一文彻底读懂智能制造！| 猎萌行业洞察67：
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当前，智能制造成为业界关注的热点。2015年，工信部批准了46个智能制造试点示范项目和94个智能制造专项，发布了国家智能制造标准体系建设指南（2015版），很多企业跃跃欲试，希望通过推进智能制造实现“少人化”，降低成本，灵活应对市场变化，更好地满足客户需求。
那么，智能制造究竟是什么？包含哪些范畴？可以肯定的是，智能制造的“制造”二字，是广义的，指的是“manufacturing”，不仅仅是指生产（Production）。
与智能制造相关的概念很多，列举如下：
数字化制造（Digital Manufacturing）
这是一种软件技术，指的是通过仿真软件对产品的加工与装备过程，以及车间的设备布局、物流、人机工程等进行仿真，目前主要的软件包括西门子的Tecnomatix和达索系统的Delmia。在CIMdata对PLM的定义中，DM属于其中一个领域。
数字化工厂（Digital Factory）
数字化工厂指的是从产品研发、工艺、制造、质量和内部物流等与产品制造价值链相关的各个环节都基于数字化软件和自动化系统进行支撑，能够实现实时的数据采集和分析。这个概念西门子采用较多，西门子有一个数字化工厂集团，专门提供相关的产品和解决方案。
西门子成都电子工厂也被称为数字化工厂，该工厂已经广泛应用了RFID、机器视觉，实现了工控产品的混流生产。数字化工厂一个重要的标志，是需要MES（制造执行系统）软件、WMS（仓储管理系统）软件的支撑。
智能工厂（Smart Factory）
智能工厂目前没有统一一致的定义。按照业务流程专家Scheer教授的观点，工业4.0的最底层叫做Real time smart factory。斯以为，智能工厂相对于数字化工厂而言，主要强调生产数据、计量数据、质量数据的采集的自动化，不需要人工录入信息，能够实现对采集数据的实时分析，实现PDCA循环。SAP有一个MII系统（制造集成与智能），可以实现对工厂数据的多维度分析。
关于智能制造，其内涵是实现整个制造业价值链的智能化和创新，是信息化与工业化深度融合的进一步提升。
智能制造融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术和人工智能技术。智能制造包括开发智能产品；应用智能装备；自底向上建立智能产线，构建智能车间，打造智能工厂；践行智能研发；形成智能物流和供应链体系；开展智能管理；推进智能服务；最终实现智能决策。
目前智能制造的“智能”还处于Smart的层次，智能制造系统具有数据采集、数据处理、数据分析的能力，能够准确执行指令，能够实现闭环反馈；而智能制造的趋势是真正实现“Intelligent”，智能制造系统能够实现自主学习、自主决策，不断优化。
（智能制造的关键技术）
1.智能产品（Smart Product）
智能产品通常包括机械、电气和嵌入式软件，具有记忆、感知、计算和传输功能。典型的智能产品包括智能手机、智能可穿戴设备、无人机、智能汽车、智能家电、智能售货机等，包括很多智能硬件产品。智能装备也是一种智能产品。企业应该思考如何在产品上加入智能化的单元，提升产品的附加值。比如在工程机械上添加传感器，可以对产品进行定位和关键零部件的状态监测，为实现智能服务打下基础。
（智能汽车）
2.智能服务（Smart Service）
基于传感器和物联网（IoT），可以感知产品的状态，从而进行预防性维修维护，及时帮助客户更换备品备件，甚至可以通过了解产品运行的状态，帮助客户带来商业机会。还可以采集产品运营的大数据，辅助企业进行市场营销的决策。此外，企业通过开发面向客户服务的APP，也是一种智能服务的手段，可以针对企业购买的产品提供有针对性的服务，从而锁定用户，开展服务营销。
全球PLM领导厂商之一，美国PTC公司斥巨资进军物联网和服务生命周期管理领域，成为智能服务领域的领军企业之一。而智能服务最著名的案例，莫过于罗尔斯.罗伊斯将卖发动机转为卖飞行小时的服务。此外，个性化定制也属于一种智能服务。例如，国外一家公司叫做Yooshu的公司，提供个性化定制服务，专门制作符合客户双脚形状的个性化沙滩鞋。
（物联网驱动智能服务的案例）
3.智能装备（Smart Equipment）
制造装备经历了机械装备到数控装备，目前正在逐步发展为智能装备。智能装备具有检测功能，可以实现在机检测，从而补偿加工误差，提高加工精度，还可以对热变形进行补偿。以往一些精密装备对环境的要求很高，现在由于有了闭环的检测与补偿，可以降低对环境的要求。智能装备一个最基本的要求，就是要提供开放的数据接口，能够支持设备联网，国外叫做M2M（机器与机器互联）。三维打印机本质上是一种数控装备，还不是智能装备。
DMG MORI（德玛吉森精机）推出最新的复合加工中心LaserTec65已经融合了增材制造和切削加工（减材制造），可以通过激光堆焊的增材制造工艺快速制造毛坯。Trumpf(通快集团)的激光切割加工中心可以实现三维切割，多台激光加工中心可以共享激光源。这些都属于智能装备。对于工业机器人，如果是单纯按照固定指令执行喷涂、搬运、焊接等工艺的机器人，还不能称为智能装备。但是如果具有了机器视觉，能够准确识别工件，或者自主进行装配，自动避让工人等功能，甚至可以实现人机协作，就属于智能装备。
（DMG MORI的复合加工中心）
4.智能产线（Smart Production line）
很多企业的技术改造重点，就是建立自动化生产线、装配线和检测线。美国波音公司的飞机总装厂已建立了U型的脉动式总装线。自动化生产线可以分为刚性自动化生产线和柔性自动化生产线，柔性自动化生产线一般建立了缓冲。为了提高生产效率，工业机器人、吊挂系统在自动化生产线上应用越来越广泛。目前，很多汽车整车厂已实现了混流生产，在一条装配线上可以同时装配多种车型。
目前，智能产线在我国制造企业的应用还处于起步阶段，但必然是发展的方向。智能产线的特点是：在生产和装配的过程中，能够通过传感器或RFID自动进行数据采集，并通过电子看板显示实时的生产状态；能够通过机器视觉和多种传感器进行质量检测，自动剔除不合格品，并对采集的质量数据进行SPC分析，找出质量问题的成因；能够支持多种相似产品的混线生产和装配，灵活调整工艺，适应小批量、多品种的生产模式；具有柔性，如果生产线上有设备出现故障，能够调整到其他设备生产；针对人工操作的工位，能够给予智能的提示。实际上，我认为西门子成都电子工厂的总装线已经达到了智能产线的水平。
（西门子成都电子工厂的智能总装线）
5.智能车间（Smart workshop）
一个车间通常有多条生产线，这些生产线要么生产相似零件或产品，要么有上下游的装配关系。要实现车间的智能化，需要对生产状况、设备状态、能源消耗、生产质量、物料消耗等信息进行实时采集和分析，进行高效排产和合理排班，显著提高设备利用率（OEE）。因此，无论什么制造行业，制造执行系统（MES）成为企业的必然选择。
目前，中国的MES市场非常热门。国际大牌的自动化厂商西门子、罗克韦尔、GE、施耐德电气有MES软件平台，管理软件巨头SAP、ORACLE、EPICOR提供MES软件，德国的MPDV、PSI，国内的浙大中控、和利时、易往、明基逐鹿、艾普工华、元工国际、兰光创新、广州速威、武汉佰思杰、华铁海兴、鑫海智桥等厂商也非常活跃。此外，先进生产排程（APS）系统也已经进入了制造企业选型的视野，开始了初步实践，实现基于实际产能约束的排产，主流厂商有日本的ASPROVA、德国的JobDISPO APS（兰光创新经销），国内的永凯、安达发、易普优等，元工国际也提供了APS解决方案。APS软件对设备产能、工时等基础数据的准确性要求非常高。
对于药品、食品等行业，国家有强制性的追溯要求，需要通过GMP等行业认证，因此推进MES更加紧迫。前文提到的数字化制造（DM）技术也是智能车间的支撑工具，可以帮助企业在建设新厂房时，根据设计的产能科学进行设备布局，提升物流效率，提高工人工作的舒适程度。
（海尔胶州工厂的虚实融合应用）
MES是一个车间级的综合管理系统，可以帮助企业显著提升设备利用率，提高产品质量，实现生产过程可追溯和上料防错，提高生产效率。需要强调指出的是，纯离散制造企业也可以应用MES系统，但是，MES系统的应用与企业的生产模式息息相关。如果纯离散的制造企业实施了MES之后，又改造为自动化或智能产线，那么MES系统可能会推倒重来。因此，企业进行MES应用需要慎之又慎。智能车间必须建立有线或无线的工厂网络，能够实现生产指令的自动下达和设备与产线信息的自动采集。
（三星的智能车间）
此外，智能车间还有一个典型应用，就是视频监控系统不仅记录视频，还可以对车间的环境，人员行为进行监控、识别与报警。例如，有工人没有带安全帽，进入了不允许进入的区域，或者倒地，都可以自动报警。这方面，三星已经有了成功实践。此外，智能车间应当在温度、湿度、洁净度的控制和工业安全（包括工业自动化系统的安全、生产环境的安全和人员安全）等方面达到智能化水平。
6.智能工厂（Smart Factory）
一个工厂通常由多个车间组成，大型企业有多个工厂。前文已经提到了智能工厂与数字化工厂的区别，一个普遍的共识是，仅仅有自动化生产线和一大堆机器人，并不是智能工厂。作为智能工厂，不仅生产过程应实现自动化、透明化、可视化、精益化，同时，产品检测、质量检验和分析、生产物流也应当与生产过程实现闭环集成。
一个工厂的多个车间之间要实现信息共享、准时配送、协同作业。一些离散制造企业也建立了类似流程制造企业那样的生产指挥中心，对整个工厂进行指挥和调度，及时发现和解决突发问题，这也是智能工厂的重要标志。智能工厂必须依赖无缝集成的信息系统支撑，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系统。大型企业的智能工厂需要应用ERP系统制定多个车间的生产计划（Production planning），并由MES系统根据各个车间的生产计划进行详细排产(production scheduling)，MES排产的粒度是天、小时，甚至分钟。MES是一个企业级的实时信息系统，MES的选型绝不允许各个车间或分厂各自为政。
三星开展了移动工厂（Mobile plant）的实践，工人可以通过智能手机查询工单，可以开视频会议，维修人员碰到疑难问题，可以通过手机视频寻求专家解答，还给智能手机配备了RFID和条码扫描的接口，这也是一个智能工厂的创新实践。
（三星的移动工厂实践）
最近，美国GE公司宣布将工业互联网平台Predix开放。我理解，Predix实际上就是智能工厂的一个集成化的开发平台，GE力图抢占“工业操作系统”的阵地，成为智能工厂领域的“微软”。而思科公司提出万物互联（Internet of Everything,IOE）理念、技术和解决方案，也可以支撑智能服务和智能工厂。
（GE公司提出的智慧工厂理念）
7.智能研发（Smart R&D）
企业要开发智能产品，需要机电软多学科的协同配合；要缩短产品研发周期，需要深入应用仿真技术，建立虚拟数字化样机，实现多学科仿真，通过仿真减少实物试验；需要贯彻标准化、系列化、模块化的思想，以支持大批量客户定制或产品个性化定制；需要将仿真技术与试验管理结合起来，以提高仿真结果的置信度。流程制造企业已开始应用PLM系统实现工艺管理和配方管理，LIMS（实验室信息管理系统）系统比较广泛。
目前，在产品研发方面，已经出现了一些智能化的软件系统，成为智能研发的具体体现。例如Geometric的DFM PRO软件可以自动判断三维模型的工艺特征是否可制造、可装配、可拆卸；CAD Doctor软件可以自动分析三维模型中存在的问题；基于互联网与客户、供应商和合作伙伴协同设计，也是智能研发的创新形式。
汽车整车企业和设计公司广泛应用Cave技术，利用虚拟现实技术辅助产品研发，也是一个智能研发技术。全球PLM领导厂商之一，达索系统公司提出了三维体验（3D Experience）的理念，在VR和AR方面提供了解决方案。安世亚太最近提出工业再设计的理念，将仿真技术与精密制造紧密结合，可以将以为需要多个零件分散制造融合为一个复杂零件，从而提升了零件的工艺性能，降低了零件的重量。
（DFMPro软件进行可制造性分析）
8.智能管理（Smart Management）
一谈到管理，大家都会想到ERP（企业资源计划）系统。记得在2003年，国内就曾经出现过ERP过时的说法，事实上时至今日，ERP仍然是制造企业实现现代化管理的基石。以销定产是ERP最基本的思想，MRP（物料需求计划）是ERP的核心。
制造企业核心的运营管理系统还包括人力资产管理系统（HCM）、客户关系管理系统（CRM）、企业资产管理系统（EAM）、能源管理系统（EMS）、供应商关系管理系统（SRM）、企业门户（EP）、业务流程管理系统（BPM）等，国内企业也把办公自动化（OA）作为一个核心信息系统。为了统一管理企业的核心主数据，近年来主数据管理（MDM）也在大型企业开始部署应用。实现智能管理和智能决策，最重要的条件是基础数据准确和主要信息系统无缝集成。
智能管理主要体现在与移动应用、云计算和电子商务的结合。例如，移动版的CRM系统可以自动根据位置服务确定销售人员是否按计划拜访了特定客户；许多消费品制造企业实现了全渠道营销，实现了多个网店系统与ERP系统的无缝集成，从而实现自动派单。此外，主流电梯制造企业纷纷研发了销售配置器软件系统，可以让销售人员根据客户的需求灵活地进行产品配置，快速进行报价，美国主流管理软件Epicor也包含了配置器功能。戴尔公司是基于互联网实现在线选配的先驱，宝马汽车也提供了在线选配的功能，海尔也开始了这方面的实践。业务流程管理（BPM）软件可以实现对业务流程进行建模，实现业务流程的可视化、模拟与优化，这也是一个典型的智能管理应用。
9.智能物流与供应链（Smart logistics and SCM）
制造企业内部的采购、生产、销售流程都伴随着物料的流动，因此，越来越多的制造企业在重视生产自动化的同时，也越来越重视物流自动化，自动化立体仓库、无人引导小车（AGV）、智能吊挂系统得到了广泛的应用；而在制造企业和物流企业的物流中心，智能分拣系统、堆垛机器人、自动辊道系统的应用日趋普及。
WMS（Warehouse Management System，仓储管理系统）和TMS（Transport Management System，运输管理系统）也受到制造企业和物流企业的普遍关注。其中，TMS系统涉及到GPS定位和GIS的集成，可以实现供应商、客户和物流企业三方的信息共享。上海科箭2015年推出运输云服务，迅速得到企业的接受。
实现智能物流与供应链的关键技术包括自动识别技术，例如RFID或条码、GIS/GPS定位、电子商务、EDI（电子数据交换），以及供应链协同计划与优化技术。其中，EDI技术是企业间信息集成（B2B Integration）的必备手段，然而我国企业对EDI的重视程度非常不够。EDI技术最重要的价值，就是可以实现供应链上下游企业之间，通过信息系统之间的通讯，实现整个交易过程无需人工干预、而且不可抵赖。
历经多年发展，主流的EDI技术已经是基于互联网来传输数据，而我国很大大型企业建立的供应商门户，实际上只是一种Web EDI，不能够与供应商的信息系统集成，供应商只能手工查询。德国Seeburger公司的B2B Integration平台支持各种EDI标准，为欧洲最大的第三方供应链平台SupplyOn提供了基础平台，2015年秋季e-works的第三届德国工业4.0考察团曾前往Seeburger公司总部考察。供应链协同计划与优化是智能供应链最核心的技术，可以实现供应链同步化，真正消除供应链的牛鞭效应，帮助企业及时应对市场波动。JDA公司是该领域的领导厂商，IBM也有优秀的解决方案。三星已实现了供应链同步化。
（三星的供应链同步化）
10.智能决策（Smart Decision Making）
企业在运营过程中，产生了大量的数据。一方面是来自各个业务部门和业务系统产生的核心业务数据，比如与合同、回款、费用、库存、现金、产品、客户、投资、设备、产量、交货期等数据，这些数据一般是结构化的数据，可以进行多维度的分析和预测，这就是BI（Business Intelligence，业务智能）技术的范畴，也被称为管理驾驶舱或决策支持系统。
同时，企业可以应用这些数据提炼出企业的KPI，并与预设的目标进行对比，同时，对KPI进行层层分解，来对干部和员工进行考核，这就是EPM（Enterprise Performance Management,企业绩效管理）的范畴。从技术角度来看，内存计算是BI的重要支撑。SAP HANA和QlikView软件在这方面已经先行一步。BI软件的另一个趋势是移动BI，支持在智能手机和PAD上进行分析和应用，而要提升移动BI的应用效果，基于云服务无疑是必由之路。
（Power BI软件界面）
对于制造企业而言，要实现智能决策，首先必须将业务层的信息系统用好，实现信息集成，确保基础数据的准确，这样才能使信息系统产生的数据真实可信。在此基础上应用BI软件进行分析。三一重工借助大数据和物联网技术,将工程机械通过机载控制器、传感器和无线通讯模块进行实时采集，通过对大数据进行多维度分析和预测，使“挖掘机”指数成为我国经济运行的晴雨表。
（三一重工的“挖掘机”指数）
在智能制造的大潮之下，信息化与自动化厂商的界限变得越来越模糊。很多国内外主流厂商致力于不断完善自身的智能制造整体解决方案。因此，国内外市场上每年都有诸多并购。达索系统并购MES厂商Apriso，供应链计划与优化软件Quntiq，从而可以实现工业4.0理念中的三个集成；几年前施耐德电气对Wonderware母公司Invensys的并购也体现出自动化与信息化融合的趋势。国内的CAXA、艾克斯特等主流PLM厂商也已将智能制造作为核心发展方向。
智能制造技术的内涵非常深远，实际上，云计算、大数据分析、电子商务、移动应用、物联网和企业社交网络、工业互联网（或产业互联网）等技术都属于智能制造的支撑技术或实现手段，可以说智能制造本身已经蕴含了互联网+制造业。同时，推进智能制造应当符合绿色制造的理念，实现绿色设计、绿色工艺、绿色包装，减少三废排放，建立环保节能的绿色工厂和绿色园区。实现智能制造的核心依然是数据和集成，基础数据要准确，信息系统之间，信息系统与自动化系统之间要实现深度集成。在智能制造的框架下，原有的制造业信息系统并没有过时，而是实现了升华。
智能制造的每一步都走得深重而缓慢，但前进的每一厘都有着非凡的时代意义。希望致力于这个领域的深耕者们终能挖掘出它巨大的潜力，完成一场伟大的颠覆。
