工業(yè)4.0時代，智能制造是如何提高生產效率的？
http://m.cqlzhcy.com2011年6月，美國啟動包括工業(yè)機器人在內的“先進制造伙伴計劃”；2012年2月，出臺“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”并設立美國制造業(yè)創(chuàng)新網絡。2013年，德國實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。日本大力發(fā)展協同式機器人、無人化工廠。2016年工業(yè)4.0 阿爾法狗打敗李世石舉世矚目。這些標志性事件工業(yè)4.0 預示著全球已經快速進入智能制造時代。本文帶您了解一下智能制造何以被關注以及相關技術的應用價值、實現路徑和投資機遇。
整理 | 高滿霞
來源 | 云天使研究院
智能制造是什么智能制造，為什么值得關注
工業(yè)發(fā)達國家經歷了機械化、電氣化、數字化三個歷史發(fā)展階段智能制造，具備了向智能制造階段轉型的條件智能制造，未來必然是以高度集成化和智能化的智能制造系統，取代制造過程中人的腦力勞動。
工業(yè)4.0發(fā)展過程
智能制造是基于新一代信息技術的先進制造過程、系統與模式的總稱。智能制造貫穿“設計、生產、管理、服務”等制造活動各環(huán)節(jié)，并具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能。智能制造整個過程中將智能裝備（包括但不限于機器人、數控機床、自動化集成裝備、3D打印等）通過通信技術有機連接起來，實現生產過程自動化；并通過各類感知技術收集生產過程中的各種數據，通過工業(yè)以太網等通信手段，以及各類系統優(yōu)化軟件提供生產方案，實現生產方案智能化。
可以說，國內人口紅利逐漸消失的社會現實，以進口替代、機器換人為導向的政策趨勢，以個性化生產、全球協作加深為突出特征的產業(yè)和經濟要求，這些構成了智能制造在當前被金融和產業(yè)資本重點關注的原因。
智能制造的相關技術有什么應用價值？
在智能制造的關鍵技術當中，智能產品與智能服務可以幫助企業(yè)帶來商業(yè)模式的創(chuàng)新；智能裝備、智能產線、智能車間到智能工廠，可以幫助企業(yè)實現生產模式的創(chuàng)新；智能研發(fā)、智能管理、智能物流與供應鏈則可以幫助企業(yè)實現運營模式的創(chuàng)新；而智能決策則可以幫助企業(yè)實現科學決策。
NO.1.智能產品（Smart Product）
智能產品通常包括機械、電氣和嵌入式軟件，具有記憶、感知、計算和傳輸功能。典型的智能產品包括智能手機、智能可穿戴設備、無人機、智能汽車、智能家電、 智能售貨機、智能裝備以及眾多智能硬件產品等。
NO.2.智能服務（Smart Service）
基于傳感器和物聯網（IoT），可以感知產品的狀態(tài)，從而進行預防性維修維護，及時幫助客戶更換備品備件，甚至可以通過了解產品運行的狀態(tài)，幫助客戶帶來商業(yè)機會。還可以采集產品運營的大數據，輔助企業(yè)進行市場營銷的決策。此外，企業(yè)通過開發(fā)面向客戶服務的APP，也是一種智能服務的手段，可以針對企業(yè)購買的產品提供有針對性的服務，從而鎖定用戶，開展服務營銷。
NO.3.智能裝備（Smart Equipment）
制造裝備經歷了機械裝備到數控裝備的發(fā)展，目前正在逐步發(fā)展為智能裝備。智能裝備具有檢測功能，可以實現在機檢測，從而補償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進行補償。以往一些精密裝備對環(huán)境的要求很高，現在由于有了閉環(huán)的檢測與補償，可以降低對環(huán)境的要求。
NO.4.智能產線（Smart Production line）
很多行業(yè)的企業(yè)高度依賴自動化生產線，比如鋼鐵、化工、制藥、食品飲料、煙草、芯片制造、電子組裝、汽車整車和零部件制造等，實現自動化的加工、裝配和檢測，一些機械標準件生產也應用了自動化生產線，比如軸承。但是，裝備制造企業(yè)目前還是以離散制造為主。很多企業(yè)的技術改造重點，就是建立自動化生產線、裝配線和檢測線。美國波音公司的飛機總裝廠已建立了U型的脈動式總裝線。自動化生產線可以分為剛性自動化生產線和柔性自動化生產線，柔性自動化生產線一般建立了緩沖。為了提高生產效率，工業(yè)機器人、吊掛系統在自動化生產線上應用越來越廣泛。
NO.5.智能車間（Smart workshop）
一個車間通常有多條生產線，這些生產線要么生產相似零件或產品，要么有上下游的裝配關系。要實現車間的智能化，需要對生產狀況、設備狀態(tài)、能源消耗、生產質量、物料消耗等信息進行實時采集和分析，進行高效排產和合理排班，顯著提高設備利用率（OEE）。因此，無論什么制造行業(yè)，制造執(zhí)行系統（MES）成為企業(yè)的必然選擇。
NO.6.智能工廠（Smart Factory）
一個工廠通常由多個車間組成，大型企業(yè)有多個工廠。作為智能工廠，不僅生產過程應實現自動化、透明化、可視化、精益化，同時，產品檢測、質量檢驗和分析、生產物流也應當與生產過程實現閉環(huán)集成。一個工廠的多個車間之間要實現信息共享、準時配送、協同作業(yè)。一些離散制造企業(yè)也建立了類似流程制造企業(yè)那樣的生產指揮中心，對整個工廠進行指揮和調度，及時發(fā)現和解決突發(fā)問題，這也是智能工廠的重要標志。智能工廠必須依賴無縫集成的信息系統支撐，主要包括PLM、 ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統。大型企業(yè)的智能工廠需要應用ERP系統制定多個車間的生產計劃（Production planning），并由MES系統根據各個車間的生產計劃進行詳細排產(Production scheduling)，MES排產的粒度是天、小時，甚至分鐘。
NO.7.智能研發(fā)（Smart R&D）
離散制造企業(yè)在產品研發(fā)方面，已經應用了計算機輔助設計、計算機輔助工程、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助制造等工具軟件和產品生命周期管理、產品數據管理系統。企業(yè)要開發(fā)智能產品，需要機電軟多學科的協同配合；要縮短產品研發(fā)周期，需要深入應用仿真技術，建立虛擬數字化樣機，實現多學科仿真，通過仿真減少實物試驗；需要貫徹標準化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產品個性化定制；需要將仿真技術與試驗管理結合起來，以提高仿真結果的置信度。流程制造企業(yè)已開始應用PLM系統實現工藝管理、配方管理以及實驗室信息管理。
NO.8.智能管理（Smart Management）
制造企業(yè)核心的運營管理系統還包括人力資產管理系統（HCM）、客戶關系管理系統（CRM）、企業(yè)資產管理系統（EAM）、能源管理系統（EMS）、供應商關系管理系統（SRM）、企業(yè)門戶（EP）、業(yè)務流程管理系統（BPM）等，國內企業(yè)也把辦公自動化（OA）作為一個核心信息系統。為了統一管理企業(yè)的核心主數據，近年來主數據管理（MDM）也在大型企業(yè)開始部署應用。實現智能管理和智能決策，最重要的條件是基礎數據準確和主要信息系統無縫集成。
NO.9.智能物流與供應鏈（Smart logistics and SCM）
制造企業(yè)內部的采購、生產、銷售流程都伴隨著物料的流動，因此，越來越多的制造企業(yè)在重視生產自動化的同時，也越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導小車（AGV）、智能吊掛系統得到了廣泛的應用；而在制造企業(yè)和物流企業(yè)的物流中心，智能分揀系統、堆垛機器人、自動輥道系統的應用日趨普及。倉儲管理系統和運輸管理系統也受到制造企業(yè)和物流企業(yè)的普遍關注。
NO.10.智能決策（Smart Decision Making）
企業(yè)在運營過程中，產生了大量的數據。一方面是來自各個業(yè)務部門和業(yè)務系統產生的核心業(yè)務數據，比如與合同、回款、費用、庫存、現金、產品、客戶、投資、 設備、產量、交貨期等數據，這些數據一般是結構化的數據，可以進行多維度的分析和預測，這就是業(yè)務智能（Business Intelligence，BI）技術的范疇，也被稱為管理駕駛艙或決策支持系統。同時，企業(yè)可以應用這些數據提煉出企業(yè)的KPI，并與預設的目標進行對比，同時，對KPI進行層層分解，來對干部和員工進行考核，這就是企業(yè)績效管理的范疇。從技術角度來看，內存計算是BI的重要支撐。
各行業(yè)是怎樣實現智能制造的，有哪些路徑或機遇
如下表選取的7個行業(yè)，9家領先公司作為案例，列舉了智能制造5種驅動戰(zhàn)略相應的執(zhí)行方案，以及所代表的創(chuàng)新和投資關注方向。
不同行業(yè)的智能化方案和代表機遇
物流驅動是對倉儲及配送的智能化升級，使運輸在時間和空間上更加精準。亞馬遜的無人機空投快遞是智能物流的代表，國內的京東、四通、EMS等，目前的配送則依賴大量快遞員，預示著無人機運輸解決方案是不可忽視的機遇。
用戶驅動是以用戶為中心，利用數字化技術實現對用戶個性化需求的滿足。紅領集團的酷特智能C2M平臺，基于體型、面料、款式等維度將用戶的需求數字化，以實現個性化西服和工裝定制，這個案例為全線個人用品定制提供了想象空間。
工廠驅動是對生產設備、生產線、生產車間的數字化、網絡化和智能化改造，以機器換人來獲得成本領先優(yōu)勢。2015年，飛鶴乳業(yè)在美國投資建設了乳粉智能工廠，計劃采用全產業(yè)鏈模式實現對乳品生產全過程的自動控制和管理，總投資1億美元，年產能5萬噸。這是美國第一座全部由中資投資建設的乳品加工廠。
R&D驅動是指專注產品的智能部分的研發(fā)和設計，通過與眾多公司合作，建立起可以依托的生態(tài)系統，從而獲得競爭優(yōu)勢。蘋果的汽車項目已經將重點放在開發(fā)類似iOS或macOS的汽車操作系統上，允許現有的汽車廠商使用；谷歌也決定停止自主研發(fā)汽車硬件，轉而和傳統汽車公司擴大合作。除了科技巨頭，提供各類技術解決方案的初創(chuàng)團隊和高校實驗室也在實踐R&D驅動戰(zhàn)略。
管理驅動包括各類對人員和設備的管理活動的智能化升級。遠景能源的阿波羅光伏云平臺，可以對光伏電站做第三方數據監(jiān)控、故障診斷、狀態(tài)運維，從而指導前期設備選型，形成資產管理閉環(huán)。
這些驅動戰(zhàn)略也可以結合使用。海爾的“人單合一、互聯工廠”，通過顧客參與（用戶）和“自主經營體”的管理方式（管理），實現從大規(guī)模制造到大規(guī)模定制。電氣行業(yè)中的通用電氣和西門子同時從硬件（工廠）和軟件（R&D）著手，提高生產的質量和效率。