“新四化”：智能制造新藍(lán)圖

今年是中國“十四五”規(guī)劃的開局之年，未來五年將是打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢的重要階段。以智能制造為契機(jī)推動制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，既是中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展的主攻方向，也是實(shí)現(xiàn)雙循環(huán)新發(fā)展格局的關(guān)鍵突破口。

向數(shù)字技術(shù)與制造業(yè)深入融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造的自主決策、執(zhí)行和優(yōu)化。

新冠疫情爆發(fā)以來，制造業(yè)企業(yè)大都經(jīng)歷了生產(chǎn)中斷、供應(yīng)鏈斷裂、復(fù)工復(fù)產(chǎn)的過程，老牌企業(yè)多年積累的競爭優(yōu)勢有可能被顛覆，新生企業(yè)也有可能抓住機(jī)遇快速發(fā)展壯大，行業(yè)競爭格局有望被重塑。全球貿(mào)易格局尚未穩(wěn)定，供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)增大，企業(yè)運(yùn)營成本上升而利潤空間不斷受到擠壓，布局以智能制造驅(qū)動的制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為各大企業(yè)的重中之重。

中國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

我國在上世紀(jì)90年代提出“信息化帶動工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”，開始推進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、物資需求計(jì)劃（MRP2）及企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）的應(yīng)用，數(shù)字化制造階段開啟。隨著互聯(lián)網(wǎng)在中國的廣泛應(yīng)用以及人工智能技術(shù)的突破，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷深化和升級，真正的智能制造時代已經(jīng)到來。

2016年到2018年，我國實(shí)施了249個智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目，企業(yè)智能制造部署從試水到逐步鋪開；有關(guān)部門也陸續(xù)完成了4項(xiàng)智能制造國家標(biāo)準(zhǔn)的制定或修訂工作，企業(yè)智能化標(biāo)準(zhǔn)更為規(guī)范。《2017—2018中國智能制造發(fā)展年度報(bào)告》顯示，我國已初步建成208個數(shù)字化車間和智能工廠，覆蓋十大領(lǐng)域和80個行業(yè)，初步建立起與國際同步的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系。在全球的44個燈塔工廠中有12個工廠位于中國，其中有7個為端到端燈塔工廠。2020年，我國重點(diǎn)領(lǐng)域的制造企業(yè)關(guān)鍵工序數(shù)控化率將超過50%，數(shù)字化車間或智能工廠普及率超過20%。軟件領(lǐng)域，2019年中國智能制造系統(tǒng)集成產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，同比增長20.7%。全國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模在2019年也已突破700億元。硬件領(lǐng)域，多年來在智能制造工程帶動下，我國工業(yè)機(jī)器人、增材制造、工業(yè)傳感器等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展壯大，多種典型智能制造新模式推廣應(yīng)用，帶動產(chǎn)業(yè)升級步伐明顯加快。然而，中國制造企業(yè)向智能制造的推進(jìn)，仍面臨許多挑戰(zhàn)。2020年，埃森哲對包括中國在內(nèi)的全球1,550位制造和工業(yè)企業(yè)高管進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)研顯示，三分之二的企業(yè)完全沒有看到數(shù)字化投資在促進(jìn)收入增長方面的作用。很多制造企業(yè)陷入關(guān)注技術(shù)單點(diǎn)優(yōu)化，輕視整體價(jià)值提升的誤區(qū)，造成數(shù)據(jù)孤島嚴(yán)重、設(shè)備和系統(tǒng)連通性差。在智能制造轉(zhuǎn)型方面，市場上大部分供應(yīng)商不具備集成解決方案能力，這些都造成企業(yè)投資大，但見效甚微。

“新四化”：智能制造新藍(lán)圖

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析和云平臺等數(shù)字化技術(shù)與制造核心環(huán)節(jié)的融合應(yīng)用，智能制造轉(zhuǎn)型及發(fā)展隨之邁入了新數(shù)字技術(shù)使能的自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化征程，我們稱之為“智能制造新四化”（簡稱“新四化”）。“新四化”的最終目標(biāo)是通過企業(yè)內(nèi)外部價(jià)值鏈的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)動態(tài)的、需求驅(qū)動的智能制造。在實(shí)現(xiàn)這一最終目標(biāo)過程中，根據(jù)企業(yè)數(shù)字化技術(shù)與制造核心環(huán)節(jié)的融合深度而分為不同成熟階段，如圖1所示（見下頁）。

圖1 制造核心環(huán)節(jié)中的“新四化”成熟度模型

自動化：向生產(chǎn)制造全流程、自主化的價(jià)值鏈聯(lián)動演進(jìn)自動化關(guān)注于生產(chǎn)裝備智能化。制造企業(yè)可以利用自動化產(chǎn)線、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、3D打印等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的人機(jī)協(xié)同以及整個產(chǎn)線、工廠的管控和流程優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效、精益管控的目標(biāo)。例如，華晨寶馬位于沈陽的生產(chǎn)制造基地投資于視覺識別技術(shù)、智能數(shù)據(jù)采集及分析、自動化創(chuàng)新及數(shù)字化生產(chǎn)流程四大技術(shù)領(lǐng)域，在部分工作中使用機(jī)械完全代替人工的介入。目前，鐵西工廠的車身車間內(nèi)擁有超過600臺機(jī)器人，自動化率達(dá)到95%。

IDC預(yù)計(jì)到2022年，50%的中國2000強(qiáng)制造商將對智能機(jī)器人流程自動化進(jìn)行大量投資。未來，人機(jī)協(xié)作、無人工廠將成為工業(yè)生產(chǎn)的重要模式，最終推動智能制造向生產(chǎn)制造全流程、自主化的價(jià)值鏈聯(lián)動演進(jìn)。

信息化：向基于云的大范圍內(nèi)外部信息系統(tǒng)貫通演進(jìn)信息化關(guān)注企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的軟件系統(tǒng)應(yīng)用。企業(yè)自動化程度的提升帶來軟件系統(tǒng)需求的增長。企業(yè)希望借助軟件系統(tǒng)的互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用，使生產(chǎn)過程更加透明、可視、可控。此外，制造企業(yè)自身的供應(yīng)鏈愈發(fā)復(fù)雜、工廠分布從國內(nèi)走向海外，工業(yè)軟件和ERP等集成管控解決方案的云端部署或平臺化需求成為信息化新發(fā)展方向。例如，2019年起汽車零部件供應(yīng)商佛吉亞實(shí)現(xiàn)了線上、線下信息的雙通融合發(fā)展，構(gòu)建出了符合佛吉亞經(jīng)營實(shí)情的數(shù)字化智能協(xié)同管理平臺。該系統(tǒng)通過設(shè)備巡檢管理、Tooling模具管理、Top5、QRCI任務(wù)處理、月度優(yōu)選項(xiàng)、Alert平臺等典型場景模塊，以及生產(chǎn)線上運(yùn)行MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線之間、車間與車間的系統(tǒng)聯(lián)通，最終實(shí)現(xiàn)所有產(chǎn)品各個工序的智能化生產(chǎn)和整個制造體系的智能控制管理。

未來，制造企業(yè)將在信息化的高成熟度階段實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)外部信息系統(tǒng)貫通。

網(wǎng)絡(luò)化：向基于通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云的內(nèi)外部生態(tài)集成演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化關(guān)注大范圍制造核心環(huán)節(jié)的設(shè)備、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。基于物聯(lián)網(wǎng)（IOT）、云平臺、5G通信的大范圍數(shù)字化連接才能幫助制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)、跨車間、跨工廠、內(nèi)外部客戶的協(xié)同，并向生態(tài)系統(tǒng)集成演進(jìn)。制造企業(yè)已將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)視為制造資源匯集和能力開放的核心載體，增強(qiáng)創(chuàng)新能力、改造提升集成管控能力。中聯(lián)重科發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺ZValley OS，徐工發(fā)布的漢云平臺，都是通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺賦能自身和客戶的協(xié)同發(fā)展。

智能化：向自主決策、執(zhí)行和優(yōu)化演進(jìn)智能化關(guān)注制造核心環(huán)節(jié)的智能優(yōu)化與決策。制造企業(yè)通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能（AI）等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能決策、制造核心環(huán)節(jié)全流程數(shù)字孿生，智能生產(chǎn)優(yōu)化等，最終在智能化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)制造的自主決策、執(zhí)行和優(yōu)化。

領(lǐng)先企業(yè)圍繞智能化構(gòu)建其核心工程和生產(chǎn)系統(tǒng)，通過3D仿真、數(shù)字孿生技術(shù)確保實(shí)體機(jī)器和軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)同步，釋放以往未曾發(fā)現(xiàn)的成本效率。例如，吉利汽車自主研發(fā)出中國第一套全流程汽車仿真生產(chǎn)系統(tǒng)。工程師在這個和真實(shí)工廠完全一樣的仿真工廠里進(jìn)行虛擬精準(zhǔn)調(diào)校，在正式生產(chǎn)前就已經(jīng)解決了一千多項(xiàng)、接近90%的核心技術(shù)問題。

六大舉措，加速智能制造轉(zhuǎn)型

領(lǐng)先企業(yè)已將智能制造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型置于企業(yè)戰(zhàn)略高度。企業(yè)圍繞智能制造構(gòu)建核心工程和生產(chǎn)系統(tǒng)，從而提高效率；確保實(shí)體機(jī)器和軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)同步，釋放以往未曾發(fā)現(xiàn)的成本效率。企業(yè)智能制造建設(shè)是一個持續(xù)推進(jìn)的過程。智能制造應(yīng)始于頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在確定實(shí)現(xiàn)的價(jià)值場景后，通過躉實(shí)數(shù)字化基礎(chǔ)，引入核心應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)集成以實(shí)現(xiàn)智能制造價(jià)值。

確定價(jià)值場景

智能制造正在從技術(shù)和解決方案驅(qū)動轉(zhuǎn)向商業(yè)價(jià)值驅(qū)動。企業(yè)應(yīng)首先考慮通過智能制造實(shí)現(xiàn)什么目標(biāo)、當(dāng)前業(yè)務(wù)模式和產(chǎn)品是否要創(chuàng)新，再據(jù)此做核心業(yè)務(wù)流程的再造，最后評估智能制造帶來的新業(yè)務(wù)模式、新業(yè)務(wù)流程的價(jià)值。領(lǐng)先企業(yè)會根據(jù)自身特點(diǎn)識別最需實(shí)現(xiàn)的價(jià)值領(lǐng)域，并將技術(shù)與應(yīng)用場景緊密結(jié)合，通過部署相應(yīng)智能化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)價(jià)值挖掘。

IT與OT融合的頂層構(gòu)架設(shè)計(jì)

隨著智能制造的發(fā)展，企業(yè)應(yīng)用、數(shù)據(jù)架構(gòu)、運(yùn)營架構(gòu)都面臨新的挑戰(zhàn)，企業(yè)傳統(tǒng)IT技術(shù)已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)流程管理的需求。OT和IT的融合是未來成功實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)。此外，企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型的成功首先依賴于前瞻性的頂層設(shè)計(jì)，從這一階段就開始關(guān)注變革的影響及應(yīng)對。因此，IT與OT的融合需要在業(yè)務(wù)層和技術(shù)層進(jìn)行頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)和組織設(shè)計(jì)，乃至進(jìn)行部門重組。領(lǐng)先企業(yè)會在制定智能制造規(guī)劃時就從業(yè)務(wù)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)等領(lǐng)域綜合考慮IT和OT系統(tǒng)融合的路線圖，同時考慮在技術(shù)層面利用統(tǒng)一規(guī)劃的云平臺、IOT系統(tǒng)、工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)IT和OT從數(shù)據(jù)到系統(tǒng)的融合。

躉實(shí)數(shù)字化基礎(chǔ)

智能制造需要企業(yè)在生產(chǎn)全過程數(shù)字化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能化，因此需要企業(yè)自動化設(shè)備和產(chǎn)線、信息系統(tǒng)架構(gòu)、通信基礎(chǔ)設(shè)施、安全保障等方面具備堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如IOT等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)到位，設(shè)備的自動化和開放程度較高，支持多種數(shù)據(jù)采集手段，可擴(kuò)展、安全穩(wěn)定的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，包括信息系統(tǒng)安全和工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全的安全體系等。

領(lǐng)先企業(yè)通過部署數(shù)控機(jī)床、以及工業(yè)協(xié)作機(jī)器人、增材制造裝備等智能設(shè)備以及智能產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)無人車間，再通過物聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、電子看板等建立核心生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化基礎(chǔ)。因此對于其它企業(yè)來說，從生產(chǎn)自動化入手將是躉實(shí)數(shù)字化基礎(chǔ)的突破口，例如離散企業(yè)可以從打造智能制造單元開始。智能制造單元是將一組能力相近的加工設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行模塊化、集成化、一體化的聚合，使其具備多品種少批量產(chǎn)品的生產(chǎn)輸出能力，幫助企業(yè)提升設(shè)備利用率，優(yōu)化生產(chǎn)。在生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上，企業(yè)可以著手通過部署IOT、5G通信網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施以實(shí)現(xiàn)智能產(chǎn)線、車間以及信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

引入核心應(yīng)用

目前，ERP、MES、PLM、先進(jìn)生產(chǎn)規(guī)劃及排程系統(tǒng)（APS）等智能制造必須的核心應(yīng)用系統(tǒng)并未得到普及。例如在制藥行業(yè)，兩化融合要求的“普及先進(jìn)過程控制和制造執(zhí)行系統(tǒng)”并未得到普遍實(shí)施和部署。為了加速智能制造進(jìn)程，制定了發(fā)展規(guī)劃、躉實(shí)數(shù)字化基礎(chǔ)后，制造企業(yè)應(yīng)積極投資于核心應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)更加關(guān)注管理創(chuàng)新能力提升和供應(yīng)鏈彈性部署。ERP、PLM、MES、SCM等智能制造核心應(yīng)用部署應(yīng)成為企業(yè)智能制造建設(shè)要務(wù)。IDC預(yù)計(jì)2023年，ERP、PLM和CRM將成為中國制造業(yè)IT應(yīng)用市場中前三大投資領(lǐng)域，占比分別達(dá)33.9%、13.8%和12.8%。

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)集成

目前，制造企業(yè)數(shù)據(jù)孤島、系統(tǒng)割裂導(dǎo)致不同部門之間的數(shù)字化對抗情況嚴(yán)重，造成企業(yè)重復(fù)投資，智能制造為企業(yè)收入帶來的回報(bào)遠(yuǎn)低于預(yù)期。因此，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)集成將促進(jìn)企業(yè)的跨業(yè)務(wù)單元和職能部門進(jìn)行協(xié)作，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化和全面智能化。現(xiàn)階段，企業(yè)制造發(fā)展的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)從設(shè)備層到工廠層，甚至到外部企業(yè)的數(shù)據(jù)縱向集成，以及跨業(yè)務(wù)部門組織、跨資源要素的數(shù)據(jù)橫向集成，最終融合成數(shù)據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)，即形成所謂的數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈。

領(lǐng)先企業(yè)將數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈與數(shù)字化平臺視為智能制造的新基建。他們正在從內(nèi)部集成設(shè)計(jì)到銷售的數(shù)據(jù)，以及外部客戶、供應(yīng)商的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時的數(shù)據(jù)匯總、分析、模型管理、決策支持。同時領(lǐng)先企業(yè)還借助數(shù)字化協(xié)同平臺實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成與互聯(lián)互通。例如，富士康智能制造轉(zhuǎn)型的重要舉措既包括建設(shè)打通業(yè)務(wù)流程的信息化平臺，實(shí)現(xiàn)人、物、過程、資金、信息、技術(shù)這六大數(shù)據(jù)流管理；還包括建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以軟硬結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。

雙星輪胎創(chuàng)立了全球輪胎行業(yè)第一個全流程“工業(yè)4.0”智能化“綠色工廠”。雙星輪胎建立了全生命周期數(shù)據(jù)統(tǒng)一平臺Teamcenter、信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystems）、PLM、MES和全集成自動化（TIA）等系統(tǒng)，滿足輪胎生產(chǎn)和管理信息的全程可視化。通過“企業(yè)互聯(lián)化、組織單元化、加工自動化、生產(chǎn)柔性化、制造智能化”的生產(chǎn)管理模式，雙星實(shí)現(xiàn)了智能定制、智能排產(chǎn)、智能送料、智能檢測、智能倉儲和智能評測。

建立持續(xù)創(chuàng)新的數(shù)字化組織和能力

建立持續(xù)創(chuàng)新的體系架構(gòu)和數(shù)字化組織在實(shí)現(xiàn)智能制造價(jià)值目標(biāo)中扮演重要角色。智能制造的持續(xù)演進(jìn)需要企業(yè)盡可能地提高組織架構(gòu)的靈活性與響應(yīng)能力，充分發(fā)揮員工潛能，即建立柔性組織。在柔性組織中，組織將更為扁平，隨著業(yè)務(wù)需求變化而動態(tài)匹配人才生態(tài)系統(tǒng)。柔性組織需要在“一把手”的帶領(lǐng)下，激發(fā)員工人人參與的積極性，基于業(yè)務(wù)需求和員工能力，靈活調(diào)動以滿足智能制造持續(xù)發(fā)展的需求。

想要建立柔性組織，則需要企業(yè)重新規(guī)劃人才與組織戰(zhàn)略，首先重新定義工作內(nèi)容。數(shù)字技術(shù)打破了固化的職位和組織結(jié)構(gòu)，工作內(nèi)容和人才配置也發(fā)生改變，畢竟企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者希望數(shù)字技術(shù)能夠給企業(yè)創(chuàng)造更多就業(yè)以及價(jià)值增長機(jī)會，而不是取代人類員工。其次，重新定義員工團(tuán)隊(duì)。柔性組織中需要員工、機(jī)器和自由職業(yè)者密切協(xié)作，共同構(gòu)成一個全新的團(tuán)隊(duì)。一方面企業(yè)應(yīng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作，把握智能制造“新四化”發(fā)展需求與增強(qiáng)員工能力之間的平衡；另一方面應(yīng)拓展人才生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建規(guī)則、資源池和工具，讓員工能夠獲得所需技能。

而在創(chuàng)新體系與能力建設(shè)方面，企業(yè)應(yīng)橫縱聯(lián)合，從內(nèi)到外構(gòu)建創(chuàng)新體系。一方面，企業(yè)應(yīng)該與員工、客戶、消費(fèi)者、供應(yīng)商、合作伙伴、初創(chuàng)企業(yè)加強(qiáng)創(chuàng)新合作和培育；另一方面，成立專門的創(chuàng)投團(tuán)隊(duì)管理創(chuàng)新，如孵化器、創(chuàng)意中心、創(chuàng)業(yè)工廠等，并給予這些機(jī)構(gòu)更多機(jī)制體制自由，動態(tài)、靈活配置內(nèi)外部資源，形成持續(xù)創(chuàng)新文化和體系。

與此同時，企業(yè)需要在推進(jìn)的過程中靈活調(diào)整轉(zhuǎn)型路徑，并遵循以下準(zhǔn)則，以加速轉(zhuǎn)型的進(jìn)程：

從技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)向價(jià)值驅(qū)動企業(yè)必須以業(yè)務(wù)價(jià)值為導(dǎo)向，技術(shù)與管理相結(jié)合，發(fā)掘商業(yè)價(jià)值；

從關(guān)注局部轉(zhuǎn)向關(guān)注集成企業(yè)需要集成不同業(yè)務(wù)流程的系統(tǒng)、推進(jìn)IT和OT系統(tǒng)融合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從內(nèi)部系統(tǒng)到跨供應(yīng)鏈的集成；

借力云平臺的算力和應(yīng)用資源，共享優(yōu)勢重構(gòu)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)架構(gòu)，進(jìn)一步提高智能化方案的先進(jìn)性和持續(xù)優(yōu)化能力，并降低實(shí)施成本；

從單兵作戰(zhàn)轉(zhuǎn)向合作共贏與生態(tài)伙伴進(jìn)行協(xié)同能夠加速數(shù)字技術(shù)在業(yè)務(wù)場景的實(shí)施推廣，提升投資回報(bào)的確定性。