一、智能制造技術的內涵和關鍵技術

    《中國制造2025》去年推出以來，國家投資最大，支持力度最大的就是智能制造。智能制造(Smart Manufacturing)是實現整個制造業價值鏈的智能化與創新，是信息化與工業化深度融合的進一步提升。智能制造從單一軟件到小融合，再到不斷的大融合，今天進入了深度融合的時代。智能制造融合了信息技術、先進制造技術、自動化技術和人工智能技術。

    但是目前智能制造的“智能”還處于“Smart”的層次，智能制造系統具有數據采集、數據處理、數據分析的能力，能夠準確執行指令，能夠實現閉環反饋；而智能制造的趨勢是真正實現“Intelligent”，即智能制造系統能夠實現自主學習、自主決策，并不斷自我優化。

    智能制造技術可以是一個四層的金字塔。底層是企業的基礎，是智能產品和智能服務，這二者是相關的，可以給我們帶來商業模式的創新。現在已經有很多商業模式的創新就圍繞這兩個方面，尤其是在裝備制造業，智能服務有非常大的想象空間。第二個層次就是智能裝備，智能的生產線，智能車間和智能工廠，帶來生產模式的創新。第三個層次是智能管理、智能研發、智能物流與供應鏈，帶來企業運營模式的創新。頂層是智能決策，帶來決策模式的創新。
 

圖1 智能制造的十大關鍵技術

    智能制造還需要很多的智能技術使其變得可能，沒有這些東西，上面這些東西就實現不了。這些技術有物聯網、機器人、增材制造、云計算、大數據分析、電子數據交換、增強現實等。在智能制造技術金字塔中，智能制造的十大關鍵技術有：

    1.智能產品
 

圖2 智能制造關鍵技術之一：智能產品

    長安汽車開發的無人駕駛汽車，今年4月份直接從重慶開到北京的車展。下圖是在舊金山街頭看到一個智能的垃圾箱，該垃圾桶集太陽能、物聯網、高效壓縮機為一體，垃圾快倒滿時，壓縮機會在40秒內將垃圾的體積壓縮至原來的五分之一，垃圾箱快滿時自動聯網發送垃圾桶已滿及地理位置等信息至垃圾處理中心。處理中心的系統根據各個垃圾桶發回的數據分析，規劃最佳回收路線和時間。該產品還提供WIFI熱點。
 

圖3 智能垃圾箱

    以前工作人員每天都會看滿了沒有，現在滿了自己會呼叫，這就是智能。所以我們中國也應該開發這樣一個產品，這樣一個垃圾桶賣幾萬塊，美國所有城市都在部署。

    2.智能服務

    智能服務基于傳感器和物聯網（IoT），可以感知產品的狀態，從而進行預防性維修維護，及時幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過了解產品運行的狀態，幫助客戶帶來商業機會。通過采集產品運營的大數據，輔助企業進行市場營銷的決策。通過開發面向客戶服務的APP，可以針對企業購買的產品提供有針對性的服務，從而鎖定用戶。

    最近有一個很有意思的現象。比如，全球PLM領導廠商之一，美國PTC公司斥巨資進軍物聯網和服務生命周期管理領域，成為智能服務領域的領軍企業之一。比如，羅爾斯.羅伊斯公司的Total Care的服務，現在賣是績效付費，它的立場和客戶立場統一了。
 

圖4 羅爾斯.羅伊斯公司的Total Care服務

    我們都希望產品質量是最好的，以前是足夠好就可以了，真正你要有能力提供按績效付費，當然要對產品有足夠的信心。最近我們去考察一個山東的企業，盾構是按米付費的，因為在盾構的是結構復雜的堅硬巖石，不同的材質還得有不同的刀去切，否則效果不同。

    3.智能裝備
 

圖5 智能制造關鍵技術之一：智能裝備

    現在有很多類型的保證生產制造的智能裝備，包括工業機器人。但不是所有工業機器人都叫智能機器人，這點要明確。舉個例子，下圖是華中科技大學的李德群院士開發的智能型數控注塑機，把傳統的注塑機，配置注塑機智能專家系統軟件，實現了工藝自動優化，參數自動補償，產品自動分揀、過程自動監控和故障診斷等功能。
 

圖6 智能型數控注塑機

    還有德國一些最新的裝備，在一定程度上也體現了智能裝備的特點。通常的激光切割機都是切平板的，而通快集團的高速激光加工是把數控加工、三坐標/五坐標的加工中心和激光切割連接起來。不僅僅是提供切割機本身，還提供自動化的設備，也提供相關的軟件，并且多臺激光切割機可以共享一個光源。通快集團通過歐洲第三方工業云平臺提供這個服務。
 

圖7 通快集團：高速激光加工

    另外，當我們還在談增材制造與傳統制造融合的時候，DMG公司提供的LASERTEC 65設備，用激光堆焊的方法替代了鑄造，然后再用銑刀以及增材技術進行深加工，這種加工工藝不僅可以制造新產品，還可以對老產品進行維修。
 

圖8 DMG：增材制造與傳統制造融合

    GE公司在匹斯堡建立了一個巨大的生產中心，大概有一百多臺制造設備。美國UPS公司表示未來會成為全世界最大的增材制造商，而你訂購一個鞋子設計樣式到它那打印就可以了。以后會有這樣的跨界融合。

    我們再來看一下什么叫智能機器人？去年漢諾威工業展上，ABB公司的Yumi協作機器人不需要回避人的活動。取料的時候，所有零件是隨機擺放的，它具有了機器識別功能，可以準確的拿到所需要的所有零件。
 

圖9 雙臂14軸的機器人YuMi

    最近德國博士也推出類似的機器人，也就是說未來的機器人不是替代人，而是人機協作。

    4.智能產線

    智能生產線上，在生產和裝配的過程中，能夠通過傳感器或RFID技術自動進行數據采集，并通過電子看板實時顯示生產狀態；能夠通過機器視覺和多種傳感器進行質量檢測，自動剔除不合格品，并對采集的質量數據進行SPC分析，找出質量問題的成因；支持多種相似產品的混線生產和裝配，靈活調整工藝，適應小批量、多品種的生產模式；具有柔性，如果生產線上有設備出現故障，能夠調整到其他設備生產；針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示。
 

圖10 智能產線的規劃案例

    智能生產線流程：

    1.依據自動物料識別技術，自動提取相應的工件加工NC代碼

    2.機械手自動抓取對應ID坯料與配套工裝夾具，實現工件的自動裝夾，自動加工與自動卸料

    3.在生產線控制系統的指令下，通過輸送鏈/帶/軌道或者AGV物流車將物料配送線邊

    4.依據自動物料識別技術，自動提取相應的工件加工NC代碼

    5.智能檢測工位完成在制品關鍵參數的數字化檢測，將檢測數據自動上傳生產線控制系統

    6.在生產線控制系統的指令下，通過輸送鏈/帶/軌道或者AGV物流車

    不論是生產的方式，還是懸掛的方式，在實現空氣之間的流轉這個過程中，包括自動化的流轉倉庫，所有工位都需要用到工業機器人。很多工業機器人運用的OE很低，有一家做汽車發動機的企業，它的生產線中間有一個交叉，工業機器人可以發揮更大的作用。所以在生產線設計上有一個很大的技巧。

    5.智能車間
 

圖11 智能制造關鍵技術之一：智能車間

    智能車間，能夠實現全局的生產管控，知道該生產什么，了解設備狀態，能夠進行生產統計、作業指導、質量管控，具有生產防錯系統，能夠實現物料的準時配送以及產品的及時發運。

    智能車間里除了有基本的技術之外，還有一些新的技術。比如海爾現在有一個虛實融合技術，把數字化的三維空間和生產實際數據做了一個集成，虛實融合系統顯示的數據都是設備當前持續作業的工單，如果出現故障看見的是它真正的狀態。以前我們做虛擬仿真，現在把真實產品上的傳感器采集的數據，傳到數字化的樣機做仿真分析，這個就比原來更真了，因為數據都是來自于真實的工況，這里包括一些車間數據的統計以及物流數據。
 

圖12 海爾：虛實融合應用

    6.智能工廠

    一個工廠有多個車間，一個車間有多條生產線。智能工廠就是，雖然物理上國際有這么多企業遍布全球，但是對外來講一個企業可以是一個車間、一個工廠，這個智能工廠可以統一接單，統一調度。這個時候MES不僅僅是車間的系統，還是一個企業級的制造工廠。在這個工廠里還有一些新的管理，比如說智能刀具管理等，同時還可以利用一些AGV立體倉庫。西門子的全球工廠，有一個24米高的自動化立體倉庫，能夠做到高速和精準定位。還有數字化的質量檢測，比如一個卡尺，卡一下數據就錄入進去了，不再需要手工錄入。
 

圖13 智能制造關鍵技術之一：智能工廠

    有一個說法，人是最大的污染源，對于機械行業來講，最好是數據直接錄入，不再經過人的影響。還有高級計劃排程，對機械制造行業有實際的意義，同時我們倡導企業需要建立一個生產控制中心，未來我們的機械制造行業、裝備制造行業也應該建立這樣的生產智慧中心。上圖是一個智能工廠整體的架構。
 

圖14 西門子安貝格電子工廠

    去年4月份我們去參觀了西門子的工廠，那是全世界公認的工業4.0的標桿。在這個工廠里我們參觀了兩條產線，一條是全自動化，只生產兩種產品，機器人和自動化設備應對自如。另外一條線是50%自動化，因為要造54種不同的產品，有些工序人工處理更加靈活。但是不管是哪種方式，在人工工序上都有防災設計。真正的智能制造強調的是少人化，不是無人化，尤其在智能制造行業根本沒有必要提無人化。

    7.智能研發
 

圖15 智能制造關鍵技術之一：智能研發

    雖然研發上已經有很多的智能化，卻是遠遠不夠的。在智能研發方面，第一我要倡導全三維設計，要從二維三維混用走向全三維設計，所有的變更和修改都發生在三維模型上。未來的工程圖僅僅是二維的表示，但是三維的內容，這樣才能讓技術狀態保持一致。按照現在的現狀，估計大多數企業都是客戶一修改，三維模型就僅作參考了，這是一個很大的問題。第二我要倡導工藝的數字化。第三則需要在方針技術的應用上采用驅動設計。仿真還需要矩陣式的組織，這樣才能凝練仿真的能力。現實的現狀是，比如工業機械企業，仿真人員都是分散的，之間沒有聯系，能做到的僅僅是驗證，談不上仿真驅動設計。

    有一些制造分析的智能化軟件，其中有一個DFMPro解決方案，它可以把一些工藝準則放進去，使得工業問題實現自動提示。
 

圖16 可制造性分析

    8.智能管理

    在智能制造時代，需要傳統制造業信息化，以前都是各個系統各自管一部分分散的數據，現在把所有的數據都放在在一個數據庫里。未來移動版的CRM，不需要知道你今天拜訪了哪幾個客戶。不管是哪個客戶的要求，都應該放在系統里統一的管理，同時在ERP里生成一個實例的BPM。

    核心運營系統包括ERP、HCM、CRM、SRM、SCM、MDM、EAM、企業門戶等。實現智能管理的基礎是核心系統無縫集成。

    9.智能物流與供應鏈

    為了物流的方便以及供應鏈的完整，我們建立很多的產業園區。通過EDI進行供應鏈協同，讓制造商的供應鏈協作信息化、自動化。歐洲企業在這方面上已經建立了這樣的統一標準：企業都變成點對點，一家一家集成，到整個行業用一個供應鏈平臺。

    江淮汽車主要以主機廠為核心的全產業鏈質量控制的零部件供應巢建設項目現已有澳大利亞和臺灣、香港等7省區在內的260家企業簽約入駐。目前江淮已實施了物料拉動平臺，通過EDI進行供應鏈協同，讓制造商的供應鏈協作信息化、自動化。
 

圖17 通過EDI進行供應鏈協同

    10.智能決策

    業務智能、業務分析與企業績效管理要有機結合，這點非常重要。智能決策，首先依托于結構化數據，其次便是來自于現場與研發的大數據，生產的大數據，質量的大數據，能耗的大數據，產品運用的大數據，這些大數據是制造行業特有的工業大數據。
 

圖18 工業大數據

    三一重工做了一些開拓性的工作，它把已經銷售給客戶的幾十萬臺的挖掘機做成了一個挖掘機指數。開工量最低的20%，安徽、浙江、江西、湖北，開工量全是50%，和GDP對比一下就知道了，不僅是分析了施工時間，同時做了大數據的分析。
 

圖19 三一重工的挖掘機指數

    二、服務型制造業與制造業分享經濟

    下圖是多年前做的一個調查，在德國的機械制造行業，利潤率只有百分之二點幾，更多的利潤點是賣配件、維護、二次維護等等。制造業服務化對智能制造業有特殊的意義，可能對其他的電子消費品，是一次性消費，用完就扔了，而裝備制造業還要再制造。
 

圖20 制造業服務化趨勢

    服務型制造由來已久，模式非常多——個性化定制，合同制造，ODM制造，OEM制造，還有研發設計、維修、租賃等等各個服務。制造企業未來會衍生成制造服務型和技術服務型企業。
 

圖21 服務型制造由來已久

    前些時候國家發布了《發展服務型制造專項行動指南》，其中包括設計服務提升行動、制造效能提升行動、服務模式創新行動以及客戶價值提升行動。
 

圖22 發展服務型制造專項行動指南

    國家這樣做非常具有引導意義，服務以各種形式融入到了制造業研發設計、生產制造、經營管理、銷售運維等環節。安司長在文章中將服務型制造分為了五種模式： 
 

圖23 服務型制造的分類

    模式一：基于產品設計的增值服務
 

圖24 模式一：基于產品設計的增值服務

    基于產品設計的增值服務包含很多個性化的服務，比如長安汽車，官網上推出了CS15定制車，提供非常多的配置選擇，未來還會不斷豐富更多的配置項。還有一個個性化服務案例——沙灘鞋。
 

圖25 汽車定制：基于互聯網和模塊化設計

圖26 Yooshu：個性化定制沙灘鞋

    模式二：基于產品效能提升的增值服務
 

圖27 模式二：基于產品效能提升的增值服務

    基于產品效能提升的增值服務，包括產品生命周期管理服務，實時診斷與維修等服務。下圖是基于物聯網驅動的增值服務，基于傳感器和物聯網感知產品的狀態，從而進行預測性維修維護，及時幫助客戶更換設備備件。從設備的傳感器收集數據，結合APP檢控傳感器數據決定出發服務問題或其他狀態。服務知識庫、診斷規則和維護時間表用于確定狀況發生時需采取的行動。通過優化的庫存位置，確定和訂購所需零件，開發現場服務ticket，安排技師去服務。
 

圖28 基于物聯網的增值服務

    模式三：基于產品交易便捷化的增值服務
 

圖29 模式三：基于產品交易便捷化的增值服務

    基于產品交易便捷化的增值服務，包括多元化的金融融資服務，精準化供應鏈管理服務以及便捷化的電子商務服務。

    模式四：基于產品集成整合的增值服務
 

圖30 模式四：基于產品集成整合的增值服務

    基于產品集成整合的增值服務，由單臺設備到提供多臺設備，包括專業化的整體運營維護服務的解決方案。下圖是陜鼓的案例，不僅是賣多個產品，從系統的方案到設備的集成安裝調試、系統維護和升級，提供的是全生命周期管理的服務。從賣產品轉化為賣解決方案，提供交鑰匙工程。
 

圖31 交鑰匙工程

    模式五：從基于產品的服務到基于需求的服務
 

圖32 模式五：從基于產品的服務到基于需求的服務

    段院士說過一句話——未來你需要什么我做什么。最近，歐特克公司提出了未來制造的理念，它發布了一種新的設計，便是基于增材制造的設計。當完成任何一個零件的設計之后，接下來要做的事情是減重，優化。現在提出了工業的生產鑄造，也可以做成空心的結構。用增材制造的方法做一些未來的航空發動機，以前材料不可攻克，現在有了打印技術就可以攻克了。
 

圖33 歐特克提出的未來制造理念

    在三維打印生產過程中，產品的強度往往不夠，華中科技大學的張海鷗教授在這里有一個非常大突破創新，有點像邊三維打印邊鍛打，把這兩者結合在一起，做出來的產品達到了鍛壓的標準。

    其它還有一些傳統的OEM、ODM的制造服務，在發展制造業的時候也要注意。佛山有三千多家裝備制造企業，有一半企業是做制造外包服務，并不是做固定的產品。從制造外包到整體的設計、制造外包，實現合同制造。
 

圖34 化妝品行業的OEM/ODM模式

    還有大量的生產性服務企業，例如激光加工、數控加工、鈑金加工、熱處理、鑄造、表面防腐處理等。生產性服務，服務方不是制造企業，而是生產性服務企業。提供外協加工與專業制造服務，包括工業設計、產品設計；工程仿真；設備租賃或融資租賃；生產線自動化改造；產品檢測與試驗；維修維護與設備管理；專業認證；工程咨詢。
 

圖35 生產性服務

    國家也發布了28號文件，提到了“互聯網+”，提到了分享經濟，在交通行業已經有了滴滴打車，在制造行業能不能走向分享經濟，能不能把我們的制造裝備和檢測設計共享出來，對外提供服務，這是制造業未來發展非常重要的主題，尤其是裝備制造行業。

    優制網希望把企業未來的制造能力和共享資源共享出來對外提供服務。優制網工業服務分享平臺按制造工藝分類提供服務，定位于制造企業加工、定制、外協和專業化服務的互助式B2B電子商務平臺。制造企業可以通過平臺將富余的制造能力、制造設備、制造資源和專業服務進行展示和共享，并為其他制造企業提供個性化定制、加工制造、檢驗檢測、設備服務和工業設計等專業服務，提高企業制造資源的利用效率，實現共贏。另外，該平臺還可以進行一些制造服務以及制造資源的搜索。
 

圖36 優制網——工業服務分享平臺分類

    優制網的核心服務：

    ●制造服務分類（不是按行業，而是按服務類型）

    ●制造服務的發布（自助式維護）

    ●制造服務搜索（集成地理信息、參數搜索）

    ●制造服務推薦與交易（及時通訊、商譽信息、物流成本）

    ●服務訂單的分解與合并

    ●制造服務的監理與交互（進度、質量，及時通報進展）

    ●制造服務的信息管理（交易記錄、評價）

    ●制造服務的大數據分析
 

圖37 優制網——工業服務分享平臺

    三、關于e-works
 

圖38 e-works創始人：李培根院士

    e—works于2002年成立，由李培根院士創建，是一個真正的第三方服務機構，不賣任何產品。現在有超過70萬會員，微信訂閱超過了23萬人。樂于知識的傳播，組織各種專業會議，構建兩化融合的平臺。同樣致力于咨詢服務，充當政府的智庫，最近在做幾個省的“制造2025”的規劃。也組織一些國外的考察，已經做了四屆，四次德國工業4.0考察，兩次工業互聯網考察。

    e-works專注制造業，服務兩化融合：

    ●專業：對相關技術、市場、產業和應用趨勢有深刻理解。

    ●專注：對相關技術、市場、產業和應用趨勢有深刻理解。

    ●影響力：中國最權威的兩化融合網絡媒體和服務平臺。

    ●資源：擁有超過70萬會員，微信訂閱超過22萬人。

    ●經驗：具有豐富的兩化融合知識傳播、培訓、咨詢服務經驗。
 

圖39 兩化融合知識傳播與分享

    e-works咨詢，提供兩化融合第三方咨詢服務，2015年業務翻番，典型項目包括：

    ●集團管控+數字化工廠規劃（萬向前潮等）

    ●智能制造規劃及標準研究（西電集團等）

    ●信息化整體規劃（中車株洲電機、溫州冠盛、惠州華陽電子等）

    ●大型企業項目監理（大洋電機，航天科技集團長征機械廠等）

    ●MES需求分析（美的廚電、北京印鈔等）

    ●兩化融合管理體系貫標咨詢（長飛光纖、凱隆化工等）

    ●兩化融合保駕護航（康尼機電、滬光電器等）

    ●兩化融合深度診斷評估（柳工股份等）

    ●信息安全評估（興森快捷等）

    ●兩化融合培訓

    e-works研究院——兩化融合專業智庫，完成的典型工作包括：

    ●湖北省“十三五”兩化融合規劃

    ●廣西信息消費研究

    ●柳州市智能制造2025規劃

    ●武漢市兩化融合調研與規劃

    ●中國光谷制造2025規劃

    ●中國PLM市場分析報告（與CIMdata長期戰略合作）

    ●中國MES市場分析報告

    ●中國制造業勞動力管理白皮書

    ●供應鏈管理選型手冊

    ●工程機械行業PLM與物聯網應用研究

    e-works出國游學，成功組織四次德國工業4.0考察，兩次美國工業互聯網考察。將10月組織第五次德國工業4.0考察，10月底組織第三次美國工業互聯網考察，11月底組織首次新工業法國考察。
 

圖40 出國游學

    中國智能制造門戶網（www.imchina.net.cn）是e-works推出的用于傳播智能制造技術及相關知識，分享國內外優秀應用案例、解決方案，并幫助企業實現高效生產的服務平臺。智能制造門戶網服務包括全面的智能制造技術傳播渠道，智能裝備制造企業、智能制造企業和最終用戶信息發布、溝通合作的平臺，全國最具權威性的智能制造知識庫、個性化定制、云制造平臺，并在此基礎上有機的協調好產學研之間關系，實現供需有效對接，使之最終成為智能制造整體價值產業鏈的有機組成部分。
 

圖41 中國智能制造門戶六大內容