智能制造的目標是產(chǎn)品,而不是智能制造本身,因此,產(chǎn)品的智能化是企業(yè)必須考慮的首要問題之一。生產(chǎn)過程(包括研發(fā)、設(shè)計)中的每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)上的裝備,一定要智能化。當下,中國智能制造的重點努力方向是產(chǎn)品和裝備的智能化問題。
01
智能制造的目標是產(chǎn)品
推動智能制造的目標是什么。顯然,企業(yè)追求的是產(chǎn)品。
企業(yè)銷售產(chǎn)品的時候,不是要宣傳企業(yè)的生產(chǎn)線有多漂亮、多現(xiàn)代,而是說明這個產(chǎn)品的價值何在。
產(chǎn)品是企業(yè)面向社會的表現(xiàn)。智能制造的目標是產(chǎn)品,而不是智能制造本身。因此,產(chǎn)品的智能化是企業(yè)必須考慮的首要問題之一。智能制造如果不能生產(chǎn)出智能的產(chǎn)品,智能制造就失去了時代的意義,企業(yè)今后被淘汰的可能性就很大。
第二個支點是裝備,生產(chǎn)過程中每一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)上的裝備,一定要智能化。如果智能化實現(xiàn)不了,生產(chǎn)力和勞動效率就不能得到很大提高,便無法生產(chǎn)出企業(yè)想要的智能化產(chǎn)品。
第三個支點是企業(yè)生產(chǎn)過程的智能化問題。裝備智能化解決的是生產(chǎn)過程中“點”的智能化問題,企業(yè)只有實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的智能化,才能實現(xiàn)企業(yè)全局的智能化,才能夠?qū)崿F(xiàn)智能化效益的最大化。
02
智能產(chǎn)品是第一支點
任何一個企業(yè)在考慮其智能制造如何發(fā)展時,首先應該想到的是自己的產(chǎn)品怎么實現(xiàn)智能化。
產(chǎn)品的智能化,是通過產(chǎn)品中包含各種復雜程度不等的計算機系統(tǒng),尤其是嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)的。嵌入式系統(tǒng)是智能制造最重要最具有代表性的技術(shù),而且會形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。中國的嵌入式系統(tǒng)起步并不晚,但發(fā)展的速度比較緩慢。
產(chǎn)品智能化是當今計算技術(shù)發(fā)展的一個新的重大趨勢。計算技術(shù)發(fā)明的初衷是為了科學計算。后來發(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)計算。
現(xiàn)在,計算技術(shù)開始向各種產(chǎn)品領(lǐng)域滲透,提升產(chǎn)品的智能化水平。智能產(chǎn)品數(shù)以百億,甚至千億計,產(chǎn)品計算的覆蓋范圍可以說是無遠弗屆。因此,計算技術(shù)應用的下一個熱點,是產(chǎn)品計算。所有的產(chǎn)品都要程度不等地走向智能化。這一點,跟工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的需求有很大的關(guān)系。
現(xiàn)在的智能產(chǎn)品跟以前所謂的嵌入式系統(tǒng)功能需求還不完全一樣,主要功能體現(xiàn)在3個方面。第一個是傳感,產(chǎn)品需要能夠感受外部的情況變化,或者能夠整合產(chǎn)品內(nèi)部的數(shù)據(jù)。第二個是計算,包括產(chǎn)品本身的操作系統(tǒng),以及產(chǎn)品使用的各種應用系統(tǒng)。例如,從數(shù)據(jù)分析到高端計算——也就是人工智能。第三個是聯(lián)網(wǎng),隨著全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,產(chǎn)品可能具有霧計算、邊緣計算和云計算相聯(lián)結(jié)的功能。因此新一代的智能產(chǎn)品,跟以前講的嵌入式系統(tǒng)的概念已經(jīng)大不相同。
03
智能裝備是最大難點
裝備是智能制造最大的難點。生產(chǎn)裝備一般都比較復雜,批量可能不大,所采用的工業(yè)軟件也往往非常復雜。這使得生產(chǎn)成本很高,市場很小,因此愿意或有實力從事智能裝備制造的企業(yè)并不多。而且,由于裝備的開發(fā)周期長,導致企業(yè)經(jīng)營的風險很大。
另外,裝備制造的難點很大程度上是在軟裝備上面,即以工業(yè)軟件為代表的軟裝備,包括CAD/CAE這樣的軟件工具。沒有軟裝備,就不可能有“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存在。工業(yè)軟件首先是一個工業(yè)產(chǎn)品,而且往往是高端工業(yè)產(chǎn)品。這是中國制造2025主要的難點,而工業(yè)界對這一點的認識,還很不充分。
04
過程智能化是奮斗目標
過程智能化最典型的代表,正是工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的奮斗目標。工業(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》系列之一中提到的企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng),而橫向一體化正是企業(yè)的外部網(wǎng)。現(xiàn)在,要把內(nèi)部網(wǎng)和外部網(wǎng)完全整合在一起,將數(shù)據(jù)完全打通。
此外,要把整合之后的系統(tǒng),打造成一個智能物理系統(tǒng)(Cyber-Physical-System, CPS)。在很多現(xiàn)代化企業(yè)里,不管內(nèi)部網(wǎng)或外部網(wǎng),都還只是一個獨立的計算機網(wǎng)絡(luò)或者系統(tǒng),或者實現(xiàn)了初步的整合。如何跟企業(yè)這個物理實體融為一體,有效地運轉(zhuǎn),是一門大學問。
05
過程智能化的實現(xiàn)
工業(yè)4.0或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的目標,不僅要把內(nèi)部網(wǎng)、外部網(wǎng)連起來,而且要變成一個智能物理系統(tǒng)(CPS)。二者都可以通過一個“5C(五層)”結(jié)構(gòu)來表述。
最下面一層是智慧的連接層,第二層是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息,第三層是Cyber層,是企業(yè)的云計算數(shù)據(jù)中心。在這里,需要把第二層處理所得的有效數(shù)據(jù),與企業(yè)計算機系統(tǒng)中相對應的期望值做對比分析。第四層是認知層,根據(jù)對比差異,找到問題之所在及解決問題的方法。因此,這一層實際上是一個決策層。第五層是配置層,可以按照決策要求,通過計算機網(wǎng)絡(luò),對人、對物、對計算機進行重新配置或更改。這樣的一個五層結(jié)構(gòu),構(gòu)成了一個標準的反饋控制系統(tǒng),可以對企業(yè)的控制對象,進行實時的反饋和控制。正是利用這些先進技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了企業(yè)整個業(yè)務(wù)活動全過程的的智能控制。
根據(jù)這個思路,工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在2015年分別完成了系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參考架構(gòu),可以清楚地說明系統(tǒng)的要素和相互之間的關(guān)系,并提供了一個開放的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計指南”。
06
智能制造與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
現(xiàn)在,國內(nèi)關(guān)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的概念討論很多。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,是一個以企業(yè)為中心的平臺,而不是說在整個工業(yè)行業(yè)建一個大的所謂“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺”。
如果一定要說有一個工業(yè)和產(chǎn)業(yè)共用共享的平臺,那這個平臺就是全球物聯(lián)網(wǎng)平臺(Internet of Things, IOT),它不是為哪個工業(yè),為哪個部門而設(shè)計的,而是面向全世界各行各業(yè)乃至個人服務(wù)的全球物聯(lián)網(wǎng)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是一個理想的過程智能化的平臺。設(shè)想非常完美,但系統(tǒng)非常復雜,不同產(chǎn)業(yè)類別的企業(yè)平臺之間的差異也很大。所以,每個企業(yè)一定要從自身的緊迫需求和實際效益出發(fā),分步推進,絕對不能盲目跟隨,過程智能化的路途還比較遙遠。
如果把智能制造的全部資源和精力都投在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上,又把平臺理解為產(chǎn)業(yè)的平臺,可能就誤判了智能制造的發(fā)展方向。當務(wù)之急,還是我們的產(chǎn)品和裝備的智能化問題,這對當下的中國來講,是智能制造的重點努力方向。
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