【!】所謂“工業(yè)智能”，是指“智能預(yù)測(cè)”與“智能決策”

       一直以來(lái)，自動(dòng)化在某種程度上始終是工廠的一部分，甚至高水平的自動(dòng)化也非新生事物。然而，“自動(dòng)化”一詞通常表示單一且獨(dú)立的任務(wù)或流程的執(zhí)行。過(guò)去，機(jī)器自行“決策”的情況往往是以自動(dòng)化為基礎(chǔ)的線性行為，如基于一套預(yù)定的規(guī)則打開閥門或開啟或關(guān)閉水泵。通過(guò)人工智能的應(yīng)用，以及成熟度不斷深化的信息物理系統(tǒng)將實(shí)體機(jī)器與業(yè)務(wù)流程相結(jié)合，自動(dòng)化日益覆蓋了通常由人類進(jìn)行的復(fù)雜優(yōu)化決策。最后，也許也是最為關(guān)鍵的，“工業(yè)智能”一詞亦表示通過(guò)互聯(lián)互通的信息技術(shù)/運(yùn)營(yíng)技術(shù)格局，實(shí)現(xiàn)工廠車間決策及洞察與供應(yīng)鏈以及整個(gè)企業(yè)其他部分的融合。這將從根本上改變生產(chǎn)流程，大大增強(qiáng)與供應(yīng)商和客戶之間的關(guān)系。它應(yīng)該是一個(gè)柔性系統(tǒng)，能夠自行優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，自行適應(yīng)并實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)新的環(huán)境條件，并自動(dòng)運(yùn)行整個(gè)生產(chǎn)流程。理想中的智能工廠可實(shí)現(xiàn)高度可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，最大程度上降低人工干預(yù)。

       通過(guò)這個(gè)描述，我們可清楚地了解智能工廠并不僅僅是簡(jiǎn)單的自動(dòng)化。智能工廠是一個(gè)柔性系統(tǒng)，能夠自行優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，自行適應(yīng)并實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)新的環(huán)境條件，并自動(dòng)運(yùn)行整個(gè)生產(chǎn)流程。7智能工廠能夠在工廠車間內(nèi)自動(dòng)運(yùn)作，同時(shí)與具有類似生產(chǎn)系統(tǒng)的全球網(wǎng)絡(luò)甚至整個(gè)數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

圖1 “工業(yè)4.0”時(shí)代的智能工廠

圖2 智能工廠的三層信息技術(shù)基礎(chǔ)架構(gòu)

       集成意味著以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為核心，是信息技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用發(fā)展的高級(jí)階段，支持制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)。高度集成化能夠極大地提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、有效組織各方資源、鼓舞不同鏈條中的員工的生產(chǎn)積極性，將企業(yè)從不同個(gè)體變?yōu)榫邆涑瑥?qiáng)凝聚力的團(tuán)隊(duì)，使人員組織管理、任務(wù)分配、工作協(xié)調(diào)、信息交流、設(shè)計(jì)資料與資源共享等發(fā)生根本性變化。

       “工業(yè)4.0”通過(guò)信息物理系統(tǒng)，將生產(chǎn)設(shè)備、傳感器、嵌入式系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等融合成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使得設(shè)備與設(shè)備以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成。

       橫向集成是指網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的企業(yè)間通過(guò)價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源信息共享與資源整合，確保了各企業(yè)間的無(wú)縫合作，提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品與服務(wù)的機(jī)制。橫向集成主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作上，主要是指從企業(yè)的集成到企業(yè)間的集成，走向企業(yè)間產(chǎn)業(yè)鏈、企業(yè)集團(tuán)甚至跨國(guó)集團(tuán)這種基于企業(yè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的集成，產(chǎn)生新的價(jià)值鏈和商業(yè)模式的創(chuàng)新（圖3）。

圖3 智能工廠的橫向集成

圖4 智能工廠的縱向集成

       端對(duì)端集成是指貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的工程化信息系統(tǒng)集成，以保障大規(guī)模個(gè)性化定制的實(shí)施。端對(duì)端集成以價(jià)值鏈為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)端到端的生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的有效整合。端對(duì)端集成是從工藝流程角度來(lái)審視智能制造，主要體現(xiàn)在并行制造上，將由單元技術(shù)產(chǎn)品通過(guò)集成平臺(tái)，形成企業(yè)的集成平臺(tái)系統(tǒng)，并朝著工廠綜合能力平臺(tái)發(fā)展（圖5）。

圖5 智能工廠的端到端的集成

       從過(guò)去集成化思想在制造業(yè)中發(fā)展歷程以及給制造業(yè)帶來(lái)的效果評(píng)價(jià)來(lái)看，制造業(yè)已然越來(lái)越離不開以先進(jìn)技術(shù)為支持的全方位整合?？梢哉f(shuō)，基于全方位整合的集成化思維是制造業(yè)新思維之一。而且，工業(yè)今后的發(fā)展也必將以“借勢(shì)借力、整合資源”的全方位整合為基本思路。

       智能工廠的三項(xiàng)集成，從多年來(lái)以信息共享為集成的重點(diǎn)，走到了過(guò)程集成的階段，并不斷向智能發(fā)展的集成階段邁進(jìn)?！肮I(yè)4.0”推動(dòng)在現(xiàn)有高端水平上的縱向、橫向以及端到端的，包括企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同合作企業(yè)之間以及企業(yè)和顧客之間的全方位的整合。這樣一來(lái)，可以一邊設(shè)計(jì)研發(fā)、一邊采購(gòu)原材料零部件、一邊組織生產(chǎn)制造、一邊開展市場(chǎng)營(yíng)銷，從而降低了運(yùn)營(yíng)成本、提升了生產(chǎn)效率、縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，也減少了能源使用。智能工廠真正強(qiáng)大之處在于其根據(jù)企業(yè)不斷變化的需要發(fā)展和成長(zhǎng)的能力，無(wú)論這些需要是客戶需求的轉(zhuǎn)變、進(jìn)入新市場(chǎng)的擴(kuò)張、新產(chǎn)品或服務(wù)的開發(fā)，還是預(yù)測(cè)性更強(qiáng)響應(yīng)度更高的運(yùn)行和維護(hù)方法、新流程或技術(shù)的引入，或是生產(chǎn)流程的準(zhǔn)實(shí)時(shí)變化。由于具備更為強(qiáng)大的計(jì)算和分析能力，并擁有更為廣泛的智能互聯(lián)資產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，智能工廠能使企業(yè)以過(guò)去相對(duì)困難甚至不可能的方式適應(yīng)變化。

       （一）智能工廠代表了從傳統(tǒng)自動(dòng)化向完全互聯(lián)和柔性系統(tǒng)的飛躍

       工業(yè)4.0的興起以及數(shù)字世界和物理世界的融合——包括信息技術(shù)和運(yùn)營(yíng)技術(shù)——正使制造流程的互聯(lián)互通和供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)型日益成為可能。從線性序列式的供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)互通的開放式供應(yīng)鏈體系，能夠?yàn)槠髽I(yè)的未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)奠定基礎(chǔ)。但是，要充分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型，制造企業(yè)需具備多方面的能力——推動(dòng)企業(yè)運(yùn)作的眾多運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)間橫向整合的能力；互聯(lián)制造系統(tǒng)間垂直整合的能力；以及整個(gè)價(jià)值鏈端到端、全面整合的能力。

       智能工廠代表了從傳統(tǒng)自動(dòng)化向完全互聯(lián)和柔性系統(tǒng)的飛躍。這個(gè)系統(tǒng)能夠從互聯(lián)的運(yùn)營(yíng)和生產(chǎn)系統(tǒng)中源源不斷地獲取數(shù)據(jù)，從而了解并適應(yīng)新的需求。真正的智能工廠能夠整合全系統(tǒng)內(nèi)的物理資產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)資產(chǎn)和人力資本，推動(dòng)制造、維護(hù)、庫(kù)存跟蹤、通過(guò)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)數(shù)字化以及整個(gè)制造網(wǎng)絡(luò)中其他類型的活動(dòng)。其產(chǎn)生的結(jié)果可能是系統(tǒng)效率更高也更為敏捷，生產(chǎn)停工時(shí)間更少，對(duì)工廠或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)和調(diào)整適應(yīng)的能力更強(qiáng)，從而進(jìn)一步提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

       許多制造企業(yè)已開始在多個(gè)領(lǐng)域采用智能工廠的流程方式，如利用實(shí)時(shí)生產(chǎn)和庫(kù)存數(shù)據(jù)進(jìn)行先進(jìn)計(jì)劃與排產(chǎn)，或利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備維護(hù)等。但是，真正的工業(yè)智能是更為整體性的實(shí)踐，不僅僅轉(zhuǎn)變工廠車間，更影響整個(gè)企業(yè)和更大范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)。智能工廠是整個(gè)數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)不可分割的一部分，能夠?yàn)橹圃炱髽I(yè)帶來(lái)多重效益，使之更為有效地適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境。采用并實(shí)施智能工廠解決方案看起來(lái)十分復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。然而，在技術(shù)領(lǐng)域迅猛發(fā)展和未來(lái)趨勢(shì)快速演變的環(huán)境下，制造企業(yè)要想保持市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力或顛覆市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，向更具彈性、適應(yīng)性更強(qiáng)的生產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變幾乎勢(shì)在必行。制造企業(yè)須從大處著眼，充分考慮各種可能，從小處著手進(jìn)行流程方式的可控調(diào)整，并迅速推廣擴(kuò)大運(yùn)營(yíng)，逐步達(dá)成智能工廠的建設(shè)愿景，實(shí)現(xiàn)效益提升。

       （二）大數(shù)據(jù)與人工智能算法是實(shí)現(xiàn)智能工廠的關(guān)鍵

       數(shù)據(jù)是智能工廠的命脈?；谙到y(tǒng)性分析，數(shù)據(jù)將有助于推動(dòng)各流程順利開展，檢測(cè)運(yùn)營(yíng)失誤，提供用戶反饋。當(dāng)規(guī)模和范圍均達(dá)到一定水平時(shí)，數(shù)據(jù)便可用于預(yù)測(cè)運(yùn)營(yíng)和資產(chǎn)利用效率低下的問(wèn)題，以及采購(gòu)量和需求量的變動(dòng)。智能工廠內(nèi)部數(shù)據(jù)可以多種形式存在，且用途廣泛，例如與環(huán)境狀況相關(guān)的離散信息，包括濕度、溫度或污染物。數(shù)據(jù)的收集和處理方式，以及基于數(shù)據(jù)采取相應(yīng)行動(dòng)才是數(shù)據(jù)發(fā)揮價(jià)值的關(guān)鍵所在。要實(shí)現(xiàn)智能工廠的有效運(yùn)作，制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)姆绞匠掷m(xù)創(chuàng)建和收集數(shù)據(jù)流，管理和儲(chǔ)存產(chǎn)生的大量信息，并通過(guò)多種可能比較復(fù)雜的方式分析數(shù)據(jù)，且基于數(shù)據(jù)采取相應(yīng)行動(dòng)。

圖6 智能預(yù)測(cè)與智能決策

       數(shù)據(jù)也可能代表數(shù)字孿生，這是高度成熟的智能工廠結(jié)構(gòu)具備的特征。數(shù)字孿生通過(guò)數(shù)字化形式，以較高的水平呈現(xiàn)某對(duì)象或流程過(guò)去及當(dāng)前的行為。數(shù)字孿生需針對(duì)生產(chǎn)、環(huán)境和產(chǎn)品情況持續(xù)開展實(shí)際的數(shù)據(jù)測(cè)量?；趶?qiáng)大的處理能力，數(shù)字孿生可從產(chǎn)品或系統(tǒng)情況中獲取重要信息，反映現(xiàn)實(shí)世界中設(shè)計(jì)與流程的變化。

       互聯(lián)或許是智能工廠最重要的特征，同時(shí)也是其最大的價(jià)值所在。智能工廠須確保基本流程與物料的互聯(lián)互通，以生成實(shí)時(shí)決策所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。在真正意義的智能工廠中，傳感器遍布各項(xiàng)資產(chǎn)，因此系統(tǒng)可不斷從新興與傳統(tǒng)渠道抓取數(shù)據(jù)集，確保數(shù)據(jù)持續(xù)更新，并反映當(dāng)前情況。通過(guò)整合來(lái)自運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、以及供應(yīng)商和客戶的數(shù)據(jù)，可全面掌控供應(yīng)鏈上下游流程，從而提高供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的整體效率。

       經(jīng)過(guò)優(yōu)化的智能工廠可實(shí)現(xiàn)高度可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，最大程度上降低人工干預(yù)。智能工廠具備自動(dòng)化工作流程，可同步了解資產(chǎn)狀況，同時(shí)優(yōu)化了追蹤系統(tǒng)與進(jìn)度計(jì)劃，能源消耗亦更加合理，可有效提高產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間以及質(zhì)量，并降低成本、避免浪費(fèi)。

       智能工廠獲取的數(shù)據(jù)公開透明：通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化，將從流程與成品或半成品獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)變?yōu)榍袑?shí)可行的洞見，從而協(xié)助人工以及自動(dòng)化決策流程。透明化網(wǎng)絡(luò)還將進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)設(shè)備情況的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)基于角色的觀點(diǎn)、實(shí)時(shí)警告與通知以及實(shí)時(shí)追蹤與監(jiān)控等手段，確保企業(yè)決策更加精準(zhǔn)。

       在一個(gè)智能工廠中，員工與系統(tǒng)可預(yù)見即將出現(xiàn)的問(wèn)題或挑戰(zhàn)，并提前予以應(yīng)對(duì)，而非靜待問(wèn)題發(fā)生再作響應(yīng)。這一特征包括識(shí)別異常情況，儲(chǔ)備并補(bǔ)充庫(kù)存，發(fā)現(xiàn)并提前解決質(zhì)量問(wèn)題，以及監(jiān)控安全與維修問(wèn)題。智能工廠能夠基于歷史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)成果，從而提高正常運(yùn)行時(shí)間、產(chǎn)量與質(zhì)量，同時(shí)預(yù)防安全問(wèn)題。在智能工廠中，制造企業(yè)可通過(guò)創(chuàng)建數(shù)字孿生等流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)，在自動(dòng)化與整合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)預(yù)測(cè)能力。

       智能工廠具備敏捷的靈活性，可快速適應(yīng)進(jìn)度以及產(chǎn)品變更，并將其影響降至最低。先進(jìn)的智能工廠還可根據(jù)正在生產(chǎn)的產(chǎn)品以及進(jìn)度變更，自動(dòng)配置設(shè)備與物料流程，進(jìn)而實(shí)時(shí)掌控這些變更所造成的影響。此外，靈活性還促使智能工廠在進(jìn)度與產(chǎn)品發(fā)生變更時(shí)，最大程度上降低調(diào)整幅度，從而提高運(yùn)行時(shí)間與產(chǎn)量并確保靈活的進(jìn)度安排。

       由于具備上述特征，制造企業(yè)可更加全面清晰地了解其資產(chǎn)與系統(tǒng)，有效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)工廠所面臨的挑戰(zhàn)，最終提高生產(chǎn)率，更加靈活地響應(yīng)不斷變化的供應(yīng)商及客戶情況。例如，一家服飾鞋品公司分別在歐洲與北美設(shè)立了全新智能工廠，以求解決制造企業(yè)經(jīng)常面臨的一些挑戰(zhàn)，包括全球離散化生產(chǎn)以及日益變化的客戶需求。傳統(tǒng)工廠和供應(yīng)鏈往往面臨流行變化趨勢(shì)所帶來(lái)的諸多挑戰(zhàn)。新型智能工廠通常設(shè)于客戶所在地附近，因此可更快響應(yīng)新興趨勢(shì)，并迅速為消費(fèi)者提供鞋品——預(yù)計(jì)不到一周，相較之下，傳統(tǒng)工廠則需兩至三個(gè)月。兩家智能工廠均運(yùn)用了各種數(shù)字化與物理技術(shù)，包括數(shù)字孿生、數(shù)字設(shè)計(jì)、增材制造設(shè)備以及自動(dòng)化機(jī)器人等。公司打算汲取最初兩家智能工廠的經(jīng)驗(yàn)，將這種模式推廣至亞洲等其他地區(qū)的更多基地。制造企業(yè)可通過(guò)各種方法在工廠內(nèi)外打造智能工廠，并調(diào)整配置，以順應(yīng)不斷變化或全新涌現(xiàn)的優(yōu)先事項(xiàng)。

       要建設(shè)智能工廠，僅實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)之間的互聯(lián)還不夠。制造企業(yè)還需開發(fā)存儲(chǔ)、管理、分析數(shù)據(jù)以及根據(jù)數(shù)據(jù)采取行動(dòng)的方法。此外，企業(yè)還需合適的人才推動(dòng)智能工廠建設(shè)，同時(shí)也需確立適當(dāng)?shù)牧鞒?。智能工廠建設(shè)需要獲得解決方案設(shè)計(jì)、技術(shù)以及變革管理層面的轉(zhuǎn)型支持。