2017年的云棲大會(huì)將人工智能、大數(shù)據(jù)、彈性計(jì)算、量子計(jì)算、IoT、AR等前沿科技推上了熱潮，我自己由于自身所服務(wù)的對(duì)象是制造業(yè)，而且做的是市場(chǎng)及咨詢的工作，也對(duì)市場(chǎng)最前沿的技術(shù)和熱點(diǎn)接觸的比較多，近來發(fā)現(xiàn)談“工業(yè)4.0”的越來越少了，談“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、“智能制造”和“智能工廠”的企業(yè)越來越多了。而且很多制造企業(yè)已經(jīng)開始布局智能制造生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建智能工廠，所以，我寫下通過這篇文章，來概述一下“數(shù)字化工廠”和“智能工廠”的建設(shè)內(nèi)容。
圖 西門子解讀數(shù)字化工廠模型
首先，我百度了一下“數(shù)字化工廠”的概念：數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織模式。
數(shù)字化工廠是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)具有其鮮明的特征。它的出現(xiàn)給基礎(chǔ)制造業(yè)注入了新的活力，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。
在數(shù)字化工廠中，人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和智慧，逐步形成了企業(yè)組織作業(yè)運(yùn)作的核心數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)服務(wù)于產(chǎn)品的全生命周期過程中，包括：產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化、產(chǎn)品準(zhǔn)備及制造數(shù)字化、產(chǎn)品營(yíng)銷及管理數(shù)字化和產(chǎn)品服務(wù)數(shù)字化。
產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化中主要體現(xiàn)在數(shù)字化的產(chǎn)品定義、三維設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字化工藝規(guī)程和虛擬制造與虛擬工廠建設(shè)。
產(chǎn)品準(zhǔn)備及制造數(shù)字化主要體現(xiàn)在對(duì)制造執(zhí)行過程的人機(jī)料法環(huán)測(cè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控、制造車間資源聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)用有限產(chǎn)能排程使得制造過程平準(zhǔn)化，在裝備層面使用數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)字化工裝、生產(chǎn)線和自動(dòng)化的物流倉(cāng)儲(chǔ)。
產(chǎn)品營(yíng)銷及管理數(shù)字化主要體現(xiàn)在對(duì)供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，應(yīng)用企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)和數(shù)字化營(yíng)銷。
產(chǎn)品服務(wù)數(shù)字化主要體現(xiàn)在創(chuàng)建產(chǎn)品的電子化質(zhì)量檔案，建立全面的維護(hù)服務(wù)體系，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷。
圖 美國(guó)ARC數(shù)字化工廠模型（2006）
2006年，美國(guó)ARC總結(jié)了以制造為中心的數(shù)字制造、以設(shè)計(jì)為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造，并考慮了原材料和能源供應(yīng)和產(chǎn)品的銷售供應(yīng)，提出用工程技術(shù)、生產(chǎn)制造和供應(yīng)鏈三個(gè)維度來描述工廠的全部活動(dòng)。
通過建立描述這三個(gè)維度的信息模型，利用適當(dāng)?shù)能浖湍軌蛲暾磉_(dá)圍繞產(chǎn)品設(shè)計(jì)、服務(wù)支持、生產(chǎn)制造以及原材料供應(yīng)、銷售和市場(chǎng)相關(guān)的所有環(huán)節(jié)的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物理世界和計(jì)算機(jī)虛擬世界的互聯(lián)。
圖 艾普工華數(shù)字化工廠效益
既然數(shù)字化工廠是要實(shí)現(xiàn)將物理世界信息通過采集、建模、結(jié)構(gòu)化、存儲(chǔ)、分析及傳遞轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能理解的信息，那么就一定需要泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持。那有人說“泛在網(wǎng)絡(luò)”到底是什么，目前針對(duì)泛在網(wǎng)絡(luò)業(yè)內(nèi)還沒有準(zhǔn)確的內(nèi)涵及外延，我們常規(guī)形容它就是“無所不在的網(wǎng)絡(luò)”，人所處的互聯(lián)網(wǎng)以及機(jī)器、產(chǎn)品及資源構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)就是數(shù)字化工廠中最基礎(chǔ)的泛在網(wǎng)絡(luò)，通過泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息的傳遞和共享，通過泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)縮短時(shí)空的距離，實(shí)現(xiàn)人與人之間、人與裝備之間、裝備與裝備之間、企業(yè)與企業(yè)之間的信息共享及協(xié)同。使得制造企業(yè)能夠?qū)崟r(shí)獲取工廠內(nèi)外相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，有效優(yōu)化生產(chǎn)組織的全部活動(dòng)，達(dá)到產(chǎn)品研發(fā)效率、生產(chǎn)效率、物流運(yùn)轉(zhuǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和資源利用率最高，同時(shí)對(duì)環(huán)境的影響最小，而且發(fā)揮了制造企業(yè)中的各類專業(yè)人員的作業(yè)能動(dòng)性。
圖 艾普工華解讀智能制造運(yùn)營(yíng)模式變革
隨著中國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、日本相繼發(fā)布智能制造相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃及標(biāo)準(zhǔn)指南，明確智能工廠是實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體。制造企業(yè)面臨著個(gè)性化需求、定制化生產(chǎn)所帶來的資源動(dòng)態(tài)配置、綠色制造、柔性快速換線、產(chǎn)品交期越來越短、競(jìng)爭(zhēng)壓力劇增等考驗(yàn)，相繼開始布局智能制造，在新的產(chǎn)業(yè)新的組織新的工廠，開始建立智能工廠，將企業(yè)置身于全球供應(yīng)鏈的生態(tài)系統(tǒng)之中，應(yīng)用泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+智能工廠，構(gòu)建智能制造的生態(tài)系統(tǒng)。
圖 美國(guó)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系智能制造的生態(tài)系統(tǒng)（2016）
2016年的美國(guó)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系中描繪的智能制造生態(tài)系統(tǒng)，其中包含了非常廣闊的制造業(yè)內(nèi)容，范圍很廣，包括生產(chǎn)、管理、設(shè)計(jì)和工程。在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)圖中展示了整個(gè)制造系統(tǒng)的三維空間。
值得注意的是，這三個(gè)維度都與制造業(yè)金字塔（Manufacturing Pyramid）密切相連。這里面潛在包含了一種非常傳統(tǒng)的思想，那就是產(chǎn)品的價(jià)值，是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工廠模型下得以實(shí)現(xiàn)，并開始延展。
產(chǎn)品維度是用綠色標(biāo)識(shí)，產(chǎn)品生命周期涉及信息流和控制，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段開始,一直到產(chǎn)品的退市。
生產(chǎn)維度是用藍(lán)色標(biāo)識(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)生命周期關(guān)注整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、部署、運(yùn)行和退役。
商業(yè)維度用橙色標(biāo)識(shí)，商業(yè)系統(tǒng)關(guān)注供應(yīng)商和客戶的交互功能。
其中每一個(gè)維度都為制造業(yè)金字塔從機(jī)器到工廠，從工廠到企業(yè)的垂直整合發(fā)揮作用。沿著每一個(gè)維度，制造業(yè)應(yīng)用軟件的集成都有助于在車間層面提升控制能力，并且優(yōu)化工廠和企業(yè)決策。這些維度和支持維度的軟件系統(tǒng)最終構(gòu)成了制造業(yè)軟件系統(tǒng)的生態(tài)體系。
智能制造的生態(tài)系統(tǒng)不是一蹴而就的，需要非常多的使能技術(shù)，也需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的探索和積累，既然說智能工廠是智能制造的載體，那還是先來看看智能工廠的含義，我依然查看了百度中針對(duì)“智能工廠”的解釋：智能工廠就是利用各種現(xiàn)代化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工廠的辦公、管理及生產(chǎn)自動(dòng)化，達(dá)到加強(qiáng)及規(guī)范企業(yè)管理、減少工作失誤、堵塞各種漏洞、提高工作效率、進(jìn)行安全生產(chǎn)、提供決策參考、加強(qiáng)外界聯(lián)系、拓寬國(guó)際市場(chǎng)的目的。但是，我發(fā)現(xiàn)這樣的解釋不太直觀，就去看了一下智庫(kù)百科，找到了“智能工廠”的特征：“智能工廠”的發(fā)展，是智能工業(yè)發(fā)展的新方向。特征體現(xiàn)在制造生產(chǎn)上：
1、系統(tǒng)具有自主能力：可采集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判及規(guī)劃自身行為。
2、整體可視技術(shù)的實(shí)踐：結(jié)合訊號(hào)處理、推理預(yù)測(cè)、彷真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示現(xiàn)實(shí)生活中的設(shè)計(jì)與制造過程。
3、協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性：系統(tǒng)中各組承擔(dān)為可依據(jù)工作任務(wù)，自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
4、自我學(xué)習(xí)及維護(hù)能力：透過系統(tǒng)自我學(xué)習(xí)功能，在制造過程中落實(shí)資料庫(kù)補(bǔ)充、更新，及自動(dòng)執(zhí)行故障診斷，并具備對(duì)故障排除與維護(hù)，或通知對(duì)的系統(tǒng)執(zhí)行的能力。
5、人機(jī)共存的系統(tǒng)：人機(jī)之間具備互相協(xié)調(diào)合作關(guān)系，各自在不同層次之間相輔相成。
那么智能工廠是以打通企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全部流程為著眼點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到銷售，從設(shè)備控制到企業(yè)資源管理所有環(huán)節(jié)的信息快速交換、傳遞、存儲(chǔ)、處理和無縫智能化集成，也會(huì)應(yīng)用大量的前言技術(shù)，例如：VR、圖像識(shí)別、語音、AGV、RGV、人機(jī)協(xié)同裝置、智能倉(cāng)儲(chǔ)、柔性裝置、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算等。我也總結(jié)了智能工廠的8個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，供大家在實(shí)際的智能工廠建設(shè)過程中應(yīng)用。
1、通過大數(shù)據(jù)智能分析手段精確獲取設(shè)計(jì)需求，進(jìn)而通過智能創(chuàng)成方法進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)，通過智能仿真和優(yōu)化策略實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高性能設(shè)計(jì)，并通過并行協(xié)同策略實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造信息的有效反饋。
2、通過建立智能物流與供應(yīng)鏈協(xié)同體系，打造更快更準(zhǔn)的供應(yīng)鏈?；谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建以“供應(yīng)-->運(yùn)輸-->使用”為產(chǎn)業(yè)鏈主線，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)數(shù)據(jù)共享，企業(yè)運(yùn)作協(xié)同化。在整個(gè)供應(yīng)鏈中，所有的運(yùn)輸裝備、存儲(chǔ)空間、使用路徑之間可以實(shí)現(xiàn)智能化的自主決策和調(diào)度。
3、通過建立柔性化的智能生產(chǎn)管控體系，進(jìn)而通過“優(yōu)化計(jì)劃-智能感知-動(dòng)態(tài)調(diào)度-協(xié)調(diào)控制”的閉環(huán)流程來提升企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作的適應(yīng)性，以及對(duì)異常變化的快速響應(yīng)能力。
4、通過軟件系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)深度融合，進(jìn)而通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本。
5、通過建立行之有效的智能生產(chǎn)指揮中心，促進(jìn)集團(tuán)級(jí)多基地多組織之間的協(xié)調(diào)控制，關(guān)注制造過程的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)修正業(yè)務(wù)偏離。對(duì)智能產(chǎn)品可能發(fā)生的故障和事故進(jìn)行預(yù)警與及時(shí)任務(wù)調(diào)度。
6、通過工業(yè)大數(shù)據(jù)智能分析手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)需求預(yù)測(cè)、決策分析預(yù)警、制造資源壽命最大化、優(yōu)化零件庫(kù)存和可用性、故障精準(zhǔn)診斷、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低運(yùn)營(yíng)成本。
7、通過將企業(yè)市場(chǎng)拓展至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，包括產(chǎn)品開發(fā)或改進(jìn)、生產(chǎn)加工、銷售、售后服務(wù)、產(chǎn)品報(bào)廢、產(chǎn)品解體或回收。實(shí)現(xiàn)服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型，關(guān)注產(chǎn)品后端服務(wù)，基于行業(yè)特征，建立高效安全的智能服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)和智能產(chǎn)品實(shí)時(shí)、有效、智能化互動(dòng)，為企業(yè)創(chuàng)造新價(jià)值。
8、通過建立虛實(shí)融合體系，實(shí)現(xiàn)物理世界與虛擬世界的互聯(lián)互通，同時(shí)驅(qū)動(dòng)人在企業(yè)中發(fā)揮新的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和智慧的價(jià)值，形成新的人機(jī)交互模式。
由此，我們來總結(jié)一下數(shù)字化工廠和智能工廠的核心差異：
數(shù)字化工廠體系中的所有制造裝備/生產(chǎn)線/車間/工廠基本主要執(zhí)行外部指令，而智能工廠體系中的制造裝備/生產(chǎn)線/車間/工廠自身在權(quán)限分派范圍內(nèi)的具備自決策、自執(zhí)行和自修復(fù)能力，執(zhí)行自我指令；
數(shù)字化工廠體系中的工廠、車間、生產(chǎn)線和裝備相對(duì)獨(dú)立，而在智能工廠體系中是自上而下自主管理工廠、車間、生產(chǎn)線和裝備；
數(shù)字化工廠體系中的人機(jī)交互主要基于感知或指令，大部分是非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而在智能工廠體系中基于感知的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互已經(jīng)成為基本配置，基于決策過程的智能交互越來越多；
數(shù)字化工廠的決策主體是人，而在智能工廠體系中的軟件大腦可自發(fā)要求人協(xié)助完成某些高級(jí)識(shí)別或推理行為，從而輔助智能工廠自身進(jìn)行自主決策。
圖 智能工廠應(yīng)用全數(shù)據(jù)化程序鏈和新的人機(jī)交互模式
總而言之，智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，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。企業(yè)建立智能工廠的過程，一定是由小到大實(shí)現(xiàn)從智能裝備到智能生產(chǎn)單元、智能生產(chǎn)線、智能車間乃至智能工廠的人機(jī)智能協(xié)同化體系建設(shè)過程。
還有2個(gè)月就到了2018年，相信你仍在為企業(yè)如何布局智能制造而躊躇莫展，挑戰(zhàn)和機(jī)遇與你并肩，但要始終明白：數(shù)字化工廠是智能工廠的基礎(chǔ)，祝你好運(yùn)。
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