产供应和销售维度全面实现了数字化的基础上，再进一步发展为实现了工程技术智能化、生产制造智能化以及生产供应和销售智能化的工厂模式。

    智慧化工的关键技术列举如下：渗透在生产制造和管理各个环节中的IT技术及其集成，包括工业物联网实践技术，分布式云计算的工业实现，基于Web2.0的工业互联网技术，物理信息融合系统的工业实践等；垂直集成和横向集成的工业通信技术，包括基于互联、互操作的设备集成工业以太网整合技术，机器与机器之间的通信（M2M），基于OPCUA的垂直集成语义互操作性的实现技术等；软件技术，包括面向分布式自动化的各类高效可靠的模块化软件开发平台，应用于分布式自动化中的SOA和多智能系统的软件技术等；下一代工业辅助系统技术，包括基于增强实境技术的先进工业辅助系统、机器人和操作员协同等。

    那什么是智慧工厂的使能技术呢？

    在建设智慧工厂中已经可以用的使能技术（enabledtechnolo⁃gies），划分为两类：

    立即就可使用的技术，例如PLCopen开发的运动控制规范、IEC61131-3的XML Scheme、IEC61131-3的OPCUA信息模型及Server功能块规范和Client功能块规范；基本可用，但还需要作适应性的开发或标准化，例如MES、SDN（SoftwareDefinition Net⁃working）、工业物联网。

    还在开发中的使能技术，也可以划分为两类：需要总体规划和顶层设计、且涉及面极广的使能技术，例如标准化，横向集成、端对端集成、纵向集成；需要按行业进行集成整合的使能技术，例如语义可互操作性。

    最后是装备制造和终端制造的变革。智慧工厂面向装备制造业和终端制造业两类对象。对装备制造业来说，总目标是实现装备电子化、数字化、网络化，并进一步实现智能化、知识化和服务化。除了常规性的要求如性能、功能、效率、质量、成本、工艺，智慧工厂更加强调采用从概念—创新—虚拟仿真—快速原型的正向研发流程；新一代装备制造业应着重机电一体化水平、智能化、能效管理、安全集成、信息集成等方面，并在多个方面符合相应的国际和国家标准。对终端制造业来说，其总目标是实现精益制造和敏捷制造，开始由资源驱动型向信息驱动型转变。智慧工厂的核心特征还体现在横向的装备集成、系统能效管理、物理/功能/信息安全、预测性维护、设备互操作性和关键信息一致性、信息纵向集成等方面。

    《智慧工厂：中国制造业探索实践》一书阐述了“智慧工厂”以人为中心的价值网络和以装备为中心的制造网络的横向集成，实现了数据和信息自下而上和自上而下的纵向穿透集成，实现了产品和装备全生命周期和企业完整价值链的深度集成。智慧工厂是继自动化工厂、数字化工厂、智能化工厂之后，现代制造业企业发展的新的高级阶段，是中国制造业实现转型升级的必由之路；尽管不同区域、不同行业、不同企业间存在明显的差异，企业家们都能够在智慧工厂框架体系中找到自己的发展方向和路径，而这条路径是看得见、摸得着和可操作的；通过底层设备的互联互通、基于大数据分析的决策支持、可视化展现等技术手段，实现智能化生产过程的管理与控制，最终建设成涵盖智能生产和数字化生产的智慧工厂，这就是中国中小制造企业实现“中国制造2025”的突破口与落脚点。

    《智慧工厂：中国制造业探索实践》（“工业控制与智能制造丛书”之一），彭瑜等编著，机械工业出版社2016年1月，49.00元