智能制造的三个支点

如何实施智能制造？就需要考虑智能制造的三个支点：产品、装备和过程。

第一个需要考虑的是推动智能制造的目标是什么。显然，企业追求的是产品，而不是要把企业搞得有多时髦。企业销售产品的时候，不是要宣传企业的生产线有多漂亮、多现代，而一定要说明这个产品的价值何在。产品是企业面向社会的表现。智能制造的目标是产品，而不是智能制造本身。因此，产品的智能化是企业必须考虑的首要问题之一。智能制造如果不能生产出智能的产品，智能制造就失去了时代的意义。

第二个支点是装备，生产过程中的每一个关键环节上的装备，一定要智能化。如果这个智能化实现不了，劳动生产力和劳动效率就不可能得到很大提高，企业可能就没有竞争力。不是数字化、网络化和智能化的生产装备，就不是这个时代的先进制造装备。而且，如果设备没有智能化，也可能无法生产出企业想要生产的智能化产品。

第三个支点是企业生产过程的智能化问题。装备智能化解决的是生产过程中“点”的智能化问题；企业只有实现生产全过程的智能化，才能实现企业全局的智能化，才能够实现智能化效益的最大化。

智能产品是第一支点

一个机床生产厂，生产装备和过程如果都是智能化的，而它生产出来的机床却是一般的机床，没有智能化的要素，那么这个机床厂的前途就非常堪忧。因为，他自己都不会去购买这样不够智能化的机床。

因此，任何一个企业在考虑其智能制造如何发展的时候，首先应该想到的是自己的产品怎么实现智能化。即使生产过程没有部分或全部实现智能化，能够把智能的产品做出来，那么企业还是应该首先考虑产品的智能化问题。

产品的智能化，是通过产品中包含有各种复杂程度不等的计算机系统，尤其是嵌入式系统，来实现的。嵌入式系统不仅可以成为智能制造最重要最具有代表性的技术，而且会形成一个庞大的产业链。中国的嵌入式系统，发展的速度比较缓慢——尽管起步并不晚。产品所用的嵌入式系统，绝大多数对于芯片的要求都不一定特别高，一般也就是几十纳米到上百纳米，甚至档次再低一点，也或许够用。因此，技术难度并不大。

产品智能化是当今计算技术发展的一个新的重大趋势。计算技术发明的初衷是为了科学计算。而后，发展为支持人类各种业务活动的信息处理和传播，即业务计算。业务计算的覆盖范围已经比科学计算要大得多。上世纪90年代以后，随着互联网的发展，QQ、微信、Facebook等开始崛起，计算技术渗入了人们的社会生活，大大地推动了社会计算的发展。

现在，计算技术开始向各种产品领域渗透，提升产品的智能化水平。智能产品数以百亿，甚至千亿计，产品计算的覆盖范围可以说是“无远弗届”，一定会给整个IT产业带来巨大的变化。

因此，计算技术应用的下一个热点，是产品计算。所有的产品都要程度不等地走向智能化，计算都有可能参与其中。这一点，跟工业互联网快速发展的需求有很大的关系。

现在的智能产品跟以前所谓的嵌入式系统功能需求还不完全一样，主要功能体现在三个方面。第一个是传感，产品需要能够感受外部的情况变化，或者能够整合产品内部的数据。第二个是计算，包括产品本身的操作系统，以及产品使用的各种应用系统。第三个是联网，随着全球物联网的发展，产品可能具有雾计算、边缘计算和云计算相联结的功能。

智能装备是最大难点

装备是智能制造最大的难点。生产装备一般都比较复杂，而且批量可能不大，所采用的工业软件也往往非常复杂。这使得生产成本很高，市场很小，因此愿意或有实力从事智能装备制造的企业并不多。而且，由于装备的开发周期长，导致企业经营的风险很大。

另外，装备制造的难点很大程度上是在软装备上面，即以工业软件为代表的软装备，包括CAD/CAE这样的软件工具。没有软装备，就不可能有“数字化、网络化、智能化”。抽去软件，信息化的一切成果都不复存在。工业软件首先是一个工业产品，而且往往是高端工业产品。这是中国制造主要的难点，而工业界对这一点的认识，还很不充分。

发达国家的制造业在生产装备智能化这一点上，已经非常领先。尤其是日本和德国，已经基本上垄断了全球重大制造业生产装备的市场。而智能制造下一步的发展，就是要实现过程的智能化，完成从装备这个“点”向过程这条“线”的发展。

过程智能化最典型的代表，正是工业4.0和工业互联网的奋斗目标。工业4.0提出，企业的信息系统要走向一体化，包括纵向一体化和横向一体化。纵向一体化就是《三论智能制造》的系列之一中提到的企业的内部网，而横向一体化正是企业的外部网。现在，要把内部网和外部网完全整合在一起，将数据完全打通。

此外，要把整合之后的系统，打造成一个智能物理系统（Cyber-Physical-System， CPS）。这里的Cyber意指计算机或计算机网络。在很多现代化企业里，不管内部网或外部网，都还只是一个独立的计算机网络或者系统，或者实现了初步的整合。如何跟企业这个物理实体融为一体，有效地运转，是一门大学问。

美国国家科学基金认为，企业这个物理实体与其内含的计算机和网络系统如何协同一致、高效精确的工作，如何增强这类系统的适应性、自主性、功能性、可靠性、安全性、可用性和效率，将会发展成为一个新的系统工程学，是美国需要重点发展的前沿命题。

过程智能化的实现

工业4.0或者工业互联网的目标，不仅要把内部网、外部网连起来，而且要变成一个智能物理系统（CPS）。二者都可以通过一个“5C（五层）”结构来表述。

最下面一层是智慧的连接层，第二层是数据转换成信息，第三层是Cyber层，是企业的云计算数据中心。在这里，需要把第二层处理所得的有效数据，与企业计算机系统中相对应的期望值做对比分析。第四层是认知层，根据对比差异，找到问题之所在及解决问题的方法。因此，这一层实际上是一个决策层。第五层是配置层，可以按照决策要求，通过计算机网络，对人、对物、对计算机进行重新配置或更改。这样的一个五层结构，构成了一个标准的反馈控制系统，可以对企业的控制对象，即：人（员工）、机器、计算机系统、各种物理实体等，进行实时的反馈和控制。

根据这个思路，工业4.0和工业互联网在2015年分别完成了系统的架构设计。工业互联网的参考架构，可以清楚地說明系统的要素和相互之间的关系，并提供了一个开放的“工业互联网系统设计指南”。应该强调的是，这里说的是指南，是给出了一个大家共同努力、同向而行的方向。

这个架构设计描述了工业互联网系统的内外三层结构。从边缘层，到平台层，再到企业层，如果我们把它看做是一个球体的话，外面就是设备端的边缘层，中间是平台层（工业互联网平台，主要是指这一部分。当然现在也有将工业互联网平台泛化的趋势），最内层是企业层。在边缘层上主要是边缘的网关，采集各种各样的数据；送到平台层之后，平台层对数据做必要的处理和分析；分析完之后，再送到企业的应用系统，企业会根据不同的应用做不同的分析、判断和决策，并将数据再传送到平台层和边缘层，直至送达企业的各个部门。

（本文根据周宏仁的最新演讲整理而成，未经本人确认。）