工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能工廠
點(diǎn)擊：1742 發(fā)布時(shí)間：2016-03-05
為了應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，我國(guó)相繼出臺(tái)了一系列規(guī)劃——《中國(guó)制造2025》、互聯(lián)網(wǎng)+行動(dòng)計(jì)劃、大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等。這些規(guī)劃都有一個(gè)共同的指向——制造業(yè)要走向智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化，企業(yè)要邁向智能工廠。
智能制造是歷史發(fā)展必然
制造業(yè)走向智能工廠這是中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然，是企業(yè)獲取可持續(xù)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必然。
中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然。中國(guó)工業(yè)自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，在全球產(chǎn)業(yè)鏈分工中處于價(jià)值鏈的的低端，經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期依賴投資、出口拉動(dòng)。隨著土地、勞動(dòng)力、原材料、燃料動(dòng)力等要素成本的全面、快速上升，中國(guó)傳統(tǒng)比較優(yōu)勢(shì)將逐步削弱。
根據(jù)2015年8月美國(guó)波士頓咨詢公司對(duì)世界主要國(guó)家制造業(yè)成本競(jìng)爭(zhēng)力的分析(同時(shí)考慮人工成本、生產(chǎn)效率、匯率變動(dòng))，中國(guó)2004年平均每小時(shí)工資4.35美元，2014年上升到12.47美元，上升了2.9倍。同期中國(guó)成本競(jìng)爭(zhēng)力比美國(guó)下降了10個(gè)百分點(diǎn)。中國(guó)制造業(yè)資源環(huán)境的壓力突出，傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)展模式不可持續(xù)，亟待形成新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。信息化和工業(yè)化兩化融合，發(fā)展智能制造，走新型工業(yè)化道路是中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必然。
科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然。信息技術(shù)特別是信息通信技術(shù)的發(fā)展，深刻地改變了人們的生產(chǎn)方式、生活方式、社會(huì)形態(tài)�；ヂ�(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，使得信息物理系統(tǒng)CPS應(yīng)運(yùn)而生，它將物理世界與信息世界融合在一起，掀起了新一輪的工業(yè)革命。如今，智能手機(jī)、智能可穿戴設(shè)備、智能汽車、智能家居、智慧城市……像颶風(fēng)一樣席卷全球，發(fā)展智能制造是技術(shù)發(fā)展的必然。
社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。隨著世界人口老齡化進(jìn)程的加快，勞動(dòng)力短缺現(xiàn)象從發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家、再向欠發(fā)達(dá)國(guó)家蔓延。隨著中國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，廣大農(nóng)村受教育水平的提高，從事簡(jiǎn)單勞動(dòng)和重體力勞動(dòng)的人越來(lái)越少，招工難將成為常態(tài)。發(fā)展智能制造是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。
獲取可持續(xù)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的必然。企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)是人才、技術(shù)、成本的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)同行在智能工廠里，以高效率、高柔性的裝備，以精益的管理，快速響應(yīng)客戶個(gè)性化的需求，提供貼心周到的服務(wù)、低成本的產(chǎn)品的時(shí)候，傳統(tǒng)的企業(yè)將面臨生存危機(jī)。企業(yè)為了獲取可持續(xù)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)必須建造智能工廠。
離散制造業(yè)智能工廠總體框架
一個(gè)離散制造業(yè)的智能工廠的總體框架，是在信息物理融合系統(tǒng)的支持下，由智能設(shè)計(jì)、智能產(chǎn)品、智能經(jīng)營(yíng)、智能制造、智能服務(wù)、智能決策六個(gè)部分組成。通過(guò)企業(yè)信息門戶實(shí)現(xiàn)與供應(yīng)商、客戶、合作伙伴的橫向集成，以及企業(yè)內(nèi)部的縱向集成。要做到這些集成，首先要有一系列標(biāo)準(zhǔn)的支持和信息安全的保障。
2015年7月1日，《國(guó)務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)"互聯(lián)網(wǎng)+"行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”的目標(biāo)：
第一,到2018年，互聯(lián)網(wǎng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域的融合發(fā)展進(jìn)一步深化，基于互聯(lián)網(wǎng)的新業(yè)態(tài)成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力，互聯(lián)網(wǎng)支撐大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的作用進(jìn)一步增強(qiáng)，互聯(lián)網(wǎng)成為提供公共服務(wù)的重要手段，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)協(xié)同互動(dòng)的發(fā)展格局基本形成 。
第二,到2025年，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化、協(xié)同化的“互聯(lián)網(wǎng)+”產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本完善，“互聯(lián)網(wǎng)+”新經(jīng)濟(jì)形態(tài)初步形成，“互聯(lián)網(wǎng)+”成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力量。
《指導(dǎo)意見(jiàn)》提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”的十一項(xiàng)重點(diǎn)行動(dòng)：“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新、“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造、“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源、“互聯(lián)網(wǎng)+”普惠金融、“互聯(lián)網(wǎng)+”益民服務(wù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”高效物流、“互聯(lián)網(wǎng)+”電子商務(wù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通、“互聯(lián)網(wǎng)+”綠色生態(tài)、“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能。
互聯(lián)網(wǎng)+行動(dòng)計(jì)劃包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，與智能工廠最緊密的是：“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造、“互聯(lián)網(wǎng)+”電子商務(wù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能。該行動(dòng)計(jì)劃的提出，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同制造新模式。在重點(diǎn)領(lǐng)域推進(jìn)智能制造、大規(guī)模個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造和服務(wù)型制造，打造一批網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造公共服務(wù)平臺(tái)，加快形成制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。這些都為制造業(yè)未來(lái)發(fā)展指明了方向。我們可以從信息物理融合系統(tǒng)CPS、協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同供應(yīng)鏈、協(xié)同生產(chǎn)、企業(yè)電子商務(wù)、協(xié)同服務(wù)等諸方面進(jìn)行分析。
互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造
今天的世界是協(xié)同、創(chuàng)新、智能的時(shí)代。充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與外部世界的協(xié)同創(chuàng)新是增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的重要手段。協(xié)同制造就是充分利用Internet技術(shù)為特征的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈內(nèi)及跨供應(yīng)鏈間的企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理和商務(wù)等的合作，最終通過(guò)改變業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)模式與方式達(dá)到資源最充分利用的目的。它強(qiáng)調(diào)企業(yè)間的協(xié)同。協(xié)同制造是基于敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、全球制造的生產(chǎn)模式，它打破時(shí)間、空間的約束，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使整個(gè)供應(yīng)鏈上的企業(yè)和合作伙伴共享客戶、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)信息。從傳統(tǒng)的串行工作方式，轉(zhuǎn)變成并行工作方式，從而最大限度縮短新品上市時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期，快速響應(yīng)客戶需求，提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的柔性。通過(guò)面向工藝的設(shè)計(jì)、面向生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、面向成本的設(shè)計(jì)、供應(yīng)商參與設(shè)計(jì)，大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平和可制造性、成本的可控性。它有利于降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，提高質(zhì)量，提高客戶滿意度。協(xié)同制造的總體框架，是在協(xié)同平臺(tái)的支持下，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同供應(yīng)鏈、協(xié)同生產(chǎn)、協(xié)同服務(wù)。
協(xié)同制造將傳統(tǒng)的客戶需求、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造、銷售、售后服務(wù)這種串行工作方式在一系列信息系統(tǒng)的支持下，變成一個(gè)同心圓。讓任何客戶需求的變動(dòng)、設(shè)計(jì)變更、工藝變更，迅速在供應(yīng)鏈上做出快速響應(yīng)。要實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的協(xié)同，離不開(kāi)信息物理融合系統(tǒng)CPS。
信息物理融合系統(tǒng)CPS
信息物理融合系統(tǒng)CPS是智能工廠萬(wàn)物互聯(lián)的基礎(chǔ)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)網(wǎng)將制造業(yè)企業(yè)設(shè)施、設(shè)備、組織、人互通互聯(lián)，集計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)、感知系統(tǒng)為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界安全、可靠、實(shí)時(shí)、協(xié)同感知和控制。對(duì)物理世界實(shí)現(xiàn)“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”。
CPS由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、認(rèn)知層和控制層組成。其特征呈現(xiàn)為：環(huán)境感知性、自愈性、異構(gòu)性、開(kāi)放性、可控性、移動(dòng)性、融合性和安全性。
協(xié)同設(shè)計(jì)
隨著產(chǎn)品智能化的發(fā)展，產(chǎn)品集機(jī)、電、液、聲、光、各種傳感器、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信、接口……，非常復(fù)雜，依靠少數(shù)人進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)。這就需要集中社會(huì)資源進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。協(xié)同設(shè)計(jì)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持工作群體成員在共享環(huán)境下的協(xié)同工作、交互協(xié)商、分工合作，共同完成某些任務(wù)。它支持多個(gè)時(shí)間上分離、空間上分布，而工作又相互依賴的協(xié)作成員的協(xié)同工作。實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)需要計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作平臺(tái)(Computer Supported Cooperative Works，CSCW)，支持動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟內(nèi)分布于不同地域的多功能項(xiàng)目組成員開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作，用于選擇、評(píng)估、發(fā)送與接收產(chǎn)品數(shù)據(jù)，分析技術(shù)方案，快捷迅速地完成設(shè)計(jì)并投入生產(chǎn)。它要解決協(xié)調(diào)機(jī)制的問(wèn)題，建立沖突消解機(jī)制、通信機(jī)制、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)的柔性和開(kāi)放性。例如，中煙機(jī)械集團(tuán)公司在技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)打破企業(yè)法人界限，將上海煙機(jī)技術(shù)中心、常德煙機(jī)、許昌煙機(jī)、秦皇島煙機(jī)、上海煙機(jī)五個(gè)跨地域的部門建立分布式協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，開(kāi)展大型成套設(shè)備的設(shè)計(jì)。
協(xié)同供應(yīng)鏈
復(fù)雜制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，制造工藝復(fù)雜，供應(yīng)商和協(xié)作單位多，需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建協(xié)同化的環(huán)境，即建立供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，在此網(wǎng)絡(luò)中，供應(yīng)商、制造商、分銷商和客戶可動(dòng)態(tài)地共享客戶需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝文件、供應(yīng)鏈計(jì)劃、庫(kù)存等信息。任何客戶的需求、變動(dòng)、設(shè)計(jì)的更改，在整個(gè)供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)中快速傳播，及時(shí)響應(yīng)。避免了傳統(tǒng)管理中的“牛鞭效應(yīng)”。
最典型的協(xié)同供應(yīng)鏈管理是汽車制造業(yè)，隨著人們對(duì)汽車產(chǎn)品個(gè)性化需求的增加，如何將國(guó)內(nèi)外眾多的供應(yīng)商、協(xié)作配套廠商、分銷商、最終用戶在一個(gè)供應(yīng)鏈平臺(tái)上共享客戶需求信息，是協(xié)同供應(yīng)鏈管理的重要課題。通過(guò)供應(yīng)鏈計(jì)劃，可以將客戶的個(gè)性化需求精準(zhǔn)地發(fā)布到整個(gè)供應(yīng)鏈上，以快速響應(yīng)客戶需求，最大限度降低庫(kù)存，準(zhǔn)時(shí)供貨。
協(xié)同生產(chǎn)
一些復(fù)雜的產(chǎn)品往往由多家工廠協(xié)同制造，最終交付同類產(chǎn)品。這些工廠之間需要生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)同、供應(yīng)協(xié)同，同步生產(chǎn)，按質(zhì)、按量、按時(shí)提交零部件和產(chǎn)品。
企業(yè)電子商務(wù)
在傳統(tǒng)電子商務(wù)基礎(chǔ)上，發(fā)展行業(yè)電子商務(wù)，建設(shè)以主制造商為核心的供應(yīng)鏈電子商務(wù)體系，實(shí)施網(wǎng)上招投標(biāo)、網(wǎng)上采購(gòu)、網(wǎng)上支付、物流和質(zhì)量跟蹤，實(shí)施B2B、O2O的銷售模式。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析用戶的習(xí)慣、喜好等顯性需求，以及客戶的身份、時(shí)空、工作生活狀態(tài)關(guān)聯(lián)的隱性需求，分析不同客戶的偏好、習(xí)慣，主動(dòng)為用戶提供精準(zhǔn)銷售和服務(wù)。
協(xié)同服務(wù)
在信息物理融合系統(tǒng)CPS的支持下，著眼于產(chǎn)品全生命周期，從用戶需求、設(shè)計(jì)制造、賣方信貸、產(chǎn)品租賃、售后服務(wù)、備品備件、直至回收再利用全過(guò)程的管理和服務(wù)。在產(chǎn)品智能化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)的在線數(shù)據(jù)采集，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合產(chǎn)品運(yùn)維知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行在線診斷和分析，進(jìn)行在線服務(wù)。提高客戶服務(wù)的滿意度，為客戶和企業(yè)本身創(chuàng)造新的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造向制造服務(wù)轉(zhuǎn)型。
國(guó)內(nèi)中聯(lián)重科、三一重工、徐工集團(tuán)、陜西鼓風(fēng)機(jī)都已通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)客戶產(chǎn)品的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。如中聯(lián)重工已通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、北斗導(dǎo)航技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線工況檢測(cè)、運(yùn)行信息自動(dòng)采集與存儲(chǔ)、故障預(yù)警、作業(yè)狀況分析等功能。
在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，制造業(yè)要想獲得可持續(xù)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，必須邁向智能制造，擁抱互聯(lián)網(wǎng)。依靠信息物理融合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同供應(yīng)鏈、協(xié)同生產(chǎn)、協(xié)同服務(wù)、企業(yè)電子商務(wù)。將企業(yè)置身于全球供應(yīng)鏈的生態(tài)系統(tǒng)之中，提高供應(yīng)鏈的競(jìng)爭(zhēng)能力，這是企業(yè)發(fā)展的必由之路。
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