工業4.0下智能制造與精益生產思想相關研究評述與技術路線

余慶澤　毛為慧　袁澤沛　趙林林

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

關鍵詞：工業4.0;智能制造;精益生產思想;精益智能制造

中圖分類號：F273;F279.2 文獻標識碼：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

制造業是一個國家國民經濟的主體和經濟長期競爭力的體現。國家間的制造業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后，全世界更加關注實體經濟，尋求基于網絡實體系統及物聯網技術，提升制造業的智能化水平，建立具有適應性強、資源利用效率高及基因工程學特征鮮明的智慧工廠，使生產和服務更高效、更具價值。隨著2013年德國政府推出“工業4.0”戰略，全球制造業確立了向智能化轉型的發展方向，并開始了以智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）為主導的新一輪工業革命競賽。各個主要經濟體鎖定了未來發展的戰略新定位，相繼提出“美國工業互聯網”“日本全球智能制造合作計劃”以及歐盟IMS2020等智能制造發展計劃。

自2005年以來，中國制造業持續快速發展，總體規模大幅提升、綜合實力不斷增強，至2010年成為全球第一。工業和信息化部網公開資訊顯示，2013年，我國制造業產出占世界的比重達到20.8%，連續4年保持世界第一大國地位，在500余種主要工業產品中，產量位居世界第一的有220多種，約占44%。2017年工業增加值達到28.0萬億元，占GDP的比重達到33.85%。2017年高技術制造業增加值增長13.4%，占規模以上工業增加值的比重為12.7%。根據《“十二五”智能制造裝備產業發展規劃》，到2020年，中國智能制造裝備業將成為具有國際競爭力的先導產業，我國將建立完善的智能裝備產業體系，產業銷售收入將超過3萬億元，國內市場占有率超過60%，實現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帶來成本和生產效率等壓力。中國制造業大而不強，僅有16%的企業進入智能制造應用階段[2]，因而提升制造業自動化和信息化水平成為制造業的發展方向。《中國制造2025》（國發〔2015〕28號）明確指出：“堅持把創新擺在制造業發展全局的核心位置，通過創新驅動，推動跨領域跨行業協同創新，突破一批重點領域關鍵共性技術，促進制造業數字化網絡化智能化。”同時，其制定了戰略目標：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展的戰略定位。

1 智能制造領域研究現狀

國內學術界對智能制造領域相關研究的細分主題分布較廣，包括智能制造、智能工廠、工業互聯網和智能裝備等，其中以智能制造（論文占比46.21%）、企業管理和制造業（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與制造技術深度融合，實現自感知、自診斷、自優化、自決策、自執行的高度柔性生產的本質。王淼和王湘念[4]認為，智能制造是從獨立設備的機器智能到制造過程系統智能演進發展的生產方式，具有動態感知、實時分析、自主決策和精準執行四個典型特征。楊叔子和丁洪提出[5]，智能制造體系（Intelligent Manufacturing System，IMS）就是建構在制造技術與通信信息技術深度融合基礎上的集感知、分析、決策和執行于一體的智能化制造體系，力圖解決以往工業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多年工業化進程中，生產效率提高20倍，但生產管理效率只提高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現，智能制造是一種面向產品全生命周期的可持續發展模式，不同于以往的機器化智能，強調整個制造過程的系統性智能，其本質是提高企業管理經營活動中的價值創造能力。

20世紀90年代初，美國采用的柔性制造系統中有20%的設備沒有投入實際使用，主要就在于這些設備與企業管理和員工能力不匹配[7]。互聯網提供了基于網絡的原型、虛擬產品測試和虛擬市場測試等多種方式，使企業可以將消費者或客戶的集體智慧融入創新過程中[8]，使制造企業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，而且互聯網環境下消費者的增權過程，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。

縱觀國內外有關智能制造的研究，其總體上可概括為兩個層面：一是制造對象的智能化，如產品智能化、制造設備智能化;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4.0下智能制造的推進、新技術的應用創新讓制造業在轉型升級中面臨一個問題：企業如何實現設備與人、先進技術與先進文化融合，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。

國內外對智能制造的經濟管理理論研究尚處于起步階段[10]，尤其是關于智能制造與先進思想相融合的理論與應用方面的研究比較薄弱。文獻檢索發現，后者較為欠缺，且碎片化、不成系統。國內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]研究發現，技術創新、先進生產、人才建設等因素正朝影響智能制造的方向發展。它表明企業智能化轉型升級需要兩個關鍵要素的融合力量的支持，即硬實力（技術創新）和軟實力（企業先進建設）。于曉飛等[12]提出精益管理、協同創新等四大優先行動領域，首先要開展精益管理，包括：生產環節精益改善，加快精益生產，實現最低成本;產品質量精益改善，引導企業應用先進質量管理技術和方法，實現產品高質量;綠色制造精益改善：開展綠色創新與優化設計等，完善綠色制造，實現最低污染。

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“發展質量和效益還不高，創新能力不夠強”等問題。因此，必須堅持質量第一、效益優先，以供給側結構性改革為主線，推動經濟發展質量變革、效率變革、動力變革，提高全要素生產率。有學者提出在智能制造中優先實施精益管理，旨在創新性地把先進技術與先進管理方法融合一起，實現質量變革、效率變革，落實企業運營“低成本、低污染、高效率、高質量、高價值”。劉承元[13]在《工業4.0精益不能缺席》一書中提出：企業要走向工業4.0，需要進行精益化、自動化、智慧化、智能化等建設，而且精益化是其他三化的基礎，精益化將伴隨企業走向4.0的整個進程。他認為精益化是走向工業4.0的手段，是一個持續的過程。綜合以上分析，筆者認為，要想實現中國制造強國夢，中國制造急需向精益化、智能化的新型智能制造轉型升級。

精益生產理念源自豐田汽車公司生產方式，其最初的思想是“消除不能創造價值的浪費，以縮短作業時間”，其應用目的在于管理精細化、流程精益化、作業標準化以及現場規范化。它體現一種“不斷改善、追求極致”的管理思維和文化。美國學者詹姆斯·沃麥克在其著作《精益思想》中指出：精益管理是從人出發，通過構建精益文化來影響和激勵員工，在精益改善中培養員工并逐漸形成企業的生產技術體系，通過精益改善等實踐活動及精益文化的交互作用，使得企業在技術層面和文化層面逐漸達到精益。精益管理的本質是“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）為導向，以革新既有管理系統、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，實現企業、員工和客戶價值的最大化。詹姆斯·沃麥克提倡培養精益革新文化，培養員工精益求精和持續創新的思維和習慣。精益生產的核心（靈魂）就是價值創造，創造更多、更優價值[14]。

歐陽生和孔德洋[15]基于100多個企業精益管理咨詢實踐經驗，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+創新化（精益文化、模式規劃、企業規劃;產品、制造和管理模式創新）;第二階段是自動化、數字化（機器人、制造升級;管理升級）;第三階段是智能化、互聯化（創造升級、管理升級;實實協同、虛實協同）。由此可見，精益智能制造是智能化生產與精益化生產理念的融合，是多學科和領域的融合，急需專門的課題進行研究。鑒于國內外相關研究欠缺，下面分析該類課題的研究思路與技術路線。

3 精益智能制造研究關鍵與技術路線

首先，精益智能制造研究能為制造企業提供智能化、精益化生產的理論與實踐的參考依據，推動企業轉型升級、提升經濟效益，促進中國制造2025計劃的實現。

其次，明確精益智能制造研究的重難點：應重點研究優化三個智能制造關鍵流程，使之“智能化+精益化”，包括生產流程“智能化+精益化”、供應鏈流程“智能化+精益化”、管理流程“智能化+精益化”等，減少浪費、創造更高價值。研究難點在于：為中國企業構建適合工業4.0環境的智能制造與精益先進理念相融合的制造業管理體系4.0，使智造高效實施，促進中國智造快速發展、實現中國制造2025計劃。

另外，精益智能制造研究的關鍵問題有三個。一是智能化轉型升級的重要基礎是精益先進理念，各制造企業精益化程度不一致、差異大，存在智能系統與設備實施運轉不順暢的風險，達不到預期效果。國家要幫助企業制定智能制造流程精益化的標準化要求和規則，促進企業智能化、規范化、精準化運行。二是提出“智造+精益化”的實施路徑，總結先進企業實踐與應用案例的相關經驗，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，專業人才培養和建設是最關鍵的一個問題。目前，國內對精益智能制造相關專業人才的培養仍缺乏系統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鍵與技術路線。一是開展行業調研，調查制造企業存在的問題點和轉型升級難點;二是進行理論與實證研究，構建智造精益化運營與管理系統，制定落地實施方案，包括生產、供應鏈、物流等智能化流程;三是實施成果轉化，先在幾家企業實施“智造精益化”試點落地，形成實踐應用案例總結和研究報告;四是優化迭代與推廣應用，對企業實踐中遇到的問題進行歸類，優化智造精益化方案并不斷迭代，再擴大范圍進行推廣應用，撰寫精益智能制造實施的相關理論，將其作為智能制造實踐的參考指南。

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