协同制造：通往智能制造的最高境界

欧阳劲松

智能制造，按照中国现行的标准，包括资源配置以及正在进行管理的文件，里面有31个大类，173个中类，608个小类。智能制造被定义为，基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式，可有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗。

智能制造是手段不是目的

什么是智能？从感觉到记忆的思维过程称为智慧，智慧产生了行为和语言，将行为和语言的表达过程称为能力。这是一个闭环的过程，也就是说，进一个门感觉热、凉，湿度适不适合，舒服不舒服，这个过程是智慧。过程是自己动手、还是服务员动手，把执行的过程加起来才叫智能。因此，搞生产一定要叫智能，而不叫智慧，所以叫智能制造而不叫智慧制造。

2015年，工信部在征集智能制造第一批新模式项目的过程中，有很多项目在审查中就被淘汰掉，比如当时针对数控机床的智能程度就出现了问题，生产智能设备——智能洗衣机、智能电脑、智能冰箱等，只是制造了智能设备，而不是指制造设备本身。又比如，两口子结婚50年还有拌嘴，但是冷冰冰的机器要达到这个程度还有很长时间。

在30多年的信息化制造发展过程中，缩短产品研制周期，降低成本，提高质量，降低能耗，一直是长期努力的目标。所谓的数字化制造，企业的内生动力就是要为提质增效服务。智能制造是手段，而不是目的。没有哪个制造企业提质增效是为智能制造而智能制造的，除非是做噱头。

产品设计与生产过程无缝集成

IEC词汇库将数字化工厂定义为：数字化工厂是数字模型、方法和工具的综合网络（包括仿真和3D虚拟现实可视化），通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。它是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。

数字化建模的方法和工具的综合性网络，放在一个网络系统里，通过连续没有中断的数据管理集成在一起，与平台数据方案无缝地集成在一起，以产品全生命周期的数据为基础，在计算机的虚拟环境中，对整个生产过程中进行仿真、优化和评估。所以，数字化工厂就是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。

通过数字工厂的胶片，产品设计的镜像，产品的数字仿真，以及生产资源的数字仿真，包括了传感、大脑、控制器、PLC、执行系统、冷加工设备、热加工设备以及物流设备，然后把折价生产资源镜像到数据平台上。管理标准、质量、检测包括物流都应该镜像到数据平台上面去。这里面很重要的就是要快速的流转起来，设计方和生产资源的配置方要快速的流转起来。

通过将近200家企业的调研后，发现大部分企业生产系统是没有打通的，要解决这个中间环节，很多是靠人工去翻译数据，这一点可能很多企业要用很多的时间开发中间的软件，才能把它快速的或者高实时的响应起来，这是最大的瓶颈。总而言之，要达到数字工厂的核心部分，就是产品的仿真，生产的仿真，以及仿真以后变成实体工厂的时候要镜像出来。这里面是一个实物一个虚拟，最后变成功能块，梳理出来，功能化以后再进行新的工厂拷贝或者是新的服务。

在汽车的生产过程中，是货车、卡车还是轿车等，整个舒适度、空调的制冷效果等等，这些要分解各个零部件和总装以及后续的质量保证上，这就是虚拟仿真。最终是否达到效果，也是在虚拟空间去仿真，仿真完了用什么手段，是冷加工在前热加工在后，还是热加工在前冷加工在后，这都需要仿真。用最快最低的消耗，生产资源满足汽车定义的性能和功能的要求，要做到这一点，自动化、信息化、经营化、集成化是不可缺少的。从生产设备到传感监控设备到生产管理系统到经营管理系统，再到生产装备，都要集成。

图1 数字工厂简图。来源：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所

打通纵向集成和横向集成

个性化批量生产模式颠覆了传统的制造模式，不仅需要制造系统能够支持自适应生产任务、资源和环境等制造要素的动态变化，而且需要制造系统能够实现企业内部管理的纵向集成和面向供应链的横向集成。

如图2所示，位于第三层的MES（制造企业生产过程执行管理系统）和位于第二层的SCADA（数据采集与监视控制系统）两个软件系统是数字化智能制造的核心工业软件。

图2 打通纵向集成和横向集成。【图注：客户关系管理（CRM）、三维计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、供应链管理（SCM）、企业资源计划管理系统（ERP）、产品数据管理系统（PDM）、制造执行管理系统（MES）。】来源：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所

PLM紧紧围绕产品，对用户需求、订单信息、产品开发、工艺规划、生产制造、使用维护和回收再利用等全生命周期各个阶段产品数据的生成、變化进行科学高效的管理，以达到缩短产品上市周期、保证产品质量、降低产品成本等目的。从地域上可以横跨企业和供应链，从时间上可以覆盖从产品的概念阶段一直到产品结束的全生命周期。

制造的最高境界，就是可以让用户的需求向云端发布，然后评估生产资源的配置，通过全球配置资源，跨行业、跨地区、跨领域的配置资源，从而生产出需要的产品。真正的制造最高境界，就是跨行业、跨地域、跨企业的协同制造。