【中國(guó)智能制造網(wǎng) 智造快訊】目前制造技術(shù)升級(jí)的概念本質(zhì)仍然離不開四個(gè)關(guān)鍵詞語(yǔ)：自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化和智能化。然而，并非所有制造業(yè)都要通過這“四化”實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)；同一個(gè)企業(yè)的不同發(fā)展階段也需要兼顧不同的升級(jí)策略；不同類型的制造業(yè)也需要考慮適合自身發(fā)展規(guī)律的升級(jí)路線。　　制造業(yè)升級(jí)的“四化”過程
　　
　　目前制造技術(shù)升級(jí)的概念本質(zhì)仍然離不開四個(gè)關(guān)鍵詞語(yǔ)：自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化和智能化。然而，并非所有制造業(yè)都要通過這“四化”實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)；同一個(gè)企業(yè)的不同發(fā)展階段也需要兼顧不同的升級(jí)策略；不同類型的制造業(yè)也需要考慮適合自身發(fā)展規(guī)律的升級(jí)路線。
　　
　　自動(dòng)化
　　
　　首先需要考慮“自動(dòng)”與“手動(dòng)”。與“自動(dòng)化生產(chǎn)”相對(duì)應(yīng)的是“手工生產(chǎn)”。通常講的自動(dòng)化升級(jí)都是指用自動(dòng)化設(shè)備和裝置替代人工。因此，凡是人做不了或者不愿意做的工作都可以通過自動(dòng)化進(jìn)行升級(jí)，越是動(dòng)作簡(jiǎn)單、重復(fù)、繁重的生產(chǎn)形式，越適合采用自動(dòng)化升級(jí)策略，例如搬運(yùn)、包裝、噴涂等；而動(dòng)作越復(fù)雜，對(duì)人手靈活性依賴越大的生產(chǎn)模式就不適合自動(dòng)化升級(jí)，例如皮具制作、制衣等。
　　
　　按照工業(yè)4.0的定義，1968年出現(xiàn)的莫迪康可編程控制站器ModiconPLC（后來被施耐德收購(gòu)），被視為自動(dòng)化的一個(gè)劃時(shí)代意義的產(chǎn)品。
　　
　　信息化管理
　　
　　應(yīng)該說“企業(yè)信息化”這個(gè)詞是伴隨著ERP的普及而流行的，而ERP的前身是MRP和MRPII，再往前推則是會(huì)計(jì)電算化軟件、庫(kù)存管理軟件等。這類軟件的流行基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的成熟。
　　
　　隨著這類軟件的普及，“MIS（管理信息系統(tǒng)）”應(yīng)運(yùn)而生，且市場(chǎng)迅速膨脹。也許是出于對(duì)會(huì)計(jì)制度與接軌的需要，當(dāng)時(shí)MIS的主力是會(huì)計(jì)電算化軟件，火爆的市場(chǎng)也成就了金蝶、用友這樣的國(guó)產(chǎn)軟件公司。
　　
　　上世紀(jì)末期是跨國(guó)公司布局的黃金時(shí)期。外企進(jìn)入中國(guó)不僅帶來了先進(jìn)的管理模式，也帶來了對(duì)企業(yè)管理信息系統(tǒng)的市場(chǎng)需求。跨國(guó)公司要求中國(guó)本土供應(yīng)商的管理系統(tǒng)與之對(duì)接，倒逼中國(guó)企業(yè)大干快上ERP項(xiàng)目。這個(gè)時(shí)期除了捧紅SAP之外，還造就了不少ERP軟件實(shí)施和信息系統(tǒng)咨詢公司，諸如畢博和埃森哲。
　　
　　在2000年初，業(yè)內(nèi)對(duì)ERP的態(tài)度如同當(dāng)前對(duì)工業(yè)4.0，說法不一。
　　
　　但普遍的共識(shí)是企業(yè)上ERP不是簡(jiǎn)單買個(gè)軟件，更需要對(duì)管理流程進(jìn)行梳理，破舊立新。隨之而來就出現(xiàn)了一個(gè)流行詞叫“企業(yè)流程再造BPR”，很大程度上也算是商家為了配合ERP項(xiàng)目搞的噱頭。到目前為止，ERP通用功能已經(jīng)非常成熟，而跟業(yè)務(wù)深水區(qū)的結(jié)合，正在面臨全新的升級(jí)考驗(yàn)。
　　
　　包括ERP在內(nèi)，這里所提及的軟件都是用MIS把企業(yè)管起來，本質(zhì)上是企業(yè)商業(yè)和運(yùn)營(yíng)的信息化。與此同時(shí)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備、質(zhì)量管理等直接與制造相關(guān)的環(huán)節(jié)也在進(jìn)行著信息化。
　　
　　信息化制造與數(shù)字化制造
　　
　　這里不得不提CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）。CIMS要集成的對(duì)象是一個(gè)一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)輔助軟件（CAX），旨在消除信息孤島。這個(gè)概念在中國(guó)的興起要早于ERP。可以說ERP是面向商業(yè)的信息集成，而CIMS是面向制造業(yè)的信息集成，當(dāng)時(shí)都是被當(dāng)作信息化所理解的。CIMS除了要集成CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAT（計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝等系統(tǒng)模塊）等，還明確提出了邏輯層次結(jié)構(gòu)，并整合了敏捷制造、并行工程、虛擬制造等方法論范疇的理論概念。
　　
　　然而，技術(shù)為它的早產(chǎn)付出了代價(jià)。
　　
　　CIMS的失敗就是因?yàn)樗岢龅臅r(shí)代太超前，相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品都還沒成熟。而在它之后便迎來了工業(yè)軟件市場(chǎng)的大整合時(shí)代：例如由對(duì)CAD產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理發(fā)展而來的PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理），通過對(duì)產(chǎn)品BOM的信息化管理實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品“數(shù)字化”。“數(shù)字化”這個(gè)概念盡管現(xiàn)在被濫用，但是它應(yīng)該是脫胎于3D數(shù)模的。至少在商業(yè)語(yǔ)境里，“數(shù)字化”要與3D圖形和動(dòng)態(tài)仿真同時(shí)出現(xiàn)。例如“產(chǎn)品數(shù)字化”是指用3D數(shù)模構(gòu)建產(chǎn)品模型，“工廠數(shù)字化”則需要面向工廠進(jìn)行3D建模。
　　
　　當(dāng)今工業(yè)4.0所處的環(huán)境，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越CIMS所處的年代。大量設(shè)計(jì)軟件廣泛使用，大量數(shù)字化資源和虛擬化產(chǎn)品，已經(jīng)進(jìn)入主流，類似DigitalThread（數(shù)字主線）、DigitalTwin（數(shù)字孿生）被更廣泛地應(yīng)用。
　　
　　數(shù)據(jù)采集
　　
　　在過去30年中國(guó)企業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中，除信息化項(xiàng)目大干快上之外，還有一條自動(dòng)化升級(jí)的主線：在流程制造行業(yè)（如石化、水泥、食品等），一大批分散控制系統(tǒng)DCS和儀表自動(dòng)化項(xiàng)目迅速崛起，而國(guó)產(chǎn)的DCS如浙大中控、和利時(shí)，甚至被GE收購(gòu)之前的新華控制系統(tǒng)，都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展；而離散制造行業(yè)的企業(yè)則采購(gòu)了大量數(shù)控和自動(dòng)化物流設(shè)備。隨之而來出現(xiàn)的問題就是如何獲得這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并把這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用起來。
　　
　　當(dāng)下火熱的“云數(shù)據(jù)”，前身可以說是“遠(yuǎn)程抄表”。早是油田、礦井等野外設(shè)備需要監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)——早期用的是電報(bào)，后來是短信。在智能手機(jī)尚未普及的時(shí)代，還用過手機(jī)網(wǎng)頁(yè)客戶端，而現(xiàn)在基本就是成熟的3G/4G網(wǎng)絡(luò)，外加APP客戶端。
　　
　　說到數(shù)據(jù)采集就不得不提組態(tài)軟件。這類產(chǎn)品早是DCS或PLC廠家為方便客戶開發(fā)界面而配備的開發(fā)套件，后來出現(xiàn)了許多獨(dú)立的組態(tài)軟件廠商，可以通過圖形界面直觀地看到數(shù)據(jù)的變化。由此產(chǎn)生了“人機(jī)界面（HMI）”，所以“圖形化”往往指的是人機(jī)交互相關(guān)的產(chǎn)品或項(xiàng)目，比如工作站的面板和電子看板等。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集SCADA，正是自動(dòng)化與信息化的鏈接節(jié)點(diǎn)，是自動(dòng)化設(shè)備和信息化管理軟件的承上啟下的層級(jí)，也是自動(dòng)化與信息化相融合的過渡區(qū)域。
　　
　　而這些早年軟件留下的數(shù)據(jù)，正是當(dāng)下的工業(yè)大數(shù)據(jù)“黑金”。它們深埋在設(shè)備、模塊和系統(tǒng)之中不見天日。工業(yè)大數(shù)據(jù)從業(yè)者，需要有非常的智慧來挖掘這些黑金。
　　
　　智能化
　　
　　嚴(yán)格意義上的智能化，必須要借助大量的建模和算法，以及一些必要的人工智能技術(shù)，包括啟發(fā)式算法和機(jī)器學(xué)習(xí)。如果按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，目前不少先進(jìn)的控制系統(tǒng)的控制算法已經(jīng)可以算是智能化，但真正智能化的管理信息系統(tǒng)市面上還不存在。信息系統(tǒng)的智能化趨勢(shì)應(yīng)該說是很明確的，特別是人工智能AI項(xiàng)目開始受到大量資金關(guān)注后，那些原本只在學(xué)術(shù)期刊上出現(xiàn)的、服務(wù)于制造調(diào)度算法的復(fù)雜公式才開始有了一些用武之地。
　　
　　轉(zhuǎn)型升級(jí)四大象限
　　
　　工業(yè)4.0體系中，個(gè)性化定制被反復(fù)提及。這就特別需要考慮生產(chǎn)“柔性”與“剛性”。所謂剛性生產(chǎn)是指大批大量生產(chǎn)單一或若干種產(chǎn)品，這種生產(chǎn)模式特別適合自動(dòng)化，例如緊固件等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)就是通過自動(dòng)化專機(jī)實(shí)現(xiàn)的；所謂柔性生產(chǎn)是指多品種小批量，甚至單件定制化生產(chǎn)，這種生產(chǎn)模式對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化程度要求較高（從某種意義上接近或等同于智能制造），比較典型的行業(yè)是汽車的混線生產(chǎn)和非標(biāo)零件的機(jī)械加工。
　　
　　另外，由于目前技術(shù)限制，機(jī)器設(shè)備的靈活性仍然無(wú)法與人手相比，特別是在空間有限的裝配環(huán)節(jié)。很多人認(rèn)為3D打印可以解決裝配問題，可以說不同材料的增材制造可以在一定程度上減少對(duì)手工裝配的依賴。但是從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，徹底解放人力是個(gè)系統(tǒng)工程，需要從產(chǎn)品設(shè)計(jì)（DFM/DFA）源頭進(jìn)行重新梳理，并對(duì)現(xiàn)有工藝、工序以及生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行重新整合，并不是一個(gè)單一技術(shù)可以解決的?？傊?，能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化在很大程度上受制于制造工序?qū)θ耸朱`活程度的依賴。
　　　　
　　象限I：手工柔性生產(chǎn)
　　
　　該象限的特點(diǎn)是：產(chǎn)品種類復(fù)雜且動(dòng)作靈巧度高。典型行業(yè)如飛機(jī)、航天器等復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品裝配，成衣、皮具定制，家電、數(shù)碼產(chǎn)品組裝，以及產(chǎn)品維修或返修等。
　　
　　這類生產(chǎn)對(duì)動(dòng)作靈活性要求高，因此無(wú)法通過自動(dòng)化手段替代人工或者替代人工的自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)投入過高。
　　
　　適合這類制造企業(yè)的生產(chǎn)模式，筆者認(rèn)為可以稱之為：手工柔性生產(chǎn)，即生產(chǎn)管理組織復(fù)雜且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。實(shí)際上這類企業(yè)非常適合走“智能化”管理信息系統(tǒng)升級(jí)路線，既通過專家決策系統(tǒng)或相關(guān)的軟件產(chǎn)品管理生產(chǎn)并指導(dǎo)工人操作。所以這個(gè)象限的企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)應(yīng)著眼于通過“智能化”信息系統(tǒng)指導(dǎo)生產(chǎn)，避免人為失誤；而不是開發(fā)“自動(dòng)化”設(shè)備替代人工（自動(dòng)化物流和搬運(yùn)設(shè)備除外）。
　　
　　關(guān)于智能化升級(jí)的路線選擇，簡(jiǎn)而言之：生產(chǎn)管理越復(fù)雜，對(duì)信息化軟件的智能程度要求越高的企業(yè)越適合智能化升級(jí)。或者說適合選擇智能化程度高的信息系統(tǒng)的企業(yè)通常具備這些特征：產(chǎn)品系列多，工序變化多，零部件品種多，供應(yīng)鏈管理復(fù)雜；多以組裝工序?yàn)橹?，多為勞?dòng)密集型企業(yè)；典型行業(yè)如：家電、服裝、數(shù)碼產(chǎn)品等。
　　
　　適合搞智能制造的比較的例子是產(chǎn)品維修：每一個(gè)維修項(xiàng)目都各不相同，因此生產(chǎn)模式屬于單件定制；每一個(gè)維修項(xiàng)目的工序復(fù)雜，沒有既定模式，幾乎無(wú)章可循；維修（生產(chǎn)）數(shù)據(jù)難以定義，更難以度量，難以采集；而且每一個(gè)維修項(xiàng)目的周期無(wú)法量化，產(chǎn)品復(fù)雜程度越高，維修周期不確定性越大；因此只有通過“智能化”才能解決問題。
　　
　　實(shí)操方案之一是自動(dòng)配料系統(tǒng)。例如保時(shí)捷發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配過程中大量工序無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而產(chǎn)品多品種小批量的特點(diǎn)又難以避免工人在裝配過程中犯錯(cuò)誤。為調(diào)和這個(gè)矛盾，該生產(chǎn)系統(tǒng)采用集中備料的方案，發(fā)動(dòng)機(jī)上的小型零部件隨托盤運(yùn)動(dòng)到各個(gè)裝配工位，裝配工直接在托盤上取用配套的部件并按照電子操作終端的指示進(jìn)行裝配和自檢即可。
　　
　　此外，有類似成熟系統(tǒng)的汽車企業(yè)還有寶馬，配料車上的終端面板會(huì)指示工人物料的取料位置、型號(hào)、數(shù)量等信息。并要求操作人員在將物料放入托盤前先對(duì)物料進(jìn)行掃碼，以確保配料準(zhǔn)確。整個(gè)配料過程的信息指導(dǎo)系統(tǒng)智能化程度很高，但配料的操作過程仍需要工人根據(jù)物料車的指示在指定的倉(cāng)庫(kù)托盤中拾取，沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，也沒有必要自動(dòng)化。
　　
　　實(shí)際上比較成熟的軟件應(yīng)用是在服裝行業(yè)，包括紅領(lǐng)在內(nèi)的許多國(guó)內(nèi)企業(yè)，成衣定制的服裝集團(tuán)都已經(jīng)采用自動(dòng)下料、配料系統(tǒng)，一件成衣所需要的全部布料和配件等，會(huì)通過該系統(tǒng)配送給某個(gè)工位或制作單元，而工人只需要按照設(shè)計(jì)要求縫制即可。