智能制造的國際實踐及中國機會

李潔

近年來，世界制造業(yè)主要國家都陸續(xù)發(fā)布了智能制造相關(guān)的戰(zhàn)略和政策，美國再工業(yè)化戰(zhàn)略的主要方向就是布局智能制造關(guān)鍵技術(shù)，推動軟件和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢反哺制造業(yè)，促進制造業(yè)智能化和數(shù)字化發(fā)展。德國則聚焦于制造過程和生產(chǎn)裝備的智慧發(fā)展，工業(yè)4.0已經(jīng)漸漸演變?yōu)槿驊?zhàn)略，相關(guān)的協(xié)作框架和技術(shù)平臺也不斷完善。

中國適時推出《中國制造2025》戰(zhàn)略，并將智能制造作為戰(zhàn)略的主攻方向，在戰(zhàn)略出臺后，智能制造專項也快速跟進，成為《中國制造2025》的第一個落地專項。與此同時，日本、韓國和英國等國家也摩拳擦掌，不甘落后，以期在智能制造價值鏈上占據(jù)有利地位。

除了政府，一些制造業(yè)領(lǐng)先企業(yè)也紛紛加快轉(zhuǎn)型，力圖成為智能制造的主導者，其中實力最雄厚，戰(zhàn)線最長的就是通用電氣（GE）和西門子（Siemens）兩家企業(yè)。

這兩家企業(yè)對智能制造展開了系統(tǒng)性全價值鏈布局，且都是軟件開發(fā)和硬件制造兼長。在這一輪變革中它們緊抓智能制造這條主線，致力于主導核心技術(shù)標準，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)技術(shù)生態(tài)。

稍有不同的是通用電氣仍然代表了美國范式，強調(diào)用強大的信息通訊技術(shù)反哺制造業(yè)，所以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念成為美國智能制造的代表;而西門子則是德國制造的典型，更多聚焦制造環(huán)節(jié)，所以提到西門子智能制造的典型，關(guān)鍵詞更多指向安貝格工廠、成都工廠。

我們也可以看到兩家的戰(zhàn)略布局有明顯的差別，西門子更多的布局是生產(chǎn)端，“偏硬一點”，比如在成都建設(shè)的智能工廠，而通用電氣的布局更側(cè)重服務端，“偏軟一點”，比如在航空領(lǐng)域利用智能產(chǎn)品來提供遠程運維等智能服務。

個人認為，智能制造將會被制造業(yè)大國所引領(lǐng)、由裝備制造業(yè)巨頭來主導，智能制造的重心落在制造，不掌握核心技術(shù)、熟悉制造的過程，智能化則無從談起，沒有強大的制造實體，智能化則是空中樓閣。

有的國家，像韓國和英國，他們最多只能是參加、補充或者是在局部領(lǐng)先，有的國家，像印度等發(fā)展中國家，他們只能處于跟隨地位，因為產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，水平低。如果不出意外，德國和美國會占據(jù)智能制造的引領(lǐng)地位，在技術(shù)標準和游戲規(guī)則上掌握話語權(quán)，最終構(gòu)建系統(tǒng)性競爭力。日本會力爭在優(yōu)勢領(lǐng)域不掉隊，在機器人和機床關(guān)鍵等智能裝備方面保持領(lǐng)先。而中國通過將智能制造和產(chǎn)業(yè)升級充分結(jié)合，構(gòu)建完整的新工業(yè)生態(tài)，則有很大的機會實現(xiàn)并行乃至超越式發(fā)展。

智能制造是兩個IT的融合

雖然主要制造業(yè)國家智能制造發(fā)展的路徑有所不同，但其在方向和內(nèi)涵上卻有相通的地方，有人把智能制造概括為工業(yè)技術(shù)（industry technology）和信息技術(shù)（informationtechnology）的深入融合，即兩個IT的融合，不僅僅是疊加，而且要有乘數(shù)關(guān)系，是兩個IT的平方。

我更贊成對智能制造進行廣義理解，可以看到，當前這種融合產(chǎn)生于價值鏈上的研發(fā)、設(shè)計、制造、銷售和服務等各個環(huán)節(jié)，通過數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的鋪設(shè)，最終打通各個環(huán)節(jié)，形成虛實合一的生產(chǎn)系統(tǒng)。但普遍來看，制造是最難且最關(guān)鍵的一環(huán)，它以經(jīng)驗為主，有自己的話浯體系，依賴于技術(shù)工人的經(jīng)驗，隱含太多的隱性知識，難以被“編碼化”，如果沒有深度理解產(chǎn)業(yè)知識，僅僅對表層數(shù)據(jù)進行收集分析，效果不大，盲目使用這些低質(zhì)量數(shù)據(jù)來指導生產(chǎn)更有可能造成“內(nèi)息走岔”。

縱觀全球主要工業(yè)企業(yè)，能做到兩類技術(shù)兼容并蓄的企業(yè)不多，這類企業(yè)往往需要有長度、有寬度、有高度、有深度。有長度是指發(fā)展時間長，熟知產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成和特點，好比在一條復雜的公路上行駛，企業(yè)能知道在哪個直道可以加速，在哪個彎道應該減速。有高度是指企業(yè)占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈高端，掌握核心技術(shù)，再推進兩個IT融合的時候能夠找得準、捆的牢;有深度是指企業(yè)，充分了解行業(yè)中關(guān)鍵的隱性知識，能有效將智能技術(shù)和裝備導入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)深層次的兩個IT的融合。

近兩年國際和國內(nèi)上均出現(xiàn)一批智能制造典型企業(yè)，這些企業(yè)往往都是行業(yè)中的領(lǐng)先企業(yè)，掌握了行業(yè)內(nèi)的核心技術(shù)，積累了充足的“隱性知識”，具有實施智能制造的“先發(fā)優(yōu)勢”。

智能制造的起點在工廠和車間

對于智能制造，各類觀察者有著不同的視角，有的側(cè)重于政策，有的側(cè)重于企業(yè)戰(zhàn)略，有的側(cè)重于新的技術(shù)，而我認為可以選取一個更微觀的視角——車間。

車間是勞動者、工業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)以及原材料最終匯合的場所，縱觀歷史上英國、美國、德國和日本制造業(yè)的崛起，都是突出表現(xiàn)在它們從車間生產(chǎn)中獲取了競爭優(yōu)勢。我們不得不去觀察車間里發(fā)生的變化，生產(chǎn)要素的融合發(fā)生在車間，價值源泉是來自于車間，未來制造業(yè)的革命也將首先發(fā)生在車間中。

德國企業(yè)對于這一點是更加篤信不疑，其智能制造戰(zhàn)略所考量的點也是圍繞著工廠里的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)方式的變化。工業(yè)4.0的主題也正是智能工廠和智能制造。

如果你參觀過西門子成都工廠，站在二樓的通道里俯瞰整個車間，你也許會發(fā)現(xiàn)車間的布置和其他工廠并無什么不同，甚至在部分環(huán)節(jié)仍存留不少人工，但如果你了解智能制造的內(nèi)涵，在解說以及想象力的幫助下，或許有可能“看到”生產(chǎn)線下源源不斷的數(shù)據(jù)流。

西門子成都工廠不僅搭建了先進的生產(chǎn)設(shè)施，還構(gòu)建了高效的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，這包括工業(yè)網(wǎng)絡、數(shù)字化軟硬件、數(shù)據(jù)庫、智能技術(shù)等關(guān)鍵共性技術(shù)，所以工廠里不僅存在著我們能輕易看到的生產(chǎn)自動化、物流自動化，還廣泛存在我們不易察覺的數(shù)據(jù)采集的自動化、管理的自動化，數(shù)字不僅僅是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的結(jié)果，更是引導生產(chǎn)、優(yōu)化生產(chǎn)的主要依據(jù)，制造業(yè)變成數(shù)據(jù)驅(qū)動型的制造，工人、裝備和產(chǎn)品之間實現(xiàn)了互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)流和物質(zhì)流以及價值流實現(xiàn)了有機統(tǒng)一，車間由“黑箱”走向了透明，這是革命性的變化。

智能制造是Evolution（進化）不是Revolution（革命）

智能制造不是一個發(fā)展目標，它其實是一種工具和手段，或者可以理解為一種解決問題的方式。一些研究機構(gòu)指出，“工業(yè)4.0”不是一次Revolution，而是一個較長時期的Evolution。

企業(yè)實施智能制造，可以放眼長遠，但同時也需做到腳踏實地，這既是一些業(yè)內(nèi)專家所總結(jié)的發(fā)展智能制造要做到“眼高手低“。企業(yè)要結(jié)合自己在兩個IT上的發(fā)展水平，即用數(shù)字化和信息化手段來一步步走向“更高、更快、更強”。

智能制造的發(fā)展需要用兩條腿走路，一條腿是企業(yè)對工藝技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)的開發(fā)能力;一條腿是企業(yè)對信息化技術(shù)的應用能力，兩個方面是相輔相成的，制造技術(shù)的推進會促進智能技術(shù)應用的深化，智能技術(shù)的導入也會在一定程度上助推企業(yè)生產(chǎn)水平的提升，這是一個動態(tài)聯(lián)動的過程，任何一條腿有短板都會讓企業(yè)走不快、走不遠。

有的企業(yè)僅僅在用一條腿走路，且走的不是很穩(wěn)，有的企業(yè)剛長出信息化的腿，正在蹣跚摸索，有些企業(yè)早已動身，現(xiàn)在大步前行，即使這樣，他們還在不斷的學習完善，例如西門子德國安貝格工廠，它已用20多年的時間來發(fā)展智能制造，被業(yè)界稱為“最接近工業(yè)4.0的工廠”，但它仍然有改進和優(yōu)化的空間，而成都工廠在建設(shè)的時候也給未來的升級留下了足夠的“擴展槽”和“接口”，比如它的立體倉庫目前是3個貨架，而設(shè)計容量則達到了7個，最有趣的是它的車間的布置，一樓布置電氣和控制設(shè)施，二樓布置執(zhí)行設(shè)備，二樓的地板上留下了許多圓孔，以便于后期設(shè)備的增添和調(diào)整。

今年7月，西門子成都工廠決定擴大成都“數(shù)字化工程”的規(guī)模，已建設(shè)完成的西門子一期項目以及正在建設(shè)的二期項目總投資將超過10億元人民幣，建筑面積將達到約5.1萬平方米。

智能制造三要素

智能制造的形式和手段多種多樣，行業(yè)之間和企業(yè)之間的差別很大，即使同一行業(yè)中相似的企業(yè)，也有可能從不同的環(huán)節(jié)開始，使用不同的技術(shù)手段，從完整系統(tǒng)角度來剖析具體行業(yè)或企業(yè)的智能制造，有三個要素是最基本的，它也是企業(yè)管理者在實施智能制造項目時必須思考的三個問題：生產(chǎn)什么？用什么設(shè)備？怎么生產(chǎn)？

第個是：生產(chǎn)什么？ （Product）

是指企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。一般來說，制造業(yè)的智能制造可分為流程行業(yè)的智能制造和離散行業(yè)的智能制造，不同的產(chǎn)品，其智能制造的環(huán)節(jié)和模式有所不同，而且，在當前的技術(shù)條件下，并非所有的行業(yè)都適合發(fā)展智能制造。因此，我們在對兩個工廠智能制造水平進行比較的時候，如果他們不是同一行業(yè)，同類產(chǎn)品，則對比的意義不大。

一般來說，流程行業(yè)總體的自動化、智能化水平要高于離散行業(yè)，而在離散行業(yè)內(nèi)，產(chǎn)品的價值越高、產(chǎn)量越大、標準化程度越高、生產(chǎn)自動化水平越高、模塊化程度越高、產(chǎn)品自身智能化水平越高的領(lǐng)域就越適合上智能制造。

以西門子成都工廠為例，它主要生產(chǎn)PLC、HMI和IPC設(shè)備，屬于離散行業(yè)，簡單地理解就是把各類零部件組裝成各類工業(yè)電子產(chǎn)品。這些產(chǎn)品多是模塊化產(chǎn)品，組裝工藝標準化程度高，一些特殊復雜工藝環(huán)節(jié)已經(jīng)實現(xiàn)了機械化和自動化，具有向智能制造進一步升級的基礎(chǔ)。

但并不是所有生產(chǎn)工業(yè)電子產(chǎn)品的企業(yè)都實現(xiàn)了自動化，筆者曾經(jīng)參觀過幾家技術(shù)水平相對落后的電子企業(yè)，這些企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品檔次較低，生產(chǎn)規(guī)模較小，而且制造裝配環(huán)節(jié)多以工人的手工操作為主，整體處于1.0～2.0之間，這樣的企業(yè)并不具備發(fā)展智能制造的條件，它首要的考慮是先做自動化的改造。

當然，對于生產(chǎn)什么，還可以做更深一步的理解，就是企業(yè)要想實施智能制造，必須對于他所生產(chǎn)的產(chǎn)品有本質(zhì)上的理解，我們有時候去看一些智能制造做的比較好的企業(yè)，都是規(guī)模較大的企業(yè)，比如國內(nèi)的海爾、蒙?；蛘邍獾奈鏖T子、寶馬，我們總會想當然的把智能制造理解為一種投入，因為企業(yè)需要購買許多先進的設(shè)備，要對生產(chǎn)工藝進行徹底的改造，這些企業(yè)是行業(yè)內(nèi)的龍頭，它們財力雄厚，所以走在了前面。

其實智能制造不止是錢的問題，規(guī)模大僅是表面原因，最根本的優(yōu)勢是這些企業(yè)掌握了產(chǎn)品的核心技術(shù)，看透了產(chǎn)品的本質(zhì)，摸清了生產(chǎn)工藝的特點。我們?yōu)槲鏖T子成都工廠每百萬產(chǎn)品僅為9.4的出錯率感到吃驚，但耀眼成績的背后是工廠的智能制造系統(tǒng)覆蓋了超過1000個測量點，企業(yè)知道哪些因素會影響到產(chǎn)品質(zhì)量。這種能力是通過長期學習而來的，企業(yè)生產(chǎn)的越多，就理解的越多，正如庖丁解牛一般，企業(yè)可以做到“目無全?！?，它們看到的是牛的內(nèi)部機理筋骨，然后就可以做到“以無厚入有間”，最后推行智能制造，自然可以走得快一點。

第二是：用什么生產(chǎn)？ （Productivity）

這個主要考慮到機器、機器人和人三者之間的關(guān)系。

不同行業(yè)的生產(chǎn)能力構(gòu)成是不一樣的，比如在汽車制造行業(yè)，我們看到了大量的機器人替代了人，支撐了制造流，但是在芯片制造行業(yè)、飲料制造行業(yè)，機器人不多，但是生產(chǎn)的自動化程度也挺高，這就是專用設(shè)備在發(fā)生作用。

在許多地方我們還能看到大量的工廠是人海戰(zhàn)術(shù)，比如筆者曾去過的貴州一家知名的辣醬工廠，大量的工人組成了生產(chǎn)線，企業(yè)也做了許多嘗試，希望用智能機器和機器人替代人力，但由于工藝上難以滿足，至今沒有取得太大進展。

我認為智能制造并非是用機器人去替代人，而是根據(jù)市場需求和生產(chǎn)需要做到最優(yōu)配置，在組合中實現(xiàn)人盡其才、物盡其用，從這個角度來看，我們不能簡單地用一個工廠的機器人數(shù)量或者工廠的無人化程度來判斷它的智能水平，而是應該看工廠內(nèi)人和機器人的協(xié)同程度。

即使是比成都工廠智能化水平更高的德國安貝格工廠，其自動化率也只是75%，仍有為數(shù)不少的人在發(fā)揮著作用。來到成都西門子工廠，我們看到并非是帶有科幻味道的無人工廠，雖然在物流、配送及檢測等環(huán)節(jié)主要由智能裝備來完成，但在組裝、包裝等工序上仍然存在許多技術(shù)工人，但在有人的環(huán)節(jié)也會通過智能化的輔助裝備來規(guī)避人在能力上的短板，有效實現(xiàn)了效率、靈活性和可靠性的兼得。

比如在裝配線上，我們看到有許多人工操作環(huán)節(jié).自動小車運送過來將需要加工的零件運送到組裝工人的工位，這時候工作人員通過顯示在電腦上的任務單，完成裝配。生產(chǎn)中，生產(chǎn)訂單由MES系統(tǒng)統(tǒng)一下達，并與ERP系統(tǒng)相集成，完成數(shù)據(jù)的實時傳送，當產(chǎn)品要到達下一個工序前要通過嚴格的檢驗，整個生產(chǎn)過程中有20多個質(zhì)量控制點，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)，也專門開發(fā)了視覺檢測裝備，它用相機拍照下產(chǎn)品的圖像，與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺中的正確圖像進行比對，瑕疵品將被挑出，這相比傳統(tǒng)生產(chǎn)中的人工抽檢要可靠和快速得多。

第三個是：怎么生產(chǎn)？ （Producrion）

智能制造是靠數(shù)據(jù)來驅(qū)動的，數(shù)據(jù)反映生產(chǎn)設(shè)備的健康狀況，反映產(chǎn)品的質(zhì)量，管理人員通過可視化的數(shù)據(jù)信息來優(yōu)化生產(chǎn)，但這更要求企業(yè)掌握核心技術(shù)，找到關(guān)鍵的數(shù)據(jù)關(guān)系。

經(jīng)濟上的很多研究是將工廠看作黑箱，因為傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式主要靠經(jīng)驗，靠規(guī)章制度，靠企業(yè)文化，難以琢磨總結(jié)。但是智能制造模式下要更多的靠數(shù)據(jù)來組織生產(chǎn)，對于生產(chǎn)控制的決策主要依靠聯(lián)通的、持續(xù)的智能數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在各個層面和各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)了整合，工廠變得越來越透明，設(shè)備對產(chǎn)品進行加工，產(chǎn)品在生產(chǎn)線上滾動，工人的一舉一動，都在數(shù)據(jù)倉庫中留了可追溯的數(shù)據(jù)痕跡。幫助管理者搜集信息、整合信息，輔助決策。

筆者曾經(jīng)調(diào)研過一些工廠，他們在實施智能制造項目的時候就很難從經(jīng)驗驅(qū)動成功轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動，多數(shù)企業(yè)沒有能力搜集完整且高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，但最大的制約是不能理解數(shù)據(jù)關(guān)系，它看不出99和100之間的差異，不掌握分析和利用數(shù)據(jù)的知識。

西門子成都工廠某種程度上可以被稱之為數(shù)據(jù)工廠，通過數(shù)據(jù)的可視化，管理人員可以快速定位問題。在智能數(shù)據(jù)的幫助下，可以快速清晰地發(fā)現(xiàn)效率損失在哪里？質(zhì)量問題發(fā)生在哪個環(huán)節(jié)？進而突破原有生產(chǎn)方式的極限。據(jù)西門子的工作人員介紹，這家員工總數(shù)不超過500人的工廠，年產(chǎn)自動化產(chǎn)品超過250萬件，平均每10秒生產(chǎn)一件產(chǎn)品，每100萬件產(chǎn)品中有缺陷的不超過10件，達到國際領(lǐng)先水平。這些指標遠遠優(yōu)于那些雇傭了大量熟練工人的日本和德國的汽車工廠。

不僅僅生產(chǎn)過程是數(shù)字化的，生產(chǎn)工藝也逐漸被拆解，進而轉(zhuǎn)向了數(shù)字化，此前生產(chǎn)的組織更多依靠經(jīng)驗型管理，各種規(guī)章制度給人的行為建立約束和邊界，而未來則會由數(shù)據(jù)提供引導，每一個崗位都會變得“有據(jù)可依”。

例如在西門子成都工廠中的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，由于是混流生產(chǎn)，零件盒上的信號燈會指示工作人員所需安裝的零件，避免誤操作;在包裝環(huán)節(jié)，并沒有實現(xiàn)機械自動化，但卻實現(xiàn)了信息自動化，信息工作站會確認到達包裝環(huán)節(jié)的產(chǎn)品是否完成了所有測試，與此同時，裝箱單會被顯示在屏幕上，如果所有的流程和工作步驟都完成了，工作站會把標簽打印出來，如果沒有通過，這項任務就將被鎖住，停止運行，而且標簽也不會被打印出來，想想如果沒有實現(xiàn)信息自動化，這一環(huán)節(jié)不僅需要投入大量人力，還會成為最容易出錯的一個環(huán)節(jié)。

中國機會何在

如前文所述，中國是目前最可能做到在智能制造發(fā)展上同美國和德國實現(xiàn)并行發(fā)展甚至是超越發(fā)展的國家，結(jié)合上文對智能制造的理解，可以看到中國發(fā)展智能制造的主要優(yōu)勢來自制造業(yè)內(nèi)部，是一種內(nèi)生的、自發(fā)的發(fā)展動力。

首先，最主要的優(yōu)勢來自于中國制造業(yè)的總體規(guī)模優(yōu)勢，目前中國已經(jīng)是全球制造業(yè)第一大國，并且在許多產(chǎn)業(yè)已經(jīng)做到全球第一，中國有大量的車間和工廠，擁有一批經(jīng)驗豐富的技術(shù)工人，我們在產(chǎn)業(yè)鏈上一些“點”和局部片段上已具備領(lǐng)先優(yōu)勢，這給制造業(yè)的智慧轉(zhuǎn)型尤其是生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能升級提供了豐富的產(chǎn)業(yè)資源和實驗空間。

其次，中國的裝備制造業(yè)也已經(jīng)是全球最大規(guī)模，目前在工業(yè)機器人、數(shù)控機床、3D打印等關(guān)鍵智能裝備領(lǐng)域形成了一定技術(shù)實力，同時中國在ICT裝備制造商也形成了世界級的競爭力，這給制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化發(fā)展提供了強大的技術(shù)支撐。

最后，中國制造業(yè)的發(fā)展迫切需要加快轉(zhuǎn)型升級，大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而智能制造正是一條切實可行的道路選擇，尤其是各個行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先型企業(yè)，市場競爭加劇和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的壓力使得他們不得不加快智能轉(zhuǎn)型，而這些企業(yè)在重構(gòu)自己的同時也重新塑造了整個產(chǎn)業(yè)。正如西門子成都工廠參觀結(jié)束后一位記者感嘆：“走著走著就上高速了，總不能還騎著自行車吧！”