工業(yè)4.0下智能制造與精益生產(chǎn)思想相關(guān)研究評述與技術(shù)路線

余慶澤　毛為慧　袁澤沛　趙林林

摘 要：隨著工業(yè)4.0的提出，全球開始以智能制造為主導(dǎo)的新一輪工業(yè)革命競賽，其中有“中國制造2025”計劃。通過介紹智能制造發(fā)展歷程及我國制造業(yè)發(fā)展情況，本文分析了國內(nèi)外智能制造領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及不足，認為制造企業(yè)急需向精益化、智能化的新型智能制造轉(zhuǎn)型升級，同時評論了業(yè)內(nèi)最新提出的精益智能制造理論，闡明了該領(lǐng)域研究的關(guān)鍵問題和技術(shù)路線，以期拋磚引玉，指引未來的研究方向。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0;智能制造;精益生產(chǎn)思想;精益智能制造

中圖分類號：F273;F279.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）20-0061-03

Research and Technical Routes Related to Intelligent Manufacturing

and Lean Production Thought under Industry 4.0

YU Qingze1 MAO Weihui1 YUAN Zepei2 ZHAO Linlin1

（1. Huizhou Economics and Polytechnic College，Huizhou Guangdong 516057;2.Wuhan University，Wuhan Hubei 430072）

Abstract： With the introduction of Industry 4.0， the world began a new round of industrial revolutionary competition dominated by smart manufacturing， including the "Made in China 2025" program. By introducing the development history of intelligent manufacturing and the development of China's manufacturing industry， this paper analyzed the research status and shortcomings of intelligent manufacturing in China and abroad， and believed that manufacturing enterprises urgently need to transform and upgrade to lean and intelligent new intelligent manufacturing， at the same time， commented on the latest lean intelligent manufacturing theory in the industry， and clarified the key issues and technical routes of research in this field， with a view to guiding the future research direction.

Keywords： Industry 4.0;intelligent manufacturing;lean production ideas;lean intelligent manufacturing

制造業(yè)是一個國家國民經(jīng)濟的主體和經(jīng)濟長期競爭力的體現(xiàn)。國家間的制造業(yè)能力差異能夠解釋國家間收入差異的70%[1]。隨著2008年全球金融危機爆發(fā)后，全世界更加關(guān)注實體經(jīng)濟，尋求基于網(wǎng)絡(luò)實體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性強、資源利用效率高及基因工程學(xué)特征鮮明的智慧工廠，使生產(chǎn)和服務(wù)更高效、更具價值。隨著2013年德國政府推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，全球制造業(yè)確立了向智能化轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向，并開始了以智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）為主導(dǎo)的新一輪工業(yè)革命競賽。各個主要經(jīng)濟體鎖定了未來發(fā)展的戰(zhàn)略新定位，相繼提出“美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”“日本全球智能制造合作計劃”以及歐盟IMS2020等智能制造發(fā)展計劃。

自2005年以來，中國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，總體規(guī)模大幅提升、綜合實力不斷增強，至2010年成為全球第一。工業(yè)和信息化部網(wǎng)公開資訊顯示，2013年，我國制造業(yè)產(chǎn)出占世界的比重達到20.8%，連續(xù)4年保持世界第一大國地位，在500余種主要工業(yè)產(chǎn)品中，產(chǎn)量位居世界第一的有220多種，約占44%。2017年工業(yè)增加值達到28.0萬億元，占GDP的比重達到33.85%。2017年高技術(shù)制造業(yè)增加值增長13.4%，占規(guī)模以上工業(yè)增加值的比重為12.7%。根據(jù)《“十二五”智能制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國智能制造裝備業(yè)將成為具有國際競爭力的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，我國將建立完善的智能裝備產(chǎn)業(yè)體系，產(chǎn)業(yè)銷售收入將超過3萬億元，國內(nèi)市場占有率超過60%，實現(xiàn)裝備智能化及制造過程自動化。然而，中國人口老齡化、人力成本上升給企業(yè)帶來成本和生產(chǎn)效率等壓力。中國制造業(yè)大而不強，僅有16%的企業(yè)進入智能制造應(yīng)用階段[2]，因而提升制造業(yè)自動化和信息化水平成為制造業(yè)的發(fā)展方向?！吨袊圃?025》（國發(fā)〔2015〕28號）明確指出：“堅持把創(chuàng)新擺在制造業(yè)發(fā)展全局的核心位置，通過創(chuàng)新驅(qū)動，推動跨領(lǐng)域跨行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，突破一批重點領(lǐng)域關(guān)鍵共性技術(shù)，促進制造業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化?！蓖瑫r，其制定了戰(zhàn)略目標(biāo)：到2025年邁入制造強國行列;到2035年達到世界制造強國陣營中等水平;到新中國成立一百年時，綜合實力進入世界制造強國之列。綜上所述，智能制造成為全球未來發(fā)展的戰(zhàn)略定位。

1 智能制造領(lǐng)域研究現(xiàn)狀

國內(nèi)學(xué)術(shù)界對智能制造領(lǐng)域相關(guān)研究的細分主題分布較廣，包括智能制造、智能工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能裝備等，其中以智能制造（論文占比46.21%）、企業(yè)管理和制造業(yè)（各占5%左右）為主。宋利康等[3]闡述了智能制造通過信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合，實現(xiàn)自感知、自診斷、自優(yōu)化、自決策、自執(zhí)行的高度柔性生產(chǎn)的本質(zhì)。王淼和王湘念[4]認為，智能制造是從獨立設(shè)備的機器智能到制造過程系統(tǒng)智能演進發(fā)展的生產(chǎn)方式，具有動態(tài)感知、實時分析、自主決策和精準執(zhí)行四個典型特征。楊叔子和丁洪提出[5]，智能制造體系（Intelligent Manufacturing System，IMS）就是建構(gòu)在制造技術(shù)與通信信息技術(shù)深度融合基礎(chǔ)上的集感知、分析、決策和執(zhí)行于一體的智能化制造體系，力圖解決以往工業(yè)化進程中人類腦力勞動自動化效率低的難題，即：在1870—1980年的100多年工業(yè)化進程中，生產(chǎn)效率提高20倍，但生產(chǎn)管理效率只提高1.8～2.2倍。蘇貝和楊水利[6]通過對15個智能制造典型案例的研究發(fā)現(xiàn)，智能制造是一種面向產(chǎn)品全生命周期的可持續(xù)發(fā)展模式，不同于以往的機器化智能，強調(diào)整個制造過程的系統(tǒng)性智能，其本質(zhì)是提高企業(yè)管理經(jīng)營活動中的價值創(chuàng)造能力。

20世紀90年代初，美國采用的柔性制造系統(tǒng)中有20%的設(shè)備沒有投入實際使用，主要就在于這些設(shè)備與企業(yè)管理和員工能力不匹配[7]?；ヂ?lián)網(wǎng)提供了基于網(wǎng)絡(luò)的原型、虛擬產(chǎn)品測試和虛擬市場測試等多種方式，使企業(yè)可以將消費者或客戶的集體智慧融入創(chuàng)新過程中[8]，使制造企業(yè)借助智能化集成提高人類腦力勞動的自動化效率成為可能，而且互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下消費者的增權(quán)過程，使智能制造需要將更廣泛的人的范疇納入智能制造體系中。

縱觀國內(nèi)外有關(guān)智能制造的研究，其總體上可概括為兩個層面：一是制造對象的智能化，如產(chǎn)品智能化、制造設(shè)備智能化;二是制造主體的智能化，如制造過程智能化、管理智能化[9]。然而，工業(yè)4.0下智能制造的推進、新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新讓制造業(yè)在轉(zhuǎn)型升級中面臨一個問題：企業(yè)如何實現(xiàn)設(shè)備與人、先進技術(shù)與先進文化融合，以便有效提高智能制造效率。這一問題在目前研究中鮮有涉及。

國內(nèi)外對智能制造的經(jīng)濟管理理論研究尚處于起步階段[10]，尤其是關(guān)于智能制造與先進思想相融合的理論與應(yīng)用方面的研究比較薄弱。文獻檢索發(fā)現(xiàn)，后者較為欠缺，且碎片化、不成系統(tǒng)。國內(nèi)論述智能制造與先進管理融合方面的論文不足5篇。孟凡生和趙剛[11]研究發(fā)現(xiàn)，技術(shù)創(chuàng)新、先進生產(chǎn)、人才建設(shè)等因素正朝影響智能制造的方向發(fā)展。它表明企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級需要兩個關(guān)鍵要素的融合力量的支持，即硬實力（技術(shù)創(chuàng)新）和軟實力（企業(yè)先進建設(shè)）。于曉飛等[12]提出精益管理、協(xié)同創(chuàng)新等四大優(yōu)先行動領(lǐng)域，首先要開展精益管理，包括：生產(chǎn)環(huán)節(jié)精益改善，加快精益生產(chǎn)，實現(xiàn)最低成本;產(chǎn)品質(zhì)量精益改善，引導(dǎo)企業(yè)應(yīng)用先進質(zhì)量管理技術(shù)和方法，實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量;綠色制造精益改善：開展綠色創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計等，完善綠色制造，實現(xiàn)最低污染。

2 精益智能制造理論提出

黨的十九大報告明確指出，中國面臨著“發(fā)展質(zhì)量和效益還不高，創(chuàng)新能力不夠強”等問題。因此，必須堅持質(zhì)量第一、效益優(yōu)先，以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，推動經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量變革、效率變革、動力變革，提高全要素生產(chǎn)率。有學(xué)者提出在智能制造中優(yōu)先實施精益管理，旨在創(chuàng)新性地把先進技術(shù)與先進管理方法融合一起，實現(xiàn)質(zhì)量變革、效率變革，落實企業(yè)運營“低成本、低污染、高效率、高質(zhì)量、高價值”。劉承元[13]在《工業(yè)4.0精益不能缺席》一書中提出：企業(yè)要走向工業(yè)4.0，需要進行精益化、自動化、智慧化、智能化等建設(shè)，而且精益化是其他三化的基礎(chǔ)，精益化將伴隨企業(yè)走向4.0的整個進程。他認為精益化是走向工業(yè)4.0的手段，是一個持續(xù)的過程。綜合以上分析，筆者認為，要想實現(xiàn)中國制造強國夢，中國制造急需向精益化、智能化的新型智能制造轉(zhuǎn)型升級。

精益生產(chǎn)理念源自豐田汽車公司生產(chǎn)方式，其最初的思想是“消除不能創(chuàng)造價值的浪費，以縮短作業(yè)時間”，其應(yīng)用目的在于管理精細化、流程精益化、作業(yè)標(biāo)準化以及現(xiàn)場規(guī)范化。它體現(xiàn)一種“不斷改善、追求極致”的管理思維和文化。美國學(xué)者詹姆斯·沃麥克在其著作《精益思想》中指出：精益管理是從人出發(fā)，通過構(gòu)建精益文化來影響和激勵員工，在精益改善中培養(yǎng)員工并逐漸形成企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)體系，通過精益改善等實踐活動及精益文化的交互作用，使得企業(yè)在技術(shù)層面和文化層面逐漸達到精益。精益管理的本質(zhì)是“造物先育人”的思想和實踐[13]。它是以員工成長（心智、意識和能力提升）為導(dǎo)向，以革新既有管理系統(tǒng)、方法為目的，以智能化、準時化、定制化為原則，并通過采用人性化辦法促進員工廣泛參與，實現(xiàn)企業(yè)、員工和客戶價值的最大化。詹姆斯·沃麥克提倡培養(yǎng)精益革新文化，培養(yǎng)員工精益求精和持續(xù)創(chuàng)新的思維和習(xí)慣。精益生產(chǎn)的核心（靈魂）就是價值創(chuàng)造，創(chuàng)造更多、更優(yōu)價值[14]。

歐陽生和孔德洋[15]基于100多個企業(yè)精益管理咨詢實踐經(jīng)驗，率先提出精益智能制造理論。他們認為，精益智能制造要分步實施，有三個階段、六大要素。第一階段是精益化+創(chuàng)新化（精益文化、模式規(guī)劃、企業(yè)規(guī)劃;產(chǎn)品、制造和管理模式創(chuàng)新）;第二階段是自動化、數(shù)字化（機器人、制造升級;管理升級）;第三階段是智能化、互聯(lián)化（創(chuàng)造升級、管理升級;實實協(xié)同、虛實協(xié)同）。由此可見，精益智能制造是智能化生產(chǎn)與精益化生產(chǎn)理念的融合，是多學(xué)科和領(lǐng)域的融合，急需專門的課題進行研究。鑒于國內(nèi)外相關(guān)研究欠缺，下面分析該類課題的研究思路與技術(shù)路線。

3 精益智能制造研究關(guān)鍵與技術(shù)路線

首先，精益智能制造研究能為制造企業(yè)提供智能化、精益化生產(chǎn)的理論與實踐的參考依據(jù)，推動企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提升經(jīng)濟效益，促進中國制造2025計劃的實現(xiàn)。

其次，明確精益智能制造研究的重難點：應(yīng)重點研究優(yōu)化三個智能制造關(guān)鍵流程，使之“智能化+精益化”，包括生產(chǎn)流程“智能化+精益化”、供應(yīng)鏈流程“智能化+精益化”、管理流程“智能化+精益化”等，減少浪費、創(chuàng)造更高價值。研究難點在于：為中國企業(yè)構(gòu)建適合工業(yè)4.0環(huán)境的智能制造與精益先進理念相融合的制造業(yè)管理體系4.0，使智造高效實施，促進中國智造快速發(fā)展、實現(xiàn)中國制造2025計劃。

另外，精益智能制造研究的關(guān)鍵問題有三個。一是智能化轉(zhuǎn)型升級的重要基礎(chǔ)是精益先進理念，各制造企業(yè)精益化程度不一致、差異大，存在智能系統(tǒng)與設(shè)備實施運轉(zhuǎn)不順暢的風(fēng)險，達不到預(yù)期效果。國家要幫助企業(yè)制定智能制造流程精益化的標(biāo)準化要求和規(guī)則，促進企業(yè)智能化、規(guī)范化、精準化運行。二是提出“智造+精益化”的實施路徑，總結(jié)先進企業(yè)實踐與應(yīng)用案例的相關(guān)經(jīng)驗，形成行之有效的先進管理理論和實踐參考指南。三是中國制造2025計劃要實現(xiàn)，專業(yè)人才培養(yǎng)和建設(shè)是最關(guān)鍵的一個問題。目前，國內(nèi)對精益智能制造相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)仍缺乏系統(tǒng)理論和大量實踐的支持。

總之，人們要明確和掌握精益智能制造研究關(guān)鍵與技術(shù)路線。一是開展行業(yè)調(diào)研，調(diào)查制造企業(yè)存在的問題點和轉(zhuǎn)型升級難點;二是進行理論與實證研究，構(gòu)建智造精益化運營與管理系統(tǒng)，制定落地實施方案，包括生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、物流等智能化流程;三是實施成果轉(zhuǎn)化，先在幾家企業(yè)實施“智造精益化”試點落地，形成實踐應(yīng)用案例總結(jié)和研究報告;四是優(yōu)化迭代與推廣應(yīng)用，對企業(yè)實踐中遇到的問題進行歸類，優(yōu)化智造精益化方案并不斷迭代，再擴大范圍進行推廣應(yīng)用，撰寫精益智能制造實施的相關(guān)理論，將其作為智能制造實踐的參考指南。

參考文獻：

[1]Money Science.The Atlas of Economic Complexity：Mapping Paths to Prosperity[M].Boston：The MIT Press，2014.

[2]任毅東，童童.“智能制造”對中國食品工業(yè)的影響及發(fā)展預(yù)判[J].食品工業(yè)科技，2015（22）：32-36.

[3]宋利康，鄭堂介，黃少華，等.航空智能制造技術(shù)：飛機裝配智能制造體系構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2015（13）：38-45.

[4]王淼，王湘念.智能制造的基礎(chǔ)、組成與發(fā)展途徑[J].航空制造技術(shù)，2015（13）：32-37.

[5]楊叔子，丁洪.智能制造技術(shù)與智能制造系統(tǒng)的發(fā)展與研究[J].中國機械工程，1992（2）：15-18.

[6]蘇貝，楊水利.基于扎根理論的制造企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級影響因素研究[J].科技管理研究，2018（8）：115-123.

[7]KorenY.Factorization Meets the Neighborhood：A Multifaceted Collaborative Filtering Model[C]//14th ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining.2008.

[8]Sawhney M，Verona G，Prandelli E.Collaborating to Create：the Internet as a Platform for Customer Engagement in Product Innovation[J].Journal of Interactive Marketing，2005（4）：4-17.

[9]寧振波.智能制造：從美、德制造業(yè)戰(zhàn)略說起[J].航空制造技術(shù)，2015（13）：18-23.

[10]肖靜華，毛蘊詩，謝康.基于互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)的智能制造體系與中國制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級[J].產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟評論，2016（2）：5-16.

[11]孟凡生，趙剛.傳統(tǒng)制造向智能制造發(fā)展影響因素研究[J].科技進步與對策，2018（35）：66-72.

[12]于曉飛，陳小玲，汪俊楓.構(gòu)建浙江版工業(yè)4.0的思路初探[J].商，2015（43）：253.

[13]劉承元.工業(yè)4.0，精益不能缺席[J].企業(yè)管理，2016（3）：33-34.

[14]蔣壇軍.精益生產(chǎn)的核心是價值創(chuàng)造：回應(yīng)《豐田生產(chǎn)方式≠精益生產(chǎn)》[J].企業(yè)管理，2017（5）：57.

[15]歐陽生，孔德洋.工業(yè)4.0時代中國制造業(yè)新出路：《精益智能制造》推薦閱讀[J].中國機械工程，2018（16）：2010-2015.