圖11 產(chǎn)品智能化演進過程

隨著互聯(lián)網(wǎng)，尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，汽車開始與更多的外圍設(shè)備、外圍系統(tǒng)互動，傳遞信息、共享信息。通過與智能交通系統(tǒng)（ITS）聯(lián)網(wǎng)，可以實時獲取交通信息、道路以及加油站信息等；通過接收衛(wèi)星導(dǎo)航，實現(xiàn)豐富的定位信息服務(wù)；通過智能手機、平板電腦等外圍設(shè)備實現(xiàn)更加具有擴展性的應(yīng)用。汽車已經(jīng)從一個“電子產(chǎn)品”進一步變身為一個“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”。未來的汽車能否與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可能成為汽車市場競爭中的決定性因素。

可以說，信息技術(shù)在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要作用。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)、飛機控制系統(tǒng)、汽車電子、家電、武器裝備、電子玩具等以嵌入式系統(tǒng)為代表的物理產(chǎn)品在社會生活的各個領(lǐng)域廣泛存在。而它們隨著計算、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的發(fā)展，以及未來制造業(yè)需求的提高，都不斷地從物理產(chǎn)品演變成為“電子產(chǎn)品”或者“網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品”（圖12）。

圖12 產(chǎn)品意義的變化

網(wǎng)絡(luò)協(xié)同

通過互通互聯(lián)，云計算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和以前的自動化的技術(shù)結(jié)合在一起，生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合，生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間，工人與設(shè)備之間的合作，把整個工廠內(nèi)部的聯(lián)結(jié)起來，形成信息物理系統(tǒng)，互相之間可以合作、可以響應(yīng)，能夠開展個性化的生產(chǎn)制造，可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率，還可以調(diào)整利用資源的多少、大小，采用最節(jié)約資源的方式。

“工業(yè)4.0”的智能制造，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)，其核心就是在整個工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用中，通過信息物理系統(tǒng)（CPS），利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、軟件技術(shù)和通信技術(shù)，加強信息管理和服務(wù)，提高生產(chǎn)過程的可控性，從而實現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、制造工藝及工業(yè)控制等全方位的信息覆蓋，全面控制各種信息，確保各個生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都能處于最優(yōu)狀態(tài)。從而引導(dǎo)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

【工廠內(nèi)的協(xié)同】

對于一個制造業(yè)企業(yè)來說，其內(nèi)部的信息是以制造為核心的，包括生產(chǎn)管理、物流管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員及工時管理等和生產(chǎn)相關(guān)的各個要素。傳統(tǒng)的制造管理是以單個車間/工廠為管理單位，管理的重點是生產(chǎn)，管理的范圍是制造業(yè)內(nèi)部。

但是，隨著信息技術(shù)的進步，很多制造型企業(yè)在發(fā)展的不同時期，根據(jù)管理的不同時期的需求，不斷地開發(fā)了不同的系統(tǒng)，并在企業(yè)內(nèi)部逐步使用，如庫存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)、供應(yīng)量管理系統(tǒng)系統(tǒng)等等。不同的系統(tǒng)來實現(xiàn)不同的功能，有些系統(tǒng)采用自主開發(fā)或不同供應(yīng)商的系統(tǒng)所組成。隨著企業(yè)的發(fā)展，要求不同的生產(chǎn)元素管理之間的協(xié)同性，以避免制造過程中的信息孤島，因此對各個系統(tǒng)之間的接口和兼容性的需求越來越高，即各個系統(tǒng)之間的內(nèi)部協(xié)同越來越重要。

例如，對于采用兩套各自獨立的系統(tǒng)來管理生產(chǎn)和庫存的話，生產(chǎn)實施之前，生產(chǎn)管理系統(tǒng)需要掌控某項生產(chǎn)計劃的實施以及物料資源的供應(yīng)，而如果庫存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)相對獨立，就無法實現(xiàn)協(xié)同，生產(chǎn)所需要的物料信息不能反饋給庫存系統(tǒng)，庫存系統(tǒng)也不能得到生產(chǎn)所需要物料的需求信息。在生產(chǎn)完成之后，生產(chǎn)系統(tǒng)匯總生產(chǎn)結(jié)果與實際的物料使用信息，但是由于生產(chǎn)管理系統(tǒng)與庫存管理系統(tǒng)采用的是不同的獨立系統(tǒng)，庫存管理系統(tǒng)并不能實時得到物料使用信息，致使實際庫存情況和系統(tǒng)的結(jié)果不能保持一致。為了彌補信息的斷層，不得不從庫存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)信息的手工導(dǎo)入和導(dǎo)出，經(jīng)常進行周期性的人工盤點，才能做到使用情況與庫存信息的匹配。

隨著對于制造的敏捷性及精益制造的要求不斷提高，靠人工導(dǎo)入導(dǎo)出信息已經(jīng)不能滿足制造業(yè)信息化的需求，這就要求在不同系統(tǒng)之間進行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，做到實時的信息傳遞與共享。

【工廠間的協(xié)同】

未來制造業(yè)中，每個工廠是獨立運作的模式，每個工廠都有獨立運行的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，或者采用一套生產(chǎn)管理系統(tǒng)來管理所有的工廠的操作。但是隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)設(shè)置有不同的生產(chǎn)基地及多個工廠，工廠之間往往需要互相調(diào)度，合理地利用人力、設(shè)備、物料等資源，企業(yè)中每個工廠之間的信息的流量越來越多，實時性的要求越來越高，同時每個工廠的數(shù)據(jù)量和執(zhí)行的速度的要求也越來越高。這就要求不同工廠之間能夠做到網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，確保實時的信息傳遞與共享（圖13）。

圖13 工廠與工廠之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同

在全球化與互聯(lián)網(wǎng)時代，協(xié)同不僅僅是組織內(nèi)部的協(xié)作，而且往往要涉及到產(chǎn)業(yè)鏈上、下游組織之間的協(xié)作。一方面，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，消費者與制造業(yè)企業(yè)共同進行產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)，滿足個性化定制需求；另一方面，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，配置原材料、資本、設(shè)備等生產(chǎn)資源，組織動態(tài)的生產(chǎn)制造。縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，滿足差異化市場需求。

“工業(yè)4.0”中的橫向集成代表生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合，這是一個全產(chǎn)業(yè)鏈的集成。以往的工廠生產(chǎn)中，產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)只是一個獨立過程，之間沒有任何聯(lián)系，沒有進一步的邏輯控制。外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造使得一個工廠根據(jù)自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)檔期，只生產(chǎn)某一個產(chǎn)品的一部分，外部的物流、外部工廠的生產(chǎn)，包括銷售等整個的全產(chǎn)業(yè)鏈能夠聯(lián)系起來。這樣一來，就實現(xiàn)了價值鏈上的橫向產(chǎn)業(yè)融合。

全球化分工使得各項生產(chǎn)要素加速流動，市場趨勢變化和產(chǎn)品個性化需求對工廠的生產(chǎn)響應(yīng)時間和柔性化生產(chǎn)能力提出了更高的要求。“工業(yè)4.0”時代，生產(chǎn)智能化通過基于信息化的機械、知識、管理和技能等多種要素的有機結(jié)合，從著手生產(chǎn)制造之前，就按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級、工廠現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力，自動制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計劃。從而，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅下降，同時實現(xiàn)產(chǎn)品多樣性、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，從而最終實現(xiàn)工廠運營的全面優(yōu)化變革。

生產(chǎn)智能化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實際上就是“工業(yè)4.0”時代的重要標(biāo)志之一——在智能工廠，利用智能設(shè)備，將智能物料生產(chǎn)成智能產(chǎn)品，整個過程貫穿以網(wǎng)絡(luò)協(xié)同（圖14）。

圖14 智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系