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本文是工業(yè)4.0俱樂(lè)部秘書長(zhǎng)杜玉河先生《智能制造時(shí)代——設(shè)備智能化與綠色再制造》的文檔，我們首先從產(chǎn)業(yè)大勢(shì)開始分析，由表及里，剖析企業(yè)的在4.0框架下，智能設(shè)備如何與4.0的理念架構(gòu)相互融合。
一、從工業(yè)1.0到工業(yè)4.0
從1733年，機(jī)械師凱伊發(fā)明了“飛梭”，到1765年，織工哈格里夫斯發(fā)明了“珍妮紡織機(jī)”的出現(xiàn)首先在棉紡織業(yè)引發(fā)了機(jī)器發(fā)明的潮流，進(jìn)行技術(shù)革新的連鎖反應(yīng)，揭開了工業(yè)革命的序幕。而1785年的瓦特制成的改良型蒸汽機(jī)，蒸汽機(jī)是人類歷史上，在全世界廣泛使用的第一種普及機(jī)器，人類社會(huì)由此進(jìn)入了“蒸汽時(shí)代”。
隨著工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)器生產(chǎn)逐漸取代手工操作，傳統(tǒng)的手工業(yè)無(wú)法適應(yīng)機(jī)器生產(chǎn)的需要，為了更好地進(jìn)行生產(chǎn)管理，提高效率，資本家開始建造工房，安置機(jī)器雇傭工人集中生產(chǎn)，這樣，一種新型的生產(chǎn)組織形式—工廠出現(xiàn)了。工廠成為工業(yè)化生產(chǎn)的最主要組織形式，發(fā)揮著日益重要的作用。
19世紀(jì)70年代，開始第二次工業(yè)革命。，主要標(biāo)志：電力的廣泛應(yīng)用（即電氣時(shí)代)，第二次工業(yè)革命以電器的廣泛應(yīng)用最為顯著。科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的另一項(xiàng)重大成就，是內(nèi)燃機(jī)的創(chuàng)新和使用。但科技創(chuàng)新不僅僅是各種層出不重的科學(xué)發(fā)明，還有大型組織、壟斷的出現(xiàn)，而現(xiàn)代管理學(xué)的誕生也源自第二次工業(yè)革命。
第三次科技革命以原子能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程的發(fā)明和應(yīng)用為主要標(biāo)志，涉及信息技術(shù)、新能源技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)等諸多領(lǐng)域的一場(chǎng)信息控制技術(shù)革命。第三次科技革命有幾大特征，空間技術(shù)的利用和發(fā)展是這次技術(shù)革命的一大成果;原子能技術(shù)的利用和發(fā)展,電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的利用和發(fā)展是另一重大突破。
在前三次的工業(yè)革命造就了現(xiàn)存的全球制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局中，中國(guó)處在工業(yè)2.0時(shí)代，美德日韓處于工業(yè)3.0時(shí)代，其余大部分地區(qū)處于工業(yè)1.0時(shí)代。具體表現(xiàn)為中國(guó)在材料技術(shù)工藝能源、裝備制造，生產(chǎn)應(yīng)用上處于中低端。全球產(chǎn)業(yè)分工中，中國(guó)主要處在組裝加工上。使用微笑曲線能清晰地表述出前三次工業(yè)革命形成的全球產(chǎn)業(yè)分工格局，而未來(lái)的世界產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新格局，美國(guó)AMP2.0/德國(guó)工業(yè)4.0/中國(guó)制造2025/互聯(lián)網(wǎng)+，是全球競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境變化下不同國(guó)家根據(jù)自己的位置與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)所提出的不同表述，其根本是謀求本國(guó)利益最大化與持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)最終反映在行業(yè)上及具體的企業(yè)上。綜上所訴，中國(guó)的企業(yè)發(fā)展之路應(yīng)該力爭(zhēng)從微笑曲線中端向兩端擴(kuò)展，不僅僅是企業(yè)利潤(rùn)，附加價(jià)值高的問(wèn)題，還有在向工業(yè)4.0方向升級(jí)過(guò)程中，研究開發(fā)、新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、售后服務(wù)等都將是4.0的制高點(diǎn)和風(fēng)口。
二、工業(yè)4.0時(shí)代下的新模式
工業(yè)4.0中，物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是智慧工廠的基礎(chǔ)，工業(yè)4.0擁有巨大的潛力。智慧工廠讓用戶的個(gè)性定制化需求得以滿足，這就意味著，即使是一次性的產(chǎn)品也可以通過(guò)頗具收益的方式制造出來(lái)。
我們以一個(gè)智能工廠的架構(gòu)為例，智能物料、智能工廠、智能產(chǎn)品為三大架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化深入制造環(huán)節(jié)已經(jīng)開展多年，MES、PLM、ERP、QMS等在制造環(huán)節(jié)也已經(jīng)成熟。一家傳統(tǒng)的制造業(yè)企業(yè)，只有看得見(jiàn)的東西才是真實(shí)的。從技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷推廣、銷售以及相關(guān)的采購(gòu)，物流等環(huán)節(jié)構(gòu)成了一家傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)的基礎(chǔ)和流程。但在工業(yè)4.0架構(gòu)下，一家企業(yè)的主要基礎(chǔ)設(shè)施將會(huì)是服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)直接和用戶結(jié)合。
傳統(tǒng)的工廠模型從客戶的訂單開始，向后接設(shè)計(jì)、工藝、加工、質(zhì)檢、物流和客戶的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，最后到回收環(huán)節(jié)，形成了完整的產(chǎn)品生命周期。當(dāng)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)融合到物料、工廠、產(chǎn)品時(shí)，我們稱之為智能物料、智能生產(chǎn)和智能產(chǎn)品。
使用三個(gè)集成的概念可以為我們清晰表述出工業(yè)4.0下的工廠如何運(yùn)作。我們認(rèn)為，縱向集成，是指企業(yè)全流程的信息打通。也就是產(chǎn)品全生命周期，如產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、計(jì)劃、工藝到生產(chǎn)、服務(wù)的全生命周期的信息集成。工業(yè)4.0的縱向集成要真正的讓生產(chǎn)過(guò)程走互聯(lián)網(wǎng)的模式，讓信息傳遞平臺(tái)化，任何一個(gè)工作節(jié)點(diǎn)都能與平臺(tái)直接做交互。
橫向集成，是指工廠生產(chǎn)的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)向外拓展，比如橫向集成意味著從設(shè)計(jì)圖紙、工藝圖紙、工藝總裝圖、工藝加工工序圖，甚至到工步，都要做冗余或自動(dòng)化。所謂橫向集成能力，就是當(dāng)一個(gè)主要供應(yīng)商發(fā)生了火災(zāi)，要恢復(fù)產(chǎn)能的時(shí)候，能迅速給出圖紙、設(shè)備需求、工裝需求、運(yùn)輸協(xié)調(diào)等等。
端到端集成，最常見(jiàn)的概念就是一站式服務(wù)，即端點(diǎn)與端點(diǎn)之間的集成。比如在C2B模式下，用戶可以參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中來(lái)，這意味著大規(guī)模、個(gè)性化定制時(shí)代的來(lái)臨。因此為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，企業(yè)必須通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)與用戶的互動(dòng)，為用戶帶來(lái)更多的體驗(yàn)。最終為客戶實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)、企業(yè)柔性生產(chǎn)。
三、我國(guó)智能裝備發(fā)展新思路及企業(yè)走向4.0的路徑
1、智能制造的發(fā)展以企業(yè)的自動(dòng)化和信息化發(fā)展為基礎(chǔ)。自動(dòng)化主要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化控制，離不開各類過(guò)程控制類軟件的深度應(yīng)用;信息化主要實(shí)現(xiàn)企業(yè)研發(fā)、制造、銷售、服務(wù)等環(huán)節(jié)和流程的數(shù)字化，打通企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流，以研發(fā)設(shè)計(jì)類、生產(chǎn)調(diào)度類、經(jīng)營(yíng)管理類、市場(chǎng)營(yíng)銷分析類軟件的深度應(yīng)用為特征。
2、而智能裝備的新思路，其核心技術(shù)是工業(yè)智能軟件，以及價(jià)值理念和人才培養(yǎng)；核心部件與解決方案圈是機(jī)器人、智能傳感器、MES、數(shù)控系統(tǒng)等；智能裝備的應(yīng)用圈是包裝機(jī)械、木工機(jī)械、模具以及陶瓷機(jī)械等；其終端制造業(yè)圈是家電制造、家具制造、汽車制造、鐵路船舶、航空航天、醫(yī)藥制造等。
3、由智能裝備衍生出來(lái)的制造業(yè)企業(yè)走向工業(yè)4.0大的路徑，包括高度網(wǎng)絡(luò)化、高度自動(dòng)化與信息化和有序完成技術(shù)體系的構(gòu)建。高度網(wǎng)絡(luò)化指建立以通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為主要基礎(chǔ)設(shè)施，以業(yè)務(wù)管理、控制、網(wǎng)絡(luò)、接入和終端的通信網(wǎng)；通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接業(yè)務(wù)體驗(yàn)、云業(yè)務(wù)、云平臺(tái)；并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)從一臺(tái)終端傳送到另一臺(tái)終端，也就是機(jī)器與機(jī)器的對(duì)話（M2M）；高度自動(dòng)化與信息化不僅僅是機(jī)器換人與制造設(shè)備的自動(dòng)化，也包括制造管理層、信息管理層和工廠層的互聯(lián)。從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過(guò)程中的實(shí)時(shí)化、可視化、無(wú)紙化和智能化；有序的技術(shù)體系構(gòu)建以智能化為目標(biāo)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、模塊化、自動(dòng)化、數(shù)字化一步步實(shí)現(xiàn)。
4、在高度網(wǎng)絡(luò)化、信息化和自動(dòng)化的環(huán)境下，M2M（MachineToMachine）是制造業(yè)企業(yè)走向工業(yè)4.0的主要特征。而M2M是指將數(shù)據(jù)從一臺(tái)終端傳送到另一臺(tái)終端，也就是機(jī)器與機(jī)器的對(duì)話。目前，人們提到M2M的時(shí)候，更多的是指非IT機(jī)器設(shè)備通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或IT系統(tǒng)的通信。值得注意的是，M2M不是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)在機(jī)器和機(jī)器之間的傳輸，更重要的是，它是機(jī)器和機(jī)器之間的一種智能化、交互式的通信。當(dāng)M2M的涵蓋范圍繼續(xù)推廣時(shí)，將涵蓋人、機(jī)器、系統(tǒng)、產(chǎn)品等，建立通信連接的技術(shù)和手段，此時(shí)，我們將之稱為物聯(lián)網(wǎng)。
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