智能制造是新一輪的工業(yè)革命

從實用和廣義的角度上看，智能制造的概念可以總結為：智能制造是以智能技術為代表的技術為指導的先進制造，包括以智能化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化和自動化為特征的先進制造技術的應用，涉及制造過程中的設計、工藝、裝備（結構設計和優(yōu)化、控制、軟件、集成）和管理。

與此前歷次工業(yè)革命相比，制造的核心地位仍未改變，但智能化成為制造的新特征與內涵。

工業(yè)革命逐漸解放制造人力。制造本質上是從“原材料”到“產品”的過程，內容可以簡化為?工藝設計、工藝參數(shù)、過程控制、執(zhí)行四個步驟。

在歷次工業(yè)革命中，制造工業(yè)走過了機械化、電氣化、自動化（數(shù)字化）、智能化的道路，在這個過程中，工具（裝備）做的事越來越多，人逐步把精力更多的投入到創(chuàng)造性的工作中。

若把“制造”看作從起點到終點的出行問題，制造業(yè)歷次升級過程可以分別形象為自行車（機械化）-電動車（電氣化）-汽車（自動化）-自動駕駛（智能化），其中人更多的參與到決策過程中，對人力的要求越來越低，效率大幅提升。

智能制造的發(fā)展是由體系建立到精確模型建立的過程，實現(xiàn)智能制造，首先要解決智能維護大問題，再做智能預測，最后做到無憂系統(tǒng)與大價值。具體來看分為以下五個階段：

第一階段：全員生產系統(tǒng)（TPS）。由日本提出來的，建立的5S 標準（整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)）是七八十年代整個制造系統(tǒng)當中引以為核心的標準，固化在了組織和對人培訓方面。

第二階段：精益制造和6-Sigma。它的核心價值是如何以數(shù)據(jù)作為標準建立管理體系，本質是消除浪費。

在這個基礎下面包括質量管理體系、產品全生命周期管理體系等等。這個時候數(shù)據(jù)真正在制造使用過程中發(fā)揮作用。

第三階段：數(shù)據(jù)驅動的預測性建模分析。以數(shù)據(jù)驅動的預測性建模分析，指的是怎么把隱性的問題顯性化，顯性化之后解決隱性的問題，避免顯性問題的發(fā)生。

第四階段：以預測為基礎的資源有效性運營決策優(yōu)化。對于過去產生的關聯(lián)性都能夠建模之后，怎么根據(jù)系統(tǒng)生產、環(huán)境、人員多方要素變化進行實時動態(tài)優(yōu)化。

第五階段：“信息-物理”系統(tǒng)。它是建立在對于所有設備本身運行的環(huán)境、活動目標非常精確建?；A上，這個時候產生知識的應用和傳承問題。

智能制造最終要具備狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行的特征，使得企業(yè)更柔性、更智能、更集成化，并且實現(xiàn)了大部分或者全部的智能化技術應用，?目標是實現(xiàn)知識的獲取、規(guī)?；门c傳承。

目前我國處于轉型的最重要時期，還沒有完全到達第三個階段。

制造范式轉型，關鍵在于數(shù)據(jù)流通與工藝建模工業(yè)體系交替的背后是制造范式的改變。

從傳統(tǒng)到現(xiàn)代再到智能制造，研發(fā)生產流程不斷進行重構與組織重建，創(chuàng)新流程的邊界日漸模糊。

傳統(tǒng)制造下研發(fā)/制造流程是串行的，現(xiàn)代制造下變革為并行，在未來智能制造體系下的研發(fā)/制造流程將是一體化，所有的過程是并行、并發(fā)的，數(shù)據(jù)的高速、有序的自由流通，各個環(huán)節(jié)高度互動和協(xié)同，組織是靈活動態(tài)的組織單元，由此而獲得非常高的研發(fā)效率。

智能制造是以數(shù)據(jù)的自動流動解決復雜系統(tǒng)的不確定性，提高資源配置效率。

個性化定制是未來制造發(fā)展方向，產品越來越多，工藝越來越復雜，需求越來越復雜，以個性化定制為代表的復雜系統(tǒng)存在一系列問題。

比如成本如何解決，質量如何解決，交貨期如何解決，這些問題帶來了企業(yè)生產的復雜性、多樣性和不確定性，而智能制造要解決的就是在制造復雜性提高的形況下的不確定性問題。

在前三次的工業(yè)革命中，傳統(tǒng)的制造業(yè)主要圍繞五個核心要素（5M）進行技術升級，分別是：

五個核心要素（5M）

（1）材料（Material）-包括功能、特性等；

（2）機器（Machine）-包括精度、自動化、和生產能力等；

（3）方法（Methods）-包括工藝、效率、和產能等；

（4）測量（Measurement）-包括6-Sigma、傳感器監(jiān)測等；

（5）維護（Maintenance）-包括使用率、故障率、和運維成本等。

這些改善活動都是圍繞著人的經驗開展的，人是駕馭這5個要素的核心。

生產系統(tǒng)在技術上無論如何進步，運行邏輯始終是：?發(fā)生問題->人根據(jù)經驗分析問題->人根據(jù)經驗調整5個要素->解決問題->人積累經驗。

建模是智能制造與傳統(tǒng)制造最大區(qū)別。智能制造系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的最重要的要素在于第6個M：建模（Modeling—數(shù)據(jù)和知識建模，包括監(jiān)測、預測、優(yōu)化和防范等），并通過這第6個M來驅動其他5個傳統(tǒng)要素，從而解決和避免制造系統(tǒng)的問題，消除系統(tǒng)中的不確定性。

因此，智能制造運行的邏輯是：發(fā)生問題→模型（或在人的幫助下）分析問題→模型調整5個要素→解決問題→模型積累經驗，并分析問題的根源→模型調整5個要素→避免問題，工藝模型擔任大腦的角色，成為整個制造系統(tǒng)的核心。

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數(shù)字孿生技術的背后是數(shù)字模型

數(shù)字孿生體現(xiàn)的是數(shù)字模型和實體的雙向進化過程。數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。

在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。舉例來講，導航軟件中城市的實體道路和軟件中的虛擬道路就是“數(shù)字孿生”。

數(shù)字孿生體現(xiàn)了軟件、硬件、和物聯(lián)網(wǎng)回饋的機制，運行實體的數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的營養(yǎng)液輸送線，反過來，很多模擬或指令信息可以從數(shù)字孿生輸送到實體，以達到診斷或者預防的目的，是一個雙向進化的過程。

通過產品數(shù)字孿生體的定義可以看出：

1）產品數(shù)字孿生體是產品物理實體在信息空間中集成的仿真模型，是產品物理實體的全生命周期數(shù)字化檔案，并實現(xiàn)產品全生命周期數(shù)據(jù)和全價值鏈數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成管理；

2）產品數(shù)字孿生體是通過與產品物理實體之間不斷進行數(shù)據(jù)和信息交互而完善的；

3）產品數(shù)字孿生體的最終表現(xiàn)形式是產品物理實體的完整和精確數(shù)字化描述；

4）產品數(shù)字孿生體可用來模擬、監(jiān)控、診斷、預測和控制產品物理實體在現(xiàn)實物理環(huán)境中的形成過程和狀態(tài)。

在這其中，數(shù)據(jù)流通與交換起到十分重要的作用，其為產品數(shù)字孿生體提供訪問、整合和轉換能力，其目標是貫通產品生命周期和價值鏈，實現(xiàn)全面追溯、雙向共享/交互信息、價值鏈協(xié)同。

數(shù)字孿生是CPS 關鍵技術。CPS 通過構筑信息空間與物理空間數(shù)據(jù)交互的閉環(huán)通道，能夠實現(xiàn)信息虛體與物理實體之間的交互聯(lián)動。數(shù)字孿生體的出現(xiàn)為實現(xiàn)CPS 提供了清晰的思路、方法及實施途徑。

以物理實體建模產生的靜態(tài)模型為基礎，通過實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成和監(jiān)控，動態(tài)跟蹤物理實體的工作狀態(tài)和工作進展（如采集測量結果、追溯信息等），將物理空間中的物理實體在信息空間進行全要素重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生體。

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軟件定義制造，智能制造本質是軟件化的工業(yè)基礎

軟件是智能的核心。工業(yè)軟件建立了數(shù)字自動流動規(guī)則體系，操控著規(guī)劃、制作和運用階段的產品全生命周期數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)流通的橋梁，是工業(yè)制造的大腦。

同時，工業(yè)軟件內部蘊含制造運行規(guī)律，并根據(jù)數(shù)據(jù)對規(guī)律建模，從而優(yōu)化制造過程?？梢哉f，軟件定義著產品整個制造流程，使得整個制造的流程更加靈活與易拓展，從研發(fā)、管理、生產、產品等各個方面賦能，重新定義制造。

軟件定義制造。以信息物理系統(tǒng)為例，賽博物理系統(tǒng)（CPS）本質是構建一套賽博（Cyber）空間與物理（Physical）空間之間基于數(shù)據(jù)自動流動的狀態(tài)感知、實時分析、科學決策、精準執(zhí)行的閉環(huán)賦能體系，解決生產制造、應用服務過程中的復雜性和不確定性問題，提高資源配置效率，實現(xiàn)資源優(yōu)化。

這一閉環(huán)賦能體系概括為“一硬”（ 感知和自動控制）、“一軟”（工業(yè)軟件）、“一網(wǎng)”（工業(yè)網(wǎng)絡）、“一平臺”（工業(yè)云和智能服務平臺）。

其中工業(yè)軟件代表了信息物理系統(tǒng)的思維認識，是感知控制、信息傳輸、分析決策背后的世界觀、價值觀和方法論，可以說是工業(yè)軟件定義了CPS。

工業(yè)軟件是對工業(yè)各類工業(yè)生產環(huán)節(jié)規(guī)律的代碼化，支撐了絕大多數(shù)的生產制造過程。作為面向制造業(yè)的CPS，軟件就成為了實現(xiàn)CPS 功能的核心載體之一。

工業(yè)軟件不但可以控制產品和裝備運行，而且可以把產品和裝備運行的狀態(tài)實時展現(xiàn)出來，通過分析、優(yōu)化，作用到產品、裝備的運行，甚至是設計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)迭代優(yōu)化。

編輯：黃飛

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