中國智能制造之路

莫欣農(nóng)

摘要：認(rèn)為智能制造是改進(jìn)大批量多品種制造模式，進(jìn)一步提高人類生活水平的理想方案。介紹了智能制造的3大組成部分：智能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、智能化生產(chǎn)制造和智能化服務(wù)支持。其中，智能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)是源頭，智能化服務(wù)是保障，智能化工廠是基礎(chǔ)，三者缺一不可。指出中國應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新的智能制造體系，才能在較短時(shí)間內(nèi)縮小與發(fā)達(dá)國家間的差距。

關(guān)鍵詞： 智能制造；智能化設(shè)計(jì)；智能化生產(chǎn)；智能化服務(wù)；智能工廠；工業(yè)革命

Abstract： Intelligent manufacturing is an ideal solution to improve the large quantities and variety manufacturing model， and it can improve peoples living level. Intelligent manufacturing contains three parts： intelligent product design， intelligent production and intelligent service. Intelligent product design is the source， intelligent service is the guarantee， and intelligent factory is the foundation. For China， its necessary to insist on the intelligent manufacturing system， which is composed of introduction， digestion， absorption and re-innovation. In this way， China can narrow the gap with developed countries within a short time.

Key words： intelligent manufacturing； intelligent design； intelligent production； intelligent service support； intelligent factory； industrial revolution

1 工業(yè)革命的源動(dòng)力

公元前的希臘和古埃及時(shí)代，人們就利用蒸汽的力量來開關(guān)廟宇的大門。18世紀(jì)中葉，資產(chǎn)階級革命廢除了封建制度，資本主義開始大發(fā)展。首先發(fā)展起來的英國通過殖民擴(kuò)張，積累了大量資本，獲得廣闊的原料來源地和海內(nèi)外市場。傳統(tǒng)手工業(yè)的生產(chǎn)力已不能滿足巨大的市場需要，社會(huì)急需提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。于是一場用機(jī)器代替手工勞動(dòng)，用工廠代替手工工場的工業(yè)革命轟轟烈烈地開展起來，由此開創(chuàng)了機(jī)械化大規(guī)模單一品種的生產(chǎn)模式，人類進(jìn)入了“蒸汽時(shí)代”[1]。

隨著新興資本主義國家的出現(xiàn)，為了爭奪世界市場，他們必須進(jìn)一步提高社會(huì)生產(chǎn)力。19世紀(jì)中葉，電力技術(shù)廣泛地應(yīng)用到制造業(yè)，原來的機(jī)械化生產(chǎn)逐步被電氣化流水生產(chǎn)線所代替，開始出現(xiàn)大批量、少品種的生產(chǎn)模式，即第二次工業(yè)革命。它增強(qiáng)了新興資本主義國家的國防實(shí)力，達(dá)到了擴(kuò)大市場占有率的目的。

進(jìn)入20世紀(jì)，特別是兩次世界大戰(zhàn)后，全球勢力范圍重新劃分，形成了東西對立的兩大陣營。激烈的競爭要求加快提升社會(huì)生產(chǎn)力的速度。核能、電子、計(jì)算機(jī)、航天、生物等新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，推動(dòng)第三次工業(yè)革命。先發(fā)展起來的國家廣泛建立自動(dòng)化流水線，通過大批量、多品種的生產(chǎn)模式，快速增強(qiáng)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力，提供更有競爭力的產(chǎn)品，顯著提高人類的生活水平，同時(shí)占領(lǐng)更大的國際市場；后發(fā)展起來的國家利用先進(jìn)的科技力量，迅速改變落后的生產(chǎn)模式，奮起直追，參與世界市場的競爭，不斷改變世界市場的格局。

社會(huì)生產(chǎn)力的快速提升，大幅度改善了人類生活水平，延長了人類壽命，同時(shí)也帶來了地球資源缺緊、環(huán)境污染、產(chǎn)能過剩、競爭加劇、人口老齡化等嚴(yán)重問題。進(jìn)入21世紀(jì)后，整個(gè)國際社會(huì)廣泛意識(shí)到人類不能無節(jié)制地制造產(chǎn)品，發(fā)達(dá)國家首先意識(shí)到需要用大批量定制的新模式來替代大批量、多品種模式，創(chuàng)造一個(gè)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、滿足需求、節(jié)省人力的新型制造模式，并在新一輪工業(yè)革命中重新占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。由發(fā)達(dá)國家率先引導(dǎo)的新一輪工業(yè)革命就和第三次工業(yè)革命并行發(fā)展起來。20世紀(jì)末發(fā)展起來的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)便成為新一輪工業(yè)革命的支撐技術(shù)。在新一輪工業(yè)革命中，發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家都面臨制造業(yè)格局重新洗牌的局面，相互之間既有競爭，又有合作。企業(yè)需要正確認(rèn)識(shí)工業(yè)革命的源動(dòng)力，把握住工業(yè)革命的方向，才能在新一輪工業(yè)革命中不被淘汰出局。

2 正確認(rèn)識(shí)智能制造

傳統(tǒng)的大批量、少品種的生產(chǎn)模式對管理要求較低，人工進(jìn)行計(jì)劃和調(diào)度便能實(shí)現(xiàn)。大批量、多品種的生產(chǎn)模式對管理提出較高的要求，單純依靠人工已經(jīng)無法完成，必須借助信息化技術(shù)（IT）進(jìn)行輔助。到了大批量、個(gè)性化的生產(chǎn)模式，生產(chǎn)線上的每一個(gè)產(chǎn)品都可能不一樣，人工幾乎無法進(jìn)行有效的計(jì)劃和調(diào)度，必須完全依靠新一代的IT技術(shù)，有人稱之為運(yùn)行技術(shù)（OT）。人們事先在計(jì)算機(jī)的虛擬環(huán)境中根據(jù)大批量、個(gè)性化生產(chǎn)的需要，模擬OT技術(shù)的整個(gè)操作過程，包括遇到各種可能異常情況的主動(dòng)決策處理，確認(rèn)無誤后再轉(zhuǎn)到現(xiàn)實(shí)世界執(zhí)行物理加工生產(chǎn)。這樣的制造模式稱之為智能制造。

完整的制造過程包括前、中、后3個(gè)階段，見圖1。

前期是智能化設(shè)計(jì)，采用高端工業(yè)軟件設(shè)計(jì)智能產(chǎn)品，仿真產(chǎn)品性能，驗(yàn)證嵌入式軟件的智能水平，為中期提供完整的虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)。中期是智能化生產(chǎn)，采用高端工業(yè)軟件識(shí)別生產(chǎn)對象和生產(chǎn)要素，自動(dòng)適應(yīng)產(chǎn)品、材料、環(huán)境等變化，保質(zhì)保量完成個(gè)性化的制造任務(wù)，同時(shí)為后期提供完整的物理產(chǎn)品數(shù)據(jù)。后期是智能化服務(wù)，采用高端工業(yè)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測智能設(shè)備運(yùn)行性能及其健康狀態(tài)，根據(jù)該設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)的虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)，提取相關(guān)知識(shí)指導(dǎo)，優(yōu)化當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，安排精益維修計(jì)劃，反饋設(shè)備持續(xù)創(chuàng)新需求，形成閉環(huán)的智能制造新模式。

有了前期高檔工業(yè)軟件設(shè)計(jì)的智能產(chǎn)品，才會(huì)有智能設(shè)備；有了后期高檔工業(yè)軟件提供智能設(shè)備實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和健康狀態(tài)分析，才能形成智能化生產(chǎn)線；有了中期高檔工業(yè)軟件把生產(chǎn)線和上下游集成起來，才能構(gòu)成智能工廠。智能工廠接收完整的智能產(chǎn)品數(shù)據(jù)才能執(zhí)行智能生產(chǎn)，僅有現(xiàn)代化的廠房和高精尖的設(shè)備構(gòu)成不了智能制造，前、中、后3個(gè)階段的高檔工業(yè)軟件是真正的智能制造的靈魂，缺一不可。

在第三次工業(yè)革命中生產(chǎn)環(huán)節(jié)的利潤率開始下降，設(shè)計(jì)和服務(wù)的利潤率超過生產(chǎn)環(huán)節(jié)，即所謂的“微笑曲線”，見圖2。

在未來智能制造全面鋪開的時(shí)代，生產(chǎn)制造的差異化將會(huì)大幅度減少，3D打印技術(shù)將會(huì)覆蓋很多現(xiàn)有的制造工藝，替代很多現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備。因此，生產(chǎn)制造仍然是制造業(yè)價(jià)值鏈中的最低端，甚至比非智能制造時(shí)代的價(jià)值還要低，“微笑曲線”就會(huì)變成“大笑曲線”。

3 中國企業(yè)應(yīng)對策略

智能制造本身是一個(gè)巨大的市場，包括智能制造的建設(shè)和智能制造的服務(wù)兩大類。智能制造建設(shè)市場分為前、中、后3個(gè)階段的高檔工業(yè)軟件市場和中期高檔智能設(shè)備市場兩大部分。智能制造服務(wù)市場又分為前期智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)和后期智能運(yùn)維服務(wù)兩部分。

中國作為發(fā)展中國家，在智能制造領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家存在不小的差距，在智能制造的四類市場中缺乏處于領(lǐng)先地位的產(chǎn)品。為了構(gòu)建中國智能制造體系，就得采用引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新的道路，用較短的時(shí)間縮短與發(fā)達(dá)國家的差距。

從制造大國走向制造強(qiáng)國不能長期依賴購買智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)。為了設(shè)計(jì)智能化的產(chǎn)品必須引進(jìn)高檔的設(shè)計(jì)工業(yè)軟件，培養(yǎng)高檔的設(shè)計(jì)人才，形成具有特色的智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)團(tuán)隊(duì)，掌握智能制造的源頭，從而保證企業(yè)立于不敗之地。目前很多企業(yè)依然采用中低檔的工業(yè)軟件進(jìn)行低檔產(chǎn)品開發(fā)，一旦市場發(fā)生突變就危險(xiǎn)了。不久前的柯達(dá)、諾基亞等案例深刻揭示了跟上歷史發(fā)展步伐的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是何等的重要。

智能工廠是智能制造建設(shè)中投資最大的環(huán)節(jié)，既有硬件設(shè)備又有高檔工業(yè)軟件。發(fā)達(dá)國家大力推銷智能工廠有利于其錘煉技術(shù)，增加收入，擴(kuò)大市場，重新布局。然而，發(fā)展中國家單純建設(shè)智能工廠不會(huì)獲得高額的利潤率，既不會(huì)快速提升企業(yè)的競爭能力，有時(shí)還會(huì)加重產(chǎn)能過剩的副作用。因此，中國在引進(jìn)智能工廠的時(shí)候必須加強(qiáng)消化吸收工作，以便支持大量的中小企業(yè)能夠順利加入到智能制造的體系中來。

個(gè)性化產(chǎn)品的廣泛普及必然推動(dòng)個(gè)性化服務(wù)的發(fā)展。美國GE公司用一年的時(shí)間進(jìn)行評估，測算出2020年全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的業(yè)務(wù)將達(dá)到5 000億美元[2]，相當(dāng)于當(dāng)前全球高鐵市場的一半。服務(wù)業(yè)逐漸和高端制造業(yè)并駕齊驅(qū)。智能運(yùn)維服務(wù)收集智能產(chǎn)品使用過程的全部數(shù)據(jù)，利用智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的核心知識(shí)給用戶提供技術(shù)咨詢和維修服務(wù)，提高產(chǎn)品性能和完好率，同時(shí)還收集產(chǎn)品實(shí)際使用的數(shù)據(jù)，反饋產(chǎn)品改進(jìn)和創(chuàng)新的知識(shí)。中國企業(yè)不應(yīng)放棄如此大的智能服務(wù)市場，更應(yīng)該重視產(chǎn)品使用數(shù)據(jù)對企業(yè)和國家安全的影響。

4 結(jié)束語

在商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開始階段，歐洲失去寶貴的機(jī)會(huì)。德國有99.7%的中小企業(yè)，其中有很多被稱為“隱形冠軍”，產(chǎn)品行銷世界。目前他們面臨美國和中國兩個(gè)強(qiáng)大的制造業(yè)競爭對手，還有人口老齡化的嚴(yán)重問題。通過分散式生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)社會(huì)化大生產(chǎn)，將這些優(yōu)秀的中小企業(yè)聯(lián)合起來，形成拳頭，共同參與全球競爭便是德國智能制造的戰(zhàn)略選擇。

金融危機(jī)過后，美國反思制造業(yè)“空心化”造成的制造業(yè)大國地位削弱，失業(yè)率上升，危及社會(huì)穩(wěn)定等問題。通過建立“國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”，消除本土研發(fā)活動(dòng)和制造技術(shù)創(chuàng)新之間的割裂，重振美國制造業(yè)競爭力。同時(shí)，美國利用互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢大力推動(dòng)制造企業(yè)向軟件企業(yè)轉(zhuǎn)變，占領(lǐng)制造業(yè)價(jià)值鏈后端的新市場，重新占據(jù)全球制造業(yè)的主動(dòng)權(quán)，智能制造是其不二的選擇。

中國智能制造的行動(dòng)路線將決定未來國家制造業(yè)的地位。如果第一步放在建設(shè)智能工廠，就只能跟在別人后面，不僅不能解決產(chǎn)能過剩的問題，到頭來還是繼續(xù)為制造強(qiáng)國打工。如果第一步放在產(chǎn)品創(chuàng)新，徹底改變低端產(chǎn)品形象，掌握核心技術(shù)，打下智能制造的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，就能保持長期發(fā)展的能力。如果第一步放在服務(wù)創(chuàng)新，在產(chǎn)品創(chuàng)新基礎(chǔ)上推動(dòng)產(chǎn)品的智能化，在服務(wù)中加快產(chǎn)品更新?lián)Q代速度，就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新突破。在具備智能設(shè)計(jì)和智能服務(wù)的基礎(chǔ)上，企業(yè)再開展智能工廠的建設(shè)，才能真正提升制造強(qiáng)國的地位。因此，中國企業(yè)需要根據(jù)自身的實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)?shù)穆肪€，保證實(shí)現(xiàn)智能制造的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] MARSH P. 新工業(yè)革命[M]. 北京：中信出版社， 2013

[2] WINIG L. GEs Big Bet on Data and Analytics[R]. Cambridge： MIT Sloan Management Review， Case Study， 2016