工業(yè)互聯(lián)網與智能工廠
點擊：1747 發(fā)布時間：2016-03-05
為了應對新一輪科技革命和產業(yè)變革，我國相繼出臺了一系列規(guī)劃——《中國制造2025》、互聯(lián)網+行動計劃、大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新、大數(shù)據(jù)應用等。這些規(guī)劃都有一個共同的指向——制造業(yè)要走向智能化、數(shù)字化、網絡化、綠色化，企業(yè)要邁向智能工廠。
智能制造是歷史發(fā)展必然
制造業(yè)走向智能工廠這是中國經濟轉型升級的必然，是社會經濟發(fā)展的必然，是科學技術發(fā)展的必然，是企業(yè)獲取可持續(xù)發(fā)展競爭優(yōu)勢的必然。
中國經濟轉型升級的必然。中國工業(yè)自主創(chuàng)新能力不強，在全球產業(yè)鏈分工中處于價值鏈的的低端，經濟長期依賴投資、出口拉動。隨著土地、勞動力、原材料、燃料動力等要素成本的全面、快速上升，中國傳統(tǒng)比較優(yōu)勢將逐步削弱。
根據(jù)2015年8月美國波士頓咨詢公司對世界主要國家制造業(yè)成本競爭力的分析(同時考慮人工成本、生產效率、匯率變動)，中國2004年平均每小時工資4.35美元，2014年上升到12.47美元，上升了2.9倍。同期中國成本競爭力比美國下降了10個百分點。中國制造業(yè)資源環(huán)境的壓力突出，傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)展模式不可持續(xù)，亟待形成新的競爭優(yōu)勢。信息化和工業(yè)化兩化融合，發(fā)展智能制造，走新型工業(yè)化道路是中國經濟轉型升級的必然。
科學技術發(fā)展的必然。信息技術特別是信息通信技術的發(fā)展，深刻地改變了人們的生產方式、生活方式、社會形態(tài)�；ヂ�(lián)網、物聯(lián)網的廣泛應用，使得信息物理系統(tǒng)CPS應運而生，它將物理世界與信息世界融合在一起，掀起了新一輪的工業(yè)革命。如今，智能手機、智能可穿戴設備、智能汽車、智能家居、智慧城市……像颶風一樣席卷全球，發(fā)展智能制造是技術發(fā)展的必然。
社會經濟發(fā)展的必然。隨著世界人口老齡化進程的加快，勞動力短缺現(xiàn)象從發(fā)達國家向發(fā)展中國家、再向欠發(fā)達國家蔓延。隨著中國農業(yè)現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化進程的加快，廣大農村受教育水平的提高，從事簡單勞動和重體力勞動的人越來越少，招工難將成為常態(tài)。發(fā)展智能制造是社會經濟發(fā)展的必然。
獲取可持續(xù)發(fā)展競爭優(yōu)勢的必然。企業(yè)的競爭是人才、技術、成本的競爭。當同行在智能工廠里，以高效率、高柔性的裝備，以精益的管理，快速響應客戶個性化的需求，提供貼心周到的服務、低成本的產品的時候，傳統(tǒng)的企業(yè)將面臨生存危機。企業(yè)為了獲取可持續(xù)發(fā)展的競爭優(yōu)勢必須建造智能工廠。
離散制造業(yè)智能工廠總體框架
一個離散制造業(yè)的智能工廠的總體框架，是在信息物理融合系統(tǒng)的支持下，由智能設計、智能產品、智能經營、智能制造、智能服務、智能決策六個部分組成。通過企業(yè)信息門戶實現(xiàn)與供應商、客戶、合作伙伴的橫向集成，以及企業(yè)內部的縱向集成。要做到這些集成，首先要有一系列標準的支持和信息安全的保障。
2015年7月1日，《國務院關于積極推進"互聯(lián)網+"行動的指導意見》中提出了“互聯(lián)網+”的目標：
第一,到2018年，互聯(lián)網與經濟社會各領域的融合發(fā)展進一步深化，基于互聯(lián)網的新業(yè)態(tài)成為新的經濟增長動力，互聯(lián)網支撐大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的作用進一步增強，互聯(lián)網成為提供公共服務的重要手段，網絡經濟與實體經濟協(xié)同互動的發(fā)展格局基本形成 。
第二,到2025年，網絡化、智能化、服務化、協(xié)同化的“互聯(lián)網+”產業(yè)生態(tài)體系基本完善，“互聯(lián)網+”新經濟形態(tài)初步形成，“互聯(lián)網+”成為經濟社會創(chuàng)新發(fā)展的重要驅動力量。
《指導意見》提出了“互聯(lián)網+”的十一項重點行動：“互聯(lián)網+”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新、“互聯(lián)網+”協(xié)同制造、“互聯(lián)網+”現(xiàn)代農業(yè)、“互聯(lián)網+”智慧能源、“互聯(lián)網+”普惠金融、“互聯(lián)網+”益民服務、“互聯(lián)網+”高效物流、“互聯(lián)網+”電子商務、“互聯(lián)網+”便捷交通、“互聯(lián)網+”綠色生態(tài)、“互聯(lián)網+”人工智能。
互聯(lián)網+行動計劃包括社會經濟各個領域，與智能工廠最緊密的是：“互聯(lián)網+”協(xié)同制造、“互聯(lián)網+”電子商務和“互聯(lián)網+”人工智能。該行動計劃的提出，推動互聯(lián)網與制造業(yè)融合，提升制造業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化水平，加強產業(yè)鏈協(xié)作，發(fā)展基于互聯(lián)網的協(xié)同制造新模式。在重點領域推進智能制造、大規(guī)模個性化定制、網絡化協(xié)同制造和服務型制造，打造一批網絡化協(xié)同制造公共服務平臺，加快形成制造業(yè)網絡化產業(yè)生態(tài)體系。這些都為制造業(yè)未來發(fā)展指明了方向。我們可以從信息物理融合系統(tǒng)CPS、協(xié)同設計、協(xié)同供應鏈、協(xié)同生產、企業(yè)電子商務、協(xié)同服務等諸方面進行分析。
互聯(lián)網+協(xié)同制造
今天的世界是協(xié)同、創(chuàng)新、智能的時代。充分利用互聯(lián)網技術實現(xiàn)與外部世界的協(xié)同創(chuàng)新是增強企業(yè)競爭能力的重要手段。協(xié)同制造就是充分利用Internet技術為特征的網絡技術、信息技術，實現(xiàn)供應鏈內及跨供應鏈間的企業(yè)產品設計、制造、管理和商務等的合作，最終通過改變業(yè)務經營模式與方式達到資源最充分利用的目的。它強調企業(yè)間的協(xié)同。協(xié)同制造是基于敏捷制造、虛擬制造、網絡制造、全球制造的生產模式，它打破時間、空間的約束，通過互聯(lián)網絡，使整個供應鏈上的企業(yè)和合作伙伴共享客戶、設計、生產經營信息。從傳統(tǒng)的串行工作方式，轉變成并行工作方式，從而最大限度縮短新品上市時間，縮短生產周期，快速響應客戶需求，提高設計、生產的柔性。通過面向工藝的設計、面向生產的設計、面向成本的設計、供應商參與設計，大大提高產品設計水平和可制造性、成本的可控性。它有利于降低生產經營成本，提高質量，提高客戶滿意度。協(xié)同制造的總體框架，是在協(xié)同平臺的支持下，實現(xiàn)協(xié)同設計、協(xié)同供應鏈、協(xié)同生產、協(xié)同服務。
協(xié)同制造將傳統(tǒng)的客戶需求、初步設計、詳細設計、工藝設計、工裝設計、生產準備、制造、銷售、售后服務這種串行工作方式在一系列信息系統(tǒng)的支持下，變成一個同心圓。讓任何客戶需求的變動、設計變更、工藝變更，迅速在供應鏈上做出快速響應。要實現(xiàn)企業(yè)間的協(xié)同，離不開信息物理融合系統(tǒng)CPS。
信息物理融合系統(tǒng)CPS
信息物理融合系統(tǒng)CPS是智能工廠萬物互聯(lián)的基礎。通過物聯(lián)網、服務網將制造業(yè)企業(yè)設施、設備、組織、人互通互聯(lián)，集計算機、通信系統(tǒng)、感知系統(tǒng)為一體，實現(xiàn)對物理世界安全、可靠、實時、協(xié)同感知和控制。對物理世界實現(xiàn)“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”。
CPS由感知層、網絡層、認知層和控制層組成。其特征呈現(xiàn)為：環(huán)境感知性、自愈性、異構性、開放性、可控性、移動性、融合性和安全性。
協(xié)同設計
隨著產品智能化的發(fā)展，產品集機、電、液、聲、光、各種傳感器、嵌入式系統(tǒng)、網絡通信、接口……，非常復雜，依靠少數(shù)人進行設計已經不現(xiàn)實。這就需要集中社會資源進行協(xié)同設計。協(xié)同設計是指利用計算機技術、多媒體技術和網絡技術，支持工作群體成員在共享環(huán)境下的協(xié)同工作、交互協(xié)商、分工合作，共同完成某些任務。它支持多個時間上分離、空間上分布，而工作又相互依賴的協(xié)作成員的協(xié)同工作。實現(xiàn)協(xié)同設計需要計算機支持的協(xié)同工作平臺(Computer Supported Cooperative Works，CSCW)，支持動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟內分布于不同地域的多功能項目組成員開展基于網絡的協(xié)同工作，用于選擇、評估、發(fā)送與接收產品數(shù)據(jù)，分析技術方案，快捷迅速地完成設計并投入生產。它要解決協(xié)調機制的問題，建立沖突消解機制、通信機制、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)的柔性和開放性。例如，中煙機械集團公司在技術系統(tǒng)內打破企業(yè)法人界限，將上海煙機技術中心、常德煙機、許昌煙機、秦皇島煙機、上海煙機五個跨地域的部門建立分布式協(xié)同設計平臺，開展大型成套設備的設計。
協(xié)同供應鏈
復雜制造業(yè)產業(yè)鏈長，制造工藝復雜，供應商和協(xié)作單位多，需要通過互聯(lián)網絡創(chuàng)建協(xié)同化的環(huán)境，即建立供應鏈網絡，在此網絡中，供應商、制造商、分銷商和客戶可動態(tài)地共享客戶需求、產品設計、工藝文件、供應鏈計劃、庫存等信息。任何客戶的需求、變動、設計的更改，在整個供應鏈的網絡中快速傳播，及時響應。避免了傳統(tǒng)管理中的“牛鞭效應”。
最典型的協(xié)同供應鏈管理是汽車制造業(yè)，隨著人們對汽車產品個性化需求的增加，如何將國內外眾多的供應商、協(xié)作配套廠商、分銷商、最終用戶在一個供應鏈平臺上共享客戶需求信息，是協(xié)同供應鏈管理的重要課題。通過供應鏈計劃，可以將客戶的個性化需求精準地發(fā)布到整個供應鏈上，以快速響應客戶需求，最大限度降低庫存，準時供貨。
協(xié)同生產
一些復雜的產品往往由多家工廠協(xié)同制造，最終交付同類產品。這些工廠之間需要生產計劃協(xié)同、供應協(xié)同，同步生產，按質、按量、按時提交零部件和產品。
企業(yè)電子商務
在傳統(tǒng)電子商務基礎上，發(fā)展行業(yè)電子商務，建設以主制造商為核心的供應鏈電子商務體系，實施網上招投標、網上采購、網上支付、物流和質量跟蹤，實施B2B、O2O的銷售模式。通過大數(shù)據(jù)分析用戶的習慣、喜好等顯性需求，以及客戶的身份、時空、工作生活狀態(tài)關聯(lián)的隱性需求，分析不同客戶的偏好、習慣，主動為用戶提供精準銷售和服務。
協(xié)同服務
在信息物理融合系統(tǒng)CPS的支持下，著眼于產品全生命周期，從用戶需求、設計制造、賣方信貸、產品租賃、售后服務、備品備件、直至回收再利用全過程的管理和服務。在產品智能化的基礎上，實現(xiàn)產品運行狀態(tài)的在線數(shù)據(jù)采集，通過物聯(lián)網進行數(shù)據(jù)傳輸，結合產品運維知識庫，進行在線診斷和分析，進行在線服務。提高客戶服務的滿意度，為客戶和企業(yè)本身創(chuàng)造新的價值，實現(xiàn)傳統(tǒng)制造向制造服務轉型。
國內中聯(lián)重科、三一重工、徐工集團、陜西鼓風機都已通過物聯(lián)網實現(xiàn)客戶產品的遠程監(jiān)控和維護。如中聯(lián)重工已通過物聯(lián)網技術、北斗導航技術、云計算、大數(shù)據(jù)分析構建了基于物聯(lián)網的智能云服務平臺，實現(xiàn)了遠程在線工況檢測、運行信息自動采集與存儲、故障預警、作業(yè)狀況分析等功能。
在新一輪科技革命和產業(yè)變革中，制造業(yè)要想獲得可持續(xù)發(fā)展的競爭優(yōu)勢，必須邁向智能制造，擁抱互聯(lián)網。依靠信息物理融合系統(tǒng)，實現(xiàn)協(xié)同設計、協(xié)同供應鏈、協(xié)同生產、協(xié)同服務、企業(yè)電子商務。將企業(yè)置身于全球供應鏈的生態(tài)系統(tǒng)之中，提高供應鏈的競爭能力，這是企業(yè)發(fā)展的必由之路。
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