離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級路徑研究

李新宇，李昭甫，高亮

（華中科技大學機械科學與工程學院，武漢 430074）

一、前言

制造業(yè)是國家的經(jīng)濟基礎，是立國之本、興國之器、強國之基 [1,2]；作為我國實體經(jīng)濟的主體，是國民經(jīng)濟體系的重要組成部分。按照產(chǎn)品制造工藝過程特點，制造業(yè)總體上可以分為離散型制造、流程型制造、混合型制造。離散制造包括家電、家居、紡織、食品、火箭、飛機、國防裝備、船舶、電子設備、機床、汽車等行業(yè)，在我國制造業(yè)中占有較大比重，是解決就業(yè)等民生問題的重要產(chǎn)業(yè)，與居民生活息息相關。離散制造業(yè)中雖有航空、汽車、電子等數(shù)字化、智能化水平領先的行業(yè)，但也有自動化、數(shù)字化水平較低的通用及專用設備等行業(yè)，面臨效益偏低、成本較高的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。同時，我國傳統(tǒng)離散制造業(yè)發(fā)展存在產(chǎn)能過剩、利潤率不高、市場競爭激烈等制約因素，迫切需要加快轉(zhuǎn)型升級和提質(zhì)增效，進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級 [3,4]。

當前，有關制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的科學研究及工程實踐處于初期探索階段。在科學研究方面，已有研究圍繞裝備革命在制造業(yè)智能化升級中的重要作用 [5]，中小制造企業(yè)維護人員遠程協(xié)助智能升級方案 [6]，我國制造企業(yè)智能制造“并行推進、融合發(fā)展”的技術升級路線 [7]，離散行業(yè)智能工廠建設的重點突破方向與實施途徑 [8]，石化工業(yè)與鋼鐵工業(yè)等流程制造業(yè)智能化目標、特征、路徑等 [9]展開了一系列研究。在工業(yè)方面，西門子股份公司推出的MindSphere平臺支持企業(yè)打造智能工廠；通用電氣公司的Predix平臺廣泛應用于航空、醫(yī)療、能源等行業(yè)；施耐德電氣公司在全新EcoStruxure架構與平臺的基礎上打造可編程邏輯控制器，實現(xiàn)了針對生產(chǎn)過程的智能化升級；海爾集團公司自主研發(fā)的COSMOPlat工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將用戶需求和整個智能制造體系連接起來，讓用戶全流程參與產(chǎn)品設計研發(fā)、生產(chǎn)制造、物流配送、迭代升級等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了跨行業(yè)、跨領域的擴展與服務。

當前，我國離散制造各行業(yè)之間在行業(yè)應用基礎、市場需求、關注點等諸多維度和層面存在顯著差異 [10]，因此離散制造行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級沒有一成不變的路徑，需要結合行業(yè)和企業(yè)實際進行具體實施。本文在研究離散制造行業(yè)典型特征的基礎上，分析數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級面臨的挑戰(zhàn)和共性關鍵技術，結合家電、家居、紡織、食品4個典型行業(yè)轉(zhuǎn)型升級案例，提出數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的技術路徑；總結離散型制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的重點任務，提出相應的對策建議。

二、離散制造行業(yè)的典型特征

傳統(tǒng)離散制造行業(yè)普遍存在自動化、數(shù)字化水平較低，基礎支撐技術薄弱，產(chǎn)品附加值低，制造過程資源、成本和能耗較高，污染嚴重等問題，發(fā)展智能制造是推進離散制造行業(yè)提質(zhì)增效、促進中國制造業(yè)由大變強的重要支撐。離散制造行業(yè)的產(chǎn)品通常是由多個零件經(jīng)過一系列不連續(xù)的工序加工，再經(jīng)裝配而成的較大型系統(tǒng) [2]。離散制造行業(yè)的典型特征可概括為以下9個方面。

行業(yè)維度。離散制造行業(yè)細分門類多，且各個行業(yè)的產(chǎn)品及其市場需求都具有不同特點，如生產(chǎn)批量、制造模式、工藝流程等。各個行業(yè)的企業(yè)規(guī)模不同，企業(yè)的數(shù)字化、信息化、自動化以及管理運營水平也有明顯差異，相應業(yè)務需求和未來發(fā)展路徑也不相同。因此，離散制造各行業(yè)之間在應用基礎、市場需求、關注點、知識壁壘、商業(yè)模式等方面存在顯著差異。

產(chǎn)品全生命周期維度。離散制造行業(yè)涉及研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、銷售、運維服務、回收等多個環(huán)節(jié)，在應用場景、領域知識復雜度、管理方式等方面都具有很大的差異性，而各個環(huán)節(jié)之間既獨立存在又具有很強的關聯(lián)性 [11]。

工藝流程維度。按定單、庫存生產(chǎn)，多品種、小批量或單件生產(chǎn) [1]，產(chǎn)研并重，混線生產(chǎn)，生產(chǎn)設備不按照產(chǎn)品而按照工藝進行布置。

自動化水平維度。自動化水平主要指單元級的自動化水平。離散制造行業(yè)的自動化水平較低，需要對每個單件、每道工序的加工質(zhì)量進行檢驗，操作人員的技術水平將在很大程度上決定產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

生產(chǎn)計劃管理維度。產(chǎn)品的工藝過程經(jīng)常變更，需要具有良好的計劃能力和生產(chǎn)系統(tǒng)支撐。

批號管理和跟蹤維度。對批號管理和跟蹤正在完善過程中。

作業(yè)計劃調(diào)度維度。根據(jù)優(yōu)先級、工作中心能力、設備能力等，對工序級和設備級的作業(yè)計劃進行調(diào)度。

數(shù)據(jù)采集維度。以手工上報為主，結合條形碼采集等半自動化信息采集技術，進行人員、設備、物料、質(zhì)量等基本信息的采集。

設備管理維度?？梢赃M行同一種加工工藝的機床一般有多臺，單臺設備故障不會對整個產(chǎn)品線的工藝過程產(chǎn)生嚴重影響。

三、離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級面臨的挑戰(zhàn)

（一）應用基礎薄弱

數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的前提是強化應用基礎。數(shù)字化、信息化發(fā)展的不平衡和不充分是我國離散制造行業(yè)當前的主要矛盾。第五代移動通信技術（5G）等先進信息技術為離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了技術支撐，但工業(yè)技術發(fā)展時間短、基礎弱，高端制造技術發(fā)展受制于人。離散制造行業(yè)雖然規(guī)模大、門類廣，但自動化水平低、改造成本高且難度大，阻礙了離散制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。針對離散制造行業(yè)的需求和痛點，強化智能制造的應用基礎與平臺推廣是我國離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的挑戰(zhàn)之一。

（二）關鍵技術缺乏

離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的基礎在于提升關鍵技術。我國工業(yè)的發(fā)展相較于發(fā)達國家起步晚、時間短、底子薄，自主可控技術整體偏少。目前，數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級所依賴的工業(yè)裝備、工業(yè)軟件等核心技術，在很大程度上仍依賴進口。關鍵技術的發(fā)展是企業(yè)對行業(yè)制造工藝的長期積淀與探索，也是外部合作機構深入理解企業(yè)生產(chǎn)與運作方式并開展有效合作的前提。關鍵技術自主可控作為我國實現(xiàn)離散制造行業(yè)跨越式發(fā)展和提質(zhì)增效的重要基礎，也是面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

（三）人才與文化資源短缺

離散制造行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級，關鍵在于加強人才培養(yǎng)?？萍紕?chuàng)新歸根結底是人才的創(chuàng)新，而人才短缺是離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中不可忽視的短板。數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級又是文化重塑的過程，敏捷、試錯、反思、學習、尊重、平等、用戶導向是更適應智能化時代的新文化?！白陨隙隆毙纬晒沧R，以人為本、服務于人、激發(fā)全員主動性，這是離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要保障。需要加強行業(yè)人才與文化建設，激活人才創(chuàng)新內(nèi)生動力。

（四）數(shù)據(jù)匯聚利用困難

數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的要素包括眾多數(shù)據(jù)的匯聚利用，因而結構化、完整、準確、可靠、實時的數(shù)據(jù)匯聚利用是轉(zhuǎn)型升級的前提。企業(yè)工業(yè)設備、傳感器等協(xié)議類型多樣且數(shù)字化、智能化程度較低，致使數(shù)據(jù)采集不完備、不準確；數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)所有權等敏感問題導致企業(yè)不愿貿(mào)然使用智能化平臺；數(shù)據(jù)準確性不高、利用率低和應用場景缺乏的問題影響企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的積極性，在價值創(chuàng)造方面收效甚微。因此，確保相關數(shù)據(jù)匯聚并準確、安全地利用，是推進離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級所面臨的又一挑戰(zhàn)。

（五）經(jīng)濟效益不明顯

數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的根本目標是增加經(jīng)濟效益。目前，離散制造行業(yè)中的部分大企業(yè)在自身業(yè)務發(fā)展需要、政策支持與引導資金投入的推動下率先進行了轉(zhuǎn)型升級，但中小企業(yè)轉(zhuǎn)型升級仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如應用場景不明晰、轉(zhuǎn)型成本高、收益低、轉(zhuǎn)型成本難以抵消、市場化商業(yè)模式挖掘難等，導致轉(zhuǎn)型升級動力不足。對中小企業(yè)而言，進一步提高轉(zhuǎn)型升級效率和效益、挖掘可行的商業(yè)模式、不斷深耕應用場景、打造高性能系統(tǒng)和平臺，進而解決效益不明顯和應用前景不清晰問題，是離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的長期挑戰(zhàn)。

四、離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的共性關鍵技術

離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級將深度融合先進制造技術、新一代信息技術、第一代人工智能（AI）技術等共性關鍵技術（見圖1），從而提高研發(fā)生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源配置、創(chuàng)新商業(yè)模式、催生新業(yè)態(tài)和新技術。先進制造技術是工業(yè)技術生產(chǎn)的核心基礎，也是離散制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級技術體系中最重要環(huán)節(jié)；新一代信息技術開拓了與物理世界平行的虛擬世界，為人–機–物–法–環(huán)的交互、協(xié)同與共融提供了技術手段；新一代AI技術將推動社會經(jīng)濟從“數(shù)字經(jīng)濟”走向“智能經(jīng)濟”，催生一系列的新模式、新業(yè)態(tài)、新技術。

圖1 離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級共性關鍵技術

（一）先進制造技術

先進制造技術是離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的基石和內(nèi)核 [12]，涵蓋產(chǎn)品全生命周期各個環(huán)節(jié)，主要包括智能設計、智能加工 [13]、智能調(diào)度、智能檢測等技術。離散制造行業(yè)中的生產(chǎn)設備、裝配車間、物流系統(tǒng)等生產(chǎn)資料數(shù)字化的核心是工業(yè)知識及其數(shù)字化模型，如制造機理模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動模型、設計優(yōu)化模型、管理調(diào)度模型等?；贏I技術的輔助，先進制造技術可以充分滿足離散制造業(yè)柔性批量生產(chǎn)和產(chǎn)品規(guī)?；ㄖ频男枨?，更好支持產(chǎn)品和服務的高質(zhì)量實現(xiàn)。

拓撲優(yōu)化技術依靠堅實的理論基礎并與大規(guī)模、高效率計算機技術結合，成為智能設計領域的核心技術之一。拓撲優(yōu)化旨在給定邊界條件和各類約束條件的基礎上，獲得最佳的材料分布形式以實現(xiàn)結構目標性能最優(yōu)，近年來越來越多地用于解決各類工程設計問題（見圖2）?；趥鹘y(tǒng)的宏觀結構拓撲優(yōu)化設計技術可實現(xiàn)工程結構的智能設計，大幅減輕結構重量并提升承載能力，最大化材料利用率；可考慮結構的多種物理屬性，如結構基頻、強度、熱變形等?；谕負鋬?yōu)化領域的多尺度設計技術可實現(xiàn)智能超材料設計，如通過設計材料微觀結構獲得具有負泊松比特性的超材料 [14]，通過考慮材料微觀特性對結構熱傳遞的影響設計出具有熱隱身性能的超材料 [15]。相應超材料具有廣泛的應用前景。

圖2 基于拓撲優(yōu)化技術的智能設計應用

（二）新一代信息技術

5G、邊緣計算、區(qū)塊鏈等新一代信息技術是數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的引擎和助力。新一代信息技術高速發(fā)展并具有強大的滲透能力，將原本的“數(shù)字孤島”連接起來，擴展了控制生產(chǎn)資源和生產(chǎn)流程的空間，也為人–機–物–法–環(huán)的交互、協(xié)同與共融提供了手段。區(qū)塊鏈技術是離散制造系統(tǒng)中各智能體可靠、可信、安全、高效的聯(lián)結途徑，具有去中心化、自治化、透明不可篡改、可追溯性等特點。

5G技術具有高帶寬、低時延、高可靠性、大規(guī)模節(jié)點等優(yōu)勢，結合網(wǎng)絡切片、邊緣計算等關鍵技術，為制造車間關鍵要素感知數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通以及準確分析預測提供了重要保障，促進了智能車間調(diào)度技術的發(fā)展（見圖3）。依托5G技術，設計云–邊–端協(xié)同的感知體系，實現(xiàn)智能車間多源異構數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通；基于感知數(shù)據(jù)，利用AI技術實現(xiàn)不確定異常事件的準確預測，將不確定異常事件轉(zhuǎn)化為可預測、可規(guī)避的確定事件 [16]；根據(jù)預測結果及時調(diào)整調(diào)度模型，變被動響應為主動調(diào)控，降低異常事件對生產(chǎn)過程的影響，確保生產(chǎn)計劃高效穩(wěn)定地執(zhí)行 [17]。

圖3 基于5G的制造車間調(diào)度技術

（三）新一代人工智能技術

新一代AI技術是數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的“頂層建筑”。AI技術的快速發(fā)展推動社會經(jīng)濟從“數(shù)字經(jīng)濟”走向“智能經(jīng)濟”，社會形態(tài)和生產(chǎn)模式也將發(fā)生巨大變革 [18～20]。例如，大數(shù)據(jù)技術、深度學習技術、強化學習技術、人機協(xié)作智能技術、基于網(wǎng)絡的群體智能技術、跨媒體推理技術等的融入，最終將給離散制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級帶來質(zhì)的飛躍。基于AI技術的海量數(shù)據(jù)實時處理與可視化技術，建立制造流程數(shù)字孿生模型與機理混合模型，是實現(xiàn)離散制造過程高效率數(shù)字化智能的關鍵。

在AI領域，深度學習是機器學習研究中的熱門方向，近年來發(fā)展迅速。相較于傳統(tǒng)的故障診斷方法，基于深度學習的故障診斷可以自動提取特征而不需要復雜的信號處理過程 [21]；基于深度學習方法可以高效地完成表面缺陷特征提取與定位[22]。多標識的領域自適應網(wǎng)絡故障診斷技術 [23]，可以節(jié)省特征工程的時間，提高故障診斷的泛化程度；半監(jiān)督式卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的表面缺陷檢測技術節(jié)省了數(shù)據(jù)標記成本 [24]，在有限數(shù)據(jù)條件下實現(xiàn)了表面缺陷檢測（見圖4）。

圖4 基于深度學習的智能診斷技術

五、離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的典型案例分析及技術路徑

目前，中國制造業(yè)已步入平穩(wěn)發(fā)展階段。我國離散制造行業(yè)普遍處于工業(yè)2.0的后期階段，智能制造水平相對薄弱，制造業(yè)亟待轉(zhuǎn)型升級。離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級應是全方位的，數(shù)字與智能技術的深化應用將在商業(yè)模式、服務模式、研發(fā)模式、運營模式、制造模式、決策模式6個方面推進轉(zhuǎn)型升級（見圖5）。離散制造行業(yè)處于應用不同轉(zhuǎn)型升級模式進行嘗試的階段，大部分處于轉(zhuǎn)型升級的前期階段，以制造模式轉(zhuǎn)型升級為主；部分企業(yè)嘗試進行運營模式和決策模式的轉(zhuǎn)型升級；商業(yè)模式、研發(fā)模式、服務模式的轉(zhuǎn)型升級對企業(yè)要求較高，僅有少部分企業(yè)在進行探索應用。以離散制造行業(yè)中的4個典型企業(yè)為例，分析其數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級技術路徑。

圖5 離散制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級不同階段的轉(zhuǎn)型升級模式

（一）研發(fā)模式轉(zhuǎn)型升級

海爾集團公司積極實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型，致力成為互聯(lián)網(wǎng)時代智慧家庭的引領者；已從傳統(tǒng)制造家電企業(yè)轉(zhuǎn)型為面向全社會孵化創(chuàng)客的平臺，為中小企業(yè)提供智能制造、個性化定制的解決方案。海爾集團公司的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級主要經(jīng)歷了3個階段（見表1）。① 定制化與信息化升級階段，通過大電商平臺的規(guī)劃，實現(xiàn)了企業(yè)對企業(yè)、企業(yè)對消費者、跨境電商等全電商業(yè)務的融合，打通用戶的前端獲取、購買、配送、接收的全流程交互體驗，為用戶提供了家電產(chǎn)品以外的增值服務。② 自動化、網(wǎng)絡化建設階段，海爾互聯(lián)工廠實現(xiàn)了精密裝配機器人集群，引入企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、倉庫管理系統(tǒng)（WMS）等，實現(xiàn)產(chǎn)品與設備、產(chǎn)品與模塊、產(chǎn)品與人員之間的多重互聯(lián)，顛覆了傳統(tǒng)的串聯(lián)式作業(yè)模式，實現(xiàn)并聯(lián)式生產(chǎn)。③ 全面網(wǎng)絡化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化探索階段，建立了COSMOPlat工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過聚合高水平獲獎案例，為行業(yè)提供數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐的路徑參考，顯現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新價值。整體來看，海爾集團公司積極引入先進技術，實現(xiàn)了家電制造產(chǎn)線的自動化及智能化升級轉(zhuǎn)型，使得產(chǎn)品研發(fā)周期縮短了30%，人均產(chǎn)值提高了30%，產(chǎn)能提升近1倍；COSMOPlat為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實際場景應用提供了平臺支撐，成為離散制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新的價值基準。

表1 海爾集團數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級時間表

（二）運營模式轉(zhuǎn)型升級

索菲亞家居股份有限公司（簡稱“索菲亞”）運用統(tǒng)一的制造運營管理平臺， 以生產(chǎn)現(xiàn)場可視化、制造過程透明化、跨工廠績效管理標準化實現(xiàn)了企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。索菲亞的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級主要經(jīng)歷了4個階段（見表2）。① 信息化管理階段，運用計算機輔助設計（CAD）制圖軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工畫圖，應用條碼系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)了信息化管理。② 信息化與自動化齊頭并進階段，在采用ERP系統(tǒng)的同時，引入柔性生產(chǎn)線以提高生產(chǎn)效率，成立信息與數(shù)字化中心以實現(xiàn)信息化系統(tǒng)全面覆蓋并全面推廣柔性生產(chǎn)線。③ 數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化探索階段，實施“X計劃”，上線MES、WMS及供應商管理系統(tǒng)以實現(xiàn)倉儲智能自動化、分揀智能自動化，規(guī)劃并建設智能工廠。④ 網(wǎng)絡化、智能化探索階段，“未來工廠”4.0車間投產(chǎn)，以互聯(lián)網(wǎng)為依托并通過運用大數(shù)據(jù)、AI等先進技術手段，對商品生產(chǎn)、流通、銷售過程進行升級改造，進而重塑了業(yè)態(tài)結構和生態(tài)圈。整體來看，索菲亞通過信息化、自動化、智能化相關技術的應用，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能化和生產(chǎn)管理的數(shù)字化，完成了制造模式和管理方式的轉(zhuǎn)型升級，使得生產(chǎn)效益提升了50%，人工成本降低了30%～50%；綜合應用基于互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)、AI技術實現(xiàn)了商品生產(chǎn)、流通與銷售過程的升級改造，成為離散制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的典型案例。

表2 索菲亞家居股份有限公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級時間表

（三）商業(yè)模式轉(zhuǎn)型升級

青島酷特智能股份有限公司（簡稱“酷特”）是一家服裝智造企業(yè)，形成了以大規(guī)模定制為核心的酷特智能模式，提出了個性化定制模式和用戶直連制造（C2M）商業(yè)模式，構建了酷特C2M產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系，更好滿足了消費者的個性化需求 [7]?？崽氐臄?shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級主要經(jīng)歷了4個階段（見表3）。① 信息化管理與自動化生產(chǎn)階段，選擇了大規(guī)模個性化定制作為主要的商業(yè)模式，運用自動化設備升級生產(chǎn)工廠并推出電子商務系統(tǒng)。② 信息化和自動化齊頭并進階段，引入自動化設計、MES、WMS等新技術，初步形成C2M的新商業(yè)模式。③ 數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化探索階段，引入數(shù)字化生產(chǎn)計劃系統(tǒng)，著力推動數(shù)據(jù)標準化建設，形成了數(shù)據(jù)驅(qū)動的大規(guī)模個性化定制新模式。④ 網(wǎng)絡化、智能化探索階段，在引入智能物流和自動化倉儲系統(tǒng)后，物流部門的用工量減少了80%；通過運用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術，形成了互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系，初步建成智能工廠。整體來看，酷特實現(xiàn)了C2M的新商業(yè)模式轉(zhuǎn)型，建立了人、事、物互聯(lián)互通的智能工廠；與傳統(tǒng)模式相比，生產(chǎn)效率提高了25%，成本下降了50%，利潤增長了20%，成為質(zhì)量提升和供給側結構性改革的典型實踐。

表3 青島酷特智能股份有限公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級時間表

（四）制造模式轉(zhuǎn)型升級

內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司（簡稱“伊利” ）是我國首批智能制造試點示范項目中唯一的乳制品企業(yè)，發(fā)展“智慧乳業(yè)”，引領全行業(yè)積極探索信息化、智能化。伊利的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級主要經(jīng)歷了3個階段（見表4）。① 自動化建設階段，在連通平臺、站點、在線自動包裝系統(tǒng)、瑞士格物流庫房等方面實施自動化建設，實現(xiàn)了乳制品生產(chǎn)全過程自動化。② 數(shù)字化、網(wǎng)絡化轉(zhuǎn)型階段，搭建智能制造系統(tǒng)，實時獲取設備狀態(tài)和數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互，形成了產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)、政策法規(guī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、食品安全風險評估系統(tǒng)等線上平臺。③ 網(wǎng)絡化、智能化探索階段，投入生產(chǎn)計劃執(zhí)行系統(tǒng)、全生命周期質(zhì)量追溯系統(tǒng)，自主研發(fā)配方管理系統(tǒng)等安全可控的核心軟件，實現(xiàn)了制造裝備升級、信息互聯(lián)互通的智能建設，促使生產(chǎn)效率明顯提升和運營成本顯著降低。整體來看，伊利將數(shù)字化智能化技術應用到全產(chǎn)業(yè)鏈，推進“智慧乳業(yè)”建設，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化，助力經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)步提升；為消費者提供了多元化、高品質(zhì)的產(chǎn)品與服務，也為我國乳業(yè)高質(zhì)量發(fā)展探索出新的路徑。

表4 內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級時間表

六、離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級的重點任務

（一）突破制造智能關鍵使能技術

智能傳感器與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造的基礎，重點突破智能傳感器與傳感網(wǎng)絡及智能終端、即插即用技術、實時網(wǎng)絡操作系統(tǒng)技術、機器對機器技術、制造IoT技術。大數(shù)據(jù)和知識庫是智能制造的核心，重點突破制造大數(shù)據(jù)挖掘技術、大數(shù)據(jù)智能分析與管理技術、面向制造大數(shù)據(jù)的綜合推理技術。智能推理是智能制造的靈魂，重點突破智能建模與仿真技術、全息人機協(xié)同系統(tǒng)、復雜對象智能控制系統(tǒng)技術、數(shù)字孿生技術 [25,26]。

（二）研發(fā)智能制造裝備

重點研發(fā)的智能制造裝備包括智能機床、智能成形制造裝備、特種智能制造裝備、智能機器人、智能柔性制造產(chǎn)線等。智能機床應具有加工狀態(tài)實時感知與交互、產(chǎn)品工藝自主決策與優(yōu)化、加工精度持久保持能力等特性[27]，智能成型制造裝備應具有信息獲取、模型預測、決策控制功能，特種智能制造裝備應具有超高溫、超高壓等超常工作環(huán)境適應性以及超精密、高能束等超常工藝適應能力，智能機器人應能勝任焊接、打磨、精細裝配、機加工、柔順控制等工作，智能柔性制造生產(chǎn)線應具有多制造功能單元、制造島結合協(xié)作的高度柔性化和智能化能力。

（三）建設數(shù)字化、智能化車間

數(shù)字化制造車間、網(wǎng)絡化制造車間是智能化車間的初級形態(tài) [28]：前者的各種設備要實現(xiàn)數(shù)字化管理和控制，對加工數(shù)據(jù)進行數(shù)字化描述、集成、分析和決策，進而對各種設備進行數(shù)字化控制；后者基于集成的數(shù)據(jù)進行智能分析和決策，智能地優(yōu)化整個制造過程，使資源得到最合理的配置和優(yōu)化。

（四）打造數(shù)字化、智能化工廠

數(shù)字化、智能化工廠是智能制造的典型代表。在產(chǎn)品設計方面，通過制造工藝與成品性能的三維模擬與仿真優(yōu)化，實現(xiàn)計算機輔助的精確可靠規(guī)劃設計。在生產(chǎn)制造方面，利用工業(yè)機器人、數(shù)控機床和其他智能裝備，自動、高效、穩(wěn)定地完成各項生產(chǎn)操作 [8]。在運營管理方面，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎上，通過有效組織和融合制造領域知識，滿足供應管理、生產(chǎn)營銷、質(zhì)量追溯、售后運維等全價值鏈的增長需求。

（五）提供數(shù)字化、智能化服務

相較傳統(tǒng)制造服務，數(shù)字化、智能化服務主要體現(xiàn)在提高服務的狀態(tài)環(huán)境感知、服務規(guī)劃、決策和控制水平、服務質(zhì)量等。在工業(yè)技術軟件服務方面，提供網(wǎng)絡化智能工業(yè)軟件的集成應用。在工業(yè)產(chǎn)品智能服務方面，提供重大裝備的智能運維服務。在生產(chǎn)服務方面，提供生產(chǎn)性服務過程的跟蹤、調(diào)度和優(yōu)化控制等智能服務。在云服務方面，提供全社會制造與服務能力的集成與共享服務。在社群化智能制造服務方面，提供實多企業(yè)間的無縫社交與協(xié)同生產(chǎn)、智能化產(chǎn)品運維服務。

（六）構建標準體系和安全體系

標準體系應重點構建：技術標準體系，如云計算、區(qū)塊鏈、信息物理系統(tǒng)（CPS）等，以技術的應用和操作為重點；產(chǎn)品標準體系，如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，側重于技術應用和產(chǎn)品服務方面；過程標準體系，如工業(yè)化和信息化深度融合、智能制造等，涵蓋范圍廣、類型多，應側重多個維度以分析發(fā)展演進過程；安全標準體系，構建離散制造行業(yè)信息安全和物理安全平臺，匯聚安全數(shù)據(jù)，積累安全知識和攻防經(jīng)驗，開展大數(shù)據(jù)分析，進行預警、識別、審計、漏洞管理、防御、殺毒等。

七、對策建議

（一）加快示范應用

建議積極支持和引導離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級和智能工廠示范；在示范基礎上，大規(guī)模推行制造裝備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級工程及企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級工程，支持形成具有區(qū)域優(yōu)勢的智能制造生態(tài)鏈。圍繞高端紡織、新型電力裝備、工程機械、家居、家電等重點行業(yè)，實施智能制造示范項目并篩選典型示范企業(yè)，樹立標桿企業(yè)形象并傳播推廣。

（二）突出“中國制造”

在離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級過程中，應突出核心技術、關鍵裝備、工業(yè)軟件的“中國制造” ，警惕和防止高端裝備、核心技術“空心化”現(xiàn)象。在核心技術、關鍵裝備、工業(yè)軟件方面推行“產(chǎn)學研用”一體化協(xié)同創(chuàng)新模式，著力解決離散制造行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級過程中的技術難題。

（三）培育高新技術人才

離散制造行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級需要在戰(zhàn)略、思想、技術、執(zhí)行等方面加強人才儲備。建議完善職業(yè)教育與專業(yè)人才培養(yǎng)模式，注重可持續(xù)發(fā)展，培養(yǎng)離散制造業(yè)智能化工廠方向的專業(yè)技術與人才隊伍。推進智能制造人才隊伍建設，培養(yǎng)智能制造人才 [29]：一是智能制造高技術人才，培養(yǎng)掌握制造技術，熟悉數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化技術，精通智能制造技術，善于解決工程實際問題的智能制造高技術人才；二是智能制造高技能人才，培養(yǎng)知識先進、技術精湛、能工巧匠型的智能制造高技能人才；三是高水平的智能制造管理人才，尤其是企業(yè)家群體。

（四）制定相應法律法規(guī)

探索通過立法引領產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷完善財稅、金融、知識產(chǎn)權、人才培養(yǎng)等配套的政策法規(guī)體系，促進制造業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。建立數(shù)字資產(chǎn)知識產(chǎn)權保護機制，引入數(shù)字資產(chǎn)許可制度，構建透明的數(shù)字資產(chǎn)使用環(huán)境；加大政府財政資金支持力度，實施必要的稅收激勵政策，采取多元化金融支持方式；利用信息技術對數(shù)字資產(chǎn)進行加密、標記、追溯和監(jiān)控，加強對違規(guī)行為的法律約束。