智慧工厂1.0是基于中国制造现实提出的转型理念

王健

智慧工厂1.0是基于中国制造现实提出的转型理念

王健

智慧工厂1.0理念框架（第二版），来源：中国科技自动化联盟，2013

●在2014中国国际智能工厂大会暨展览会（上海，2014年5月21-23日）上，王健受邀就中国科技自动化联盟最近三年所推动的智能工厂1.0进行报告。智能工厂1.0可能是国内唯一一个对接工业大数据并有实质性进展的理念。本文是经修改后的报告文字版。

智慧工厂1.0是中国科技自动化联盟在2012年中定义的，比工业4.0的提出还早一点。但我们和工业4.0也算很有渊源的。2012年11月上海工博会期间，我受邀在控制工程师大会上谈智慧工厂1.0，就在做报告的前一天晚上，我得到了德国人在定义工业4.0的情报资料，我认为这反映了德国工业界的最新趋势，并且核心观点和我们很类似。而且我们也在2012年下半年几乎同步注意到美国GE定义了所谓的工业互联网。于是临时决定在第二天的会场上向观众播放工业4.0和工业互联网的一些概念图片，以和我们的智慧工厂1.0进行对比。随后在2013年和2014年，我们连续跟踪了德美的进展，我们的智慧工厂1.0的框架内容在这个过程中也一步步明晰。

中国科技自动化联盟的发起

中国科技自动化联盟是在2011年底，由德国倍福自动化和北京易能立方等几家自动化公司联合发起组建的一个行业性非营利组织。其基本理念是所谓的科技自动化，强调自动化不仅仅要服务于传统的大规模制造，还要能够服务于产品研发，服务于科技创新，服务于先进制造，我们把这样的代表先进生产力的自动化，叫做科技自动化。

联盟成立后，吸引了几十家厂商加盟，包括工业自动化厂商、装备厂商、系统集成商、创新服务商、科研机构、投资机构等，还有一大批个人专家，联盟范围实际上突破了自动化，延展到整个自动化生态系统。

联盟成立以来我们做了几个重要的事情，比如说2011年我们为自动化厂商开发了一个三个维度的定位模型，每个公司可以在模型中找到自己的位置，比如说你的产品是部件、还是系统解决方案，你是面向流程、面向混合、还是面向离散行业，你的产品是高端、中端还是低端。自动化公司可以在模型中探讨自己未来发展的路径。

2012年初我们面对装备制造业用户提出了全生命周期创新服务的模型。在模型中我们整合了联盟厂商的力量，可以为装备制造用户进行技术诊断和技术审计，面向市场需求定义产品概念，帮助他们做技术创新，然后发展到产品研发和制造，直到市场营销和售后服务。这样就覆盖了整个创新的生命周期，而不仅仅是产品研发的生命周期。

中国智慧工厂1.0概念的产生

2012年年中，我们开始探讨联盟如何为自动化公司创造更大的价值，引领其发展。我们准备写一份自动化公司发展指南，为此研究了自动化的下游装备制造业、终端产品制造业、甚至最终消费者需求变化的发展趋势，我们也同步研究了自动化的上游和关联产业如电子信息、互联网、材料、半导体等。我们明显感觉到，金融危机之后，中国经济和世界经济处于深度调整之中，不仅中国制造业，欧美先进国家的制造业也都在重新定位，而中国的转型升级和两化融合迫切需要一个清晰明确有效的抓手。同时ICT技术加速向实体经济渗透，新技术产业革命的气息扑面而来，中国的制造业面临巨大的挑战同时面临巨大的机遇。中国智慧工厂1.0的概念在此情况下破茧而出。

刚开始我们把智慧工厂1.0看成是中国制造业的近期目标，希望面向三五年，希望大家能够看得见、摸得着、可操作。现在看中国制造业在不同区域、不同行业、不同企业间的差异性太大，完成1.0的转型升级恐怕要花费7～10年，也就是到2020年左右。期间我们肯定会定义智慧工厂2.0、3.0，以对应不同发展阶段的企业。

特别需要指出的是，智慧工厂1.0发轫于一批自动化中小企业所组建的科技自动化联盟，在力图覆盖制造业各种规模各种特色企业的同时，更多面向广大中小企业。我们感到，国家包括各级政府推出的一系列发展先进制造业和智能装备的优惠政策，包括重大专项，更多惠及大中型企业和优势领军企业。而真正的创新，真正的活力，尤其制造业的活力，更多是在99%的中小企业里。我们定义的智慧工厂1.0，让不同水平规模的中小企业都看得到前景和希望，觉得我可以做些事情。

何谓“智慧工厂”？

智慧工厂（smart factory）这四个字并不是我们的发明，不同人可以有不同的理解，有的人纠结于定语是smart还是intelligent，或者wise，有的人觉得叫“工厂”太土，应该叫智慧企业。其实叫什么并不是特别重要，关键是你如何定义。实际上最近两年，我们一直在探讨如何描述智慧工厂的本质。那么我们定义的智慧工厂是什么呢？智慧工厂是在制造业一系列科学管理实践的基础上，深度融合智能科学技术、信息通信技术和科技自动化技术，围绕数据、信息和知识建立核心竞争力的，更智能、更敏捷、更高效、更安全、更绿色、更和谐和可持续的新一代制造业企业及其生态系统。

这里有几个关键词。首先，搞智慧工厂需要一定的管理基础，几十年来制造业科学管理的成果比如精益、比如六西格玛都蕴含着很好的理念，但现在如果搞管理的不和ICT结合、不懂装备和自动化，恐怕难以把这些管理理念进一步落地。其次，搞智慧工厂需要一定的技术基础，包括ICT技术、自动化技术、智能技术、工业工程技术等等。现在大家经常说两化融合，说自动化和IT结合，实际上谈的是技术手段，而不是目的或结果。

智慧工厂最重要的资源要素是数据、信息和知识。每个企业需要找到一条路径，逐步转型成以数据、信息和知识作为核心竞争力。数据（包括大数据）告诉我们发生了什么，什么时间、什么地点、哪个设备或流程、哪个人发生的。信息是数据经过处理和提炼的结果，告诉我们事件是怎么发生的。而对信息的归纳总结推演会形成知识，比如行业的Knowhow控制的原理等，它会告诉我们为什么会发生，最重要的是告诉我们如何应对？在及时准确有效的数据、信息和知识的支持下，企业人方能做出智慧的决策。企业关注的焦点如果开始发生这样的转移，而不再是以固定资产、以资金规模作为核心，那就走在建设智慧工厂的正确的道路上了。

智慧工厂的对象是新一代制造业企业及其生态系统。我们所说的制造业企业不是生产车间，并不一定从事制造环节，而是泛指制造业当中以及服务于制造业的企业。即使你是一个纯研发性企业，即使你是一个第三方服务企业，你也是在制造业里面的企业，你也可以吸收智慧工厂的理念围绕数据、信息和知识打造你的核心竞争能力，进而发展出你自己的独特的智慧工厂模式。任何企业都有自己所在的生态系统，智慧工厂的范围涵盖整个生态系统，也就是说超越企业自身，是跨组织的，包括了你的供应链，你的下游，你的合作伙伴群。

智慧工厂是更高层次的人本工厂，这和当前大家谈的无人化工厂有本质的区别，或者说无人工厂只是自动化工厂发展的一个阶段，即用机器部分取代了低附加值、高劳动强度、或不适合人类工作的某些工种。智慧工厂也不同于智能工厂，并且高于智能工厂。形而上谓之道，形而下谓之器。智能是指智力与才能，指计算机和现代智能控制技术在工厂中的广泛应用，更多是偏具体的方法、行为和能力，还是停留在技术层面或“器”的层面。智慧则是指对事物本质的认识、辨析、判断能力以及发明创造新事物的能力，智慧是思想或思维方式，在工厂中智慧则不仅融汇在产品开发设计、生产维护过程中，还体现在技术创新、商务管理和运营模式方面，智慧是在“道”的层面。当然如果工厂装备和决策支持系统实现了智能化，就可以更好地感知人、理解人，就可以比较容易地上升到智慧的层面。

智慧工厂的实现可以分成好几个阶段，第一个阶段或起步阶段我们叫1.0。对不同的企业来说，这个1.0的含义可能是截然不同的，或许可以在某些关键工位上一些自动化作为起步，或许可以从改善工厂环境开始。关键是描画出一条路径，起点就是本企业的现实条件，第一个百米的终点就是1.0，接着再冲第二个百米，方向就是让自己的企业及其生态圈更智能、更敏捷、更高效、更安全、更绿色、更和谐和可持续，成为一个充满人本精神，充满中国智慧的，同时被高技术手段充分武装起来的系统。

支撑智慧工厂的自动化解决方案，来源：倍福自动化，2013

智慧工厂1.0框架的演变

围绕智慧工厂1.0，我们曾经提出过几个不同版本的框架或模型。

第一个模型是所谓的1-2-2-3-3模型。排头的1就是指智慧工厂1.0阶段，是中国制造业转型升级的第一个台阶，我们会逐步定义中国智慧工厂的2.0和 3.0，也许有些行业、有些企业在某些方面已经超越了1.0，这个并不奇怪。第一个2就是说智慧工厂面向两类客户，一个是装备制造商，比如北一机、三一重工之类，另一类是终端产品制造商，比如说华为、海尔、长虹这样的公司。第二个2是我们认为智慧工厂融合了数字制造和智能制造，数字制造可以理解成是虚拟的，数字化的制造体系，包括产品研发设计、数字样机、生产线规划、仿真等等这样一些东西，智能制造是智能的部件、智能的系统、智能的装备、智能的生产线这些构成的实际制造体系。重要的是3大集成，包括纵向的信息层面，横向的装备层面以及价值链和生命周期层面。其中生命周期层面包括产品的生命周期，也包括装备的生命周期如客户需求、产品概念、研发设计、制造交付、服务和再回收等，价值链则指企业运营的价值链，覆盖市场、制造、服务和财务等。最后一个3是我们在去年的IA北京展览会上，把不同自动化公司的产品，包括传感器、硬件、软件融合在一起，面向不同的联网装备搭建的物理（系统）模型、信息（集成）模型及能量（管理）模型。1-2-2-3-3模型全面反映了我们早期的思考。

2013年底我们定义了一个新的智慧工厂 1.0框架，这个框架充分反映了智慧工厂的定义，其核心是数据-信息-知识-决策的这样一条由四个环节构成的智慧链，上面是企业的管理基础和技术（包括IT和自动化）基础，顶层是企业商业框架（包括战略、愿景、文化价值观）。智慧链的下面一层是智慧工厂三大集成，即横向集成、纵向集成和生命周期价值链集成，最下面是智慧工厂实现的效果或特征（包括信息一致性、全厂安全、系统能效等）。这个框架较好地描述了实施智慧工厂建设的成功要素之间的关系，突出了智慧工厂的核心特征。

今年（2014年）七月份我们要成立一个新的工作组，着手制定新的智慧工厂1.0框架，这份框架将试图从技术和人的角度对智慧工厂进行多维度的描述，为接下来制定不同行业、不同层次的技术标准和规范提供指南。比如我们站在离散制造业自动化和信息化分层模型的角度，会描述现场级（底层I/ O、执行器、传感器到嵌入式系统、智能机电一体化模块、机器控制器等）、车间级（联网装备、生产线、MES系统等）、企业级（ERP系统等）、企业间（原料供应链、基础服务链、电子商务网络等）的典型结构和一般要求，尤其是信息一致性的要求。如果我们站在智慧工厂里人、设备、环境、产品四大要素的角度，会描述不同职能角色的人和智能生产装备、环境感知和控制设备、智能产品之间如何互动，各自需要什么样的信息支持，以及如何反馈。我们还可以站在人和组织的角度，描述智慧工厂带来的变革，人的角色和职能（比如CIO）如何变迁，以及要产生哪些全新的岗位，组织结构以及组织内信息流决策流的变化等等。总之，新的框架可能不是一个大而全的东西，而是很多张关于智慧工厂的剖面图，就像关于人脑的数十张CT扫描图。

智慧工厂的一个侧面：数字化透明工厂，来源：华龙讯达，2013

实践和案例

围绕智慧工厂1.0，我们这两年做了一些实践。应该说2012年和2013年的上半年，更多是在理念推广阶段，我们在北京、上海、深圳召开了名为“科技自动化世界——助力装备制造业迈向智慧工厂”的系列峰会，与国外知名的自动化展览公司合作推出智慧工厂主题展览。2013年的下半年一直到2014年，工作重点转向跟垂直行业的展会结合（比如NEPCON电子展），跟具体企业实践结合，以及跟国外同行直接对接。

今年4月9号，联盟和中科院计算所、广东顺德政府联合组织数十名装备制造企业家和政府官员到德国和奥地利参观访问，我们在汉诺威工业展现场召开了智慧工厂分享大会，请德国人讲他们的所思所为，我们谈我们的想法和实践，然后进行交流和思维碰撞。我们带领企业家们参观展会，参观一批工业自动化和装备制造企业的总部和研发制造设施，亲耳聆听欧洲企业家们发展高科技产业的经验之谈，取得了极好的效果。

另外我们也跟国内外领先的情报机构和信息服务商进行合作，进行一些跨界交流，请他们帮助联盟跟国外优势的企业和先进制造技术源头进行对接，或联合展开一些调研出版工作。我们想逐步发展成先进制造业领域的民间智库。

还有一个非常重要的方面就是进行现场示范，2014年聚焦在电子制造领域、食品饮料和烟草领域、以及智能装备领域。我们已经选定了两三家示范企业，从下半年开始将组织现场报告会，一边介绍交流智慧工厂1.0的最新进展，一边参观企业，现场学习。

向大家介绍几个案例，在电子制造领域中，大企业如华为、长虹、海尔，近一年都提出了建设智慧工厂的口号。我们和这些大企业有密切的交流或项目合作，主要在理念、思路和信息情报方面提供支持。联盟创始成员德国倍福公司以提供全套的智慧工厂自动化解决方案闻名，他的PC控制技术 、EtherCAT通 信 技 术 、TwinCAT自动化软件平台技术等都是建设先进自动化系统的标准，被联盟成员广泛采用。联盟成员华龙讯达开发的数字化透明工厂，利用三维动漫、虚拟增强现实技术对整个工厂和生产线