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智能制造的三個支點(diǎn)

  國家信息化專家咨詢委員會常務(wù)副主任周宏仁(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

  《論智能制造》系列中的“論智能制造的三個階段”中，談到了對三個階段的基本認(rèn)識。而如何履行智能制造，則必要考慮智能制造的三個支點(diǎn)：產(chǎn)品、設(shè)備和進(jìn)程。

  圖1 智能制造的三個支點(diǎn)

  第一個必要考慮的是推動智能制造的目標(biāo)是什么。顯著，企業(yè)追求的是產(chǎn)品，而不是要把企業(yè)搞的有多時髦。企業(yè)販賣產(chǎn)品的時候，不是要宣傳企業(yè)的臨蓐線有多俊秀、多現(xiàn)代，而一定要說明這個產(chǎn)品的價值安在。產(chǎn)品是企業(yè)面向社會的表現(xiàn)。智能制造的目標(biāo)是產(chǎn)品，而不是智能制造本身。因此，產(chǎn)品的智能化是企業(yè)必須考慮的緊張成就之一。智能制造假如不克不迭臨蓐出智能的產(chǎn)品，智能制造就失去了時代的意義。而且，企業(yè)的產(chǎn)品假如不是智能化的，產(chǎn)品和企業(yè)往后被鐫汰的可以或許或者或者或者性就很大。

  第二個支點(diǎn)是設(shè)備，臨蓐進(jìn)程(包括研發(fā)、籌劃)中的每一個關(guān)鍵關(guān)鍵上的設(shè)備，一定要智能化。假如這個智能化完成不了，蘇息臨蓐力和蘇息效率就不克不迭夠或者得到很大提高，企業(yè)可以或許或者或者或者就沒有競爭力。不是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的臨蓐設(shè)備，就不是這個時代的前輩制造設(shè)備。而且，假如設(shè)備沒有智能化，也可以或許或者或者或者無法臨蓐出企業(yè)想要臨蓐的智能化產(chǎn)品。

  第三個支點(diǎn)是企業(yè)臨蓐進(jìn)程的智能化成就。設(shè)備智能化解決的是臨蓐進(jìn)程中“點(diǎn)”的智能化成就;企業(yè)只需完成臨蓐全進(jìn)程的智能化，才能完成企業(yè)全局的智能化，才可以或許或者完成智能化效益的最大化。

智能產(chǎn)品是第一支點(diǎn)

  一個機(jī)床臨蓐廠，臨蓐設(shè)備和進(jìn)程假如都是智能化的，而它臨蓐出來的機(jī)床卻是非常平凡的機(jī)床，沒有智能化的身分，那么這個機(jī)床廠的前途就非?？皯n。由于，他本身都不會去購買這樣不足智能化的機(jī)床。

  因此，任何一個企業(yè)在考慮其智能制造如何發(fā)展的時候，首先該當(dāng)想到的是本身的產(chǎn)品如何完成智能化。即使臨蓐進(jìn)程沒有部分或全部完成智能化，可以或許或者或者或者把智能的產(chǎn)品做出來，那么企業(yè)還是該當(dāng)首先考慮產(chǎn)品的智能化成就。

  產(chǎn)品的智能化，是顛末進(jìn)程產(chǎn)品中包括有各種復(fù)雜程度不等的打算機(jī)系統(tǒng)，分外是嵌入式系統(tǒng)，來完成的。嵌入式系統(tǒng)不但可以或許或者或者成為智能制造最緊張最具有代表性的技能，而且會構(gòu)成一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。中國的嵌入式系統(tǒng)，發(fā)展的速度比擬癡鈍——盡管起步其實(shí)不晚。產(chǎn)品所用的嵌入式系統(tǒng)，絕大多數(shù)對于芯片的哀求都不一定分外高，非常平凡也就是幾十納米到上百納米，乃至檔次再低一點(diǎn)，也或者夠用。因此，技能難度其實(shí)不大。

  產(chǎn)品智能化是當(dāng)今打算技能發(fā)展的一個新的重大趨勢。打算技能發(fā)明的初志是為了科學(xué)打算。而后，發(fā)展為支持人類各種業(yè)務(wù)活動的信息處理和傳播，即業(yè)務(wù)打算。業(yè)務(wù)打算的覆蓋范圍已經(jīng)比科學(xué)打算要大得多。上世紀(jì)90年代往后，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，QQ、微信、Facebook等開始崛起，打算技能滲透排泄排泄了人們的社會生活，大大地推動了社會打算的發(fā)展，打算技能的應(yīng)用覆蓋范圍則更進(jìn)一步擴(kuò)大。現(xiàn)在，打算技能開始向各種產(chǎn)品領(lǐng)域滲透排泄排泄，提升產(chǎn)品的智能化程度。智能產(chǎn)品數(shù)以百億，乃至千億計(jì)，產(chǎn)品打算的覆蓋范圍可以或許或者或者說是“無遠(yuǎn)弗屆”，一定會給全部IT產(chǎn)業(yè)帶來巨大的變革。因此，打算技能應(yīng)用的下一個熱點(diǎn)，是產(chǎn)品打算。所有的產(chǎn)品都要程度不等地走向智能化，打算都有可以或許或者或者或者參與其中。這一點(diǎn)，跟產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的必要有很大的相干。

  圖2 打算技能應(yīng)用的發(fā)展階段

  現(xiàn)在的智能產(chǎn)品跟曩昔所謂的嵌入式系統(tǒng)功能必要還不完備非常，緊張功能體現(xiàn)在三個方面。第一個是傳感，產(chǎn)品必要可以或許或者或者或者感想沾染內(nèi)部的情況變革，或者可以或許或者或者或者整合產(chǎn)品內(nèi)部的數(shù)據(jù)。第二個是打算，包括產(chǎn)品本身的操縱系統(tǒng)，和產(chǎn)品使用的各種應(yīng)用系統(tǒng)。比喻，從數(shù)據(jù)分析到高端打算——也就是人工智能。第三個是聯(lián)網(wǎng)，隨著環(huán)球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，產(chǎn)品可以或許或者或者或者具有霧打算、邊緣打算和云打算相聯(lián)結(jié)的功能。因此新一代的智能產(chǎn)品，跟曩昔講的嵌入式系統(tǒng)的概念已經(jīng)大不相同。

  圖3 無處不在的智能產(chǎn)品

智能設(shè)備是最大難點(diǎn)

  設(shè)備是智能制造最大的難點(diǎn)。臨蓐設(shè)備非常平凡都比擬復(fù)雜，而且批量可以或許或者或者或者不大，所采用的產(chǎn)業(yè)軟件也往往非常復(fù)雜。這使得臨蓐成本很高，市場很小，因此愿意或有力量從事智能設(shè)備制造的企業(yè)其實(shí)不久不久不多。而且，由于設(shè)備的開拓周期長，導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)營的風(fēng)險很大。別的，設(shè)備制造的難點(diǎn)很大程度上是在軟設(shè)備上面，即以產(chǎn)業(yè)軟件為代表的軟設(shè)備，包括CAD/CAE這樣的軟件工具。沒有軟設(shè)備，就不克不迭夠或者有“數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化”。抽去軟件，信息化的一切成果都不復(fù)存在。產(chǎn)業(yè)軟件首先是一個產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品，而且往往是高端產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品。這是中國制造2025緊張的難點(diǎn)，而產(chǎn)業(yè)界對這一點(diǎn)的認(rèn)識，還很不充分。

進(jìn)程智能化

  蓬勃國家的制造業(yè)在臨蓐設(shè)備智能化這一點(diǎn)上，已經(jīng)非常爭先。分外是日本和德國，已經(jīng)基本上壟斷了環(huán)球重大制造業(yè)臨蓐設(shè)備的市場。而智能制造的下一步的發(fā)展，就是要完成進(jìn)程的智能化，完成從設(shè)備這個“點(diǎn)”向進(jìn)程這條“線”的發(fā)展。

  進(jìn)程智能化最典型的代表，恰是產(chǎn)業(yè)4.0和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的斗爭目標(biāo)。產(chǎn)業(yè)4.0提出，企業(yè)的信息系統(tǒng)要走向一體化，包括縱向一體化和橫向一體化。縱向一體化就是《三論智能制造》的系列之一中提到的企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)，而橫向一體化恰是企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)。現(xiàn)在，要把內(nèi)部網(wǎng)和內(nèi)部網(wǎng)完備整合在一起，將數(shù)據(jù)完備打通。

  圖4 內(nèi)部網(wǎng)和內(nèi)部網(wǎng)的一體化

  別的，要把整合往后的系統(tǒng)，打構(gòu)成一個智能物理系統(tǒng)(Cyber-Physical-System, CPS)。這里的Cyber意指打算機(jī)或打算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在很多現(xiàn)代化企業(yè)里，豈論內(nèi)部網(wǎng)或內(nèi)部網(wǎng)，都還只是一個獨(dú)立的打算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者系統(tǒng)，或者完成為了開始的整合。如何跟企業(yè)這個物理實(shí)體融為一體，有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，是一門大學(xué)問。美國國家科學(xué)基金(NSF)在2006年的一個報(bào)告中指出，現(xiàn)有的、產(chǎn)業(yè)時代發(fā)展出來的系統(tǒng)科學(xué)(包括系統(tǒng)工程理論)，還不克不迭很好地回答這類成就。他們感到，企業(yè)這個物理實(shí)體與其內(nèi)含的打算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如何協(xié)同一致、高效精確的工作，如何增強(qiáng)這類系統(tǒng)的適應(yīng)性、自主性、功能性、可靠性、安全性、可用性和效率，將會發(fā)展成為一個新的系統(tǒng)工程學(xué)，是美國必要重點(diǎn)發(fā)展的前沿命題。實(shí)際上，美國對于CPS的研討報(bào)告非常多，對這個命題非常存眷。

進(jìn)程智能化的完成

  產(chǎn)業(yè)4.0或者產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)，不但要把內(nèi)部網(wǎng)、內(nèi)部網(wǎng)連起來，而且要變成一個智能物理系統(tǒng)(CPS)。兩者都可以或許或者或者顛末進(jìn)程一個“5C(五層)”結(jié)構(gòu)來表述。

  最上面一層是聰慧的連接層，第二層是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息，第三層是Cyber層，是企業(yè)的云打算數(shù)據(jù)中心。在這里，必要把第二層處理所得的有效數(shù)據(jù)，與企業(yè)打算機(jī)系統(tǒng)中相對應(yīng)的期望值做比擬分析。第四層是認(rèn)知層，根據(jù)比擬差異，找到成就之所在及解決成就的辦法。因此，這一層實(shí)際上是一個決定籌劃層。第五層是設(shè)置設(shè)備陳設(shè)層，可以或許或者或者按照決定籌劃哀求，顛末進(jìn)程打算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對人、對物、對打算機(jī)結(jié)束重新設(shè)置設(shè)備陳設(shè)或更改。這樣的一個五層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成為了一個標(biāo)準(zhǔn)的反響控制系統(tǒng)，可以或許或者或者對企業(yè)的控制工具，即：人(員工)、機(jī)器、打算機(jī)系統(tǒng)、各種物理實(shí)體等，結(jié)束實(shí)時的反響和控制。這樣的一個反響系統(tǒng)，其各層次所對應(yīng)的技能支持，如圖5所示。恰是應(yīng)用這些當(dāng)下最時髦的前輩技能，產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)完成為了企業(yè)全部業(yè)務(wù)活動全進(jìn)程的的智能控制。

  圖5 產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)4.0的“5C(五層)”架構(gòu)

  根據(jù)這個思路，產(chǎn)業(yè)4.0和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在2015年分別完成為了系統(tǒng)的架構(gòu)籌劃。產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考架構(gòu)，可以或許或者或者清楚地說明系統(tǒng)的身分和相互之間的相干，并供給了一個凋零的“產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)籌劃指南”。該當(dāng)夸大的是，這里說的是指南，是給出了一個大家共同努力、同向而行的方向，而不是標(biāo)準(zhǔn)。

這個架構(gòu)籌劃描寫了產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的表里三層結(jié)構(gòu)。從邊緣層，到平臺層，再到企業(yè)層，假如我們把它看作是一個球體的話，外面就是設(shè)備端的邊緣層，中間是平臺層(產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，緊張指這一部分。雖然現(xiàn)在也有將產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺泛化的趨勢)，最內(nèi)層是企業(yè)層。在邊緣層上重假如邊緣的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)各種千般的數(shù)據(jù);送到平臺層往后，平臺層對數(shù)據(jù)做必要的處理和分析;分析完往后，再送達(dá)企業(yè)層，送到企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)。企業(yè)會根據(jù)不同的應(yīng)用做不同的分析，做出判斷和決定籌劃，將數(shù)據(jù)再往回傳送到平臺層和邊緣層，直至送達(dá)企業(yè)表里聯(lián)接的各個部分和單位。

  圖6 產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的內(nèi)外三層結(jié)構(gòu)

  (來源：產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟的白皮書)

  顯著，數(shù)據(jù)分析和處理在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中極其緊張，包括：端點(diǎn)數(shù)據(jù)的得到、從數(shù)據(jù)中提取信息的前輩數(shù)據(jù)處理技能，各種決定籌劃模型的分析打算，和系統(tǒng)成果的輸出。其中，大量使用的是打算科學(xué)的辦法：必要建模，必要算法，必要數(shù)據(jù)等等，最后產(chǎn)生的是決定籌劃數(shù)據(jù)。雖然，安全、可信、隱私等，在結(jié)構(gòu)中也有詳細(xì)的考慮。

智能制造與產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

  現(xiàn)在，國內(nèi)對于產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的概念駁倒?fàn)庌q很多。產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，是一個以企業(yè)為中心的平臺，而不是說在全部產(chǎn)業(yè)行業(yè)建一個大的所謂“產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺”。所謂平臺化是發(fā)展的趨勢，其實(shí)是指企業(yè)的平臺化，每一個大企業(yè)都會有本身的一個企業(yè)平臺，而不會把本身的業(yè)務(wù)搬到別的企業(yè)的平臺上去。波音的平臺不會到中航產(chǎn)業(yè)的平臺上，空客的平臺也不會到波音的平臺上去。假如一定要說有一個產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)共用共享的平臺，那這個平臺就是環(huán)球物聯(lián)網(wǎng)平臺(Internet of Things, IOT)，它不是為哪個產(chǎn)業(yè)，為哪個部分而籌劃的，而是面向環(huán)球各行各業(yè)乃至個人做事的環(huán)球物聯(lián)網(wǎng)。

  產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一個理想的“過程自動化”智能化的平臺。設(shè)想非常完美，但系統(tǒng)非常復(fù)雜。在完成進(jìn)程當(dāng)中，未知數(shù)還很多，不同產(chǎn)業(yè)類別的企業(yè)平臺之間的差異也很大。比喻，中航產(chǎn)業(yè)的平臺，幾乎不太可以或許或者或者或者拿去給中石油用，基本上要推倒重建。所以，每一個企業(yè)一定要從本身的緊急必要和實(shí)際效益出發(fā)，分步推動，相對不克不迭自發(fā)跟隨，分外考慮到往后中國制造業(yè)發(fā)展的水平和信息化的程度離國內(nèi)前輩程度相差仍然很大，“進(jìn)程”智能化的途徑還比擬迢遙。

  假如把智能制造的全部成本和精力都投在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上，又把平臺理解為產(chǎn)業(yè)的平臺，可以或許或者或者或者就誤判了智能制造的發(fā)展方向。當(dāng)務(wù)之急，還是我們的產(chǎn)品和設(shè)備的智能化成就，這對當(dāng)下的中國來講，是智能制造的重點(diǎn)努力方向。