王健

智慧工廠1.0是基于中國制造現(xiàn)實(shí)提出的轉(zhuǎn)型理念

王健

智慧工廠1.0理念框架（第二版），來源：中國科技自動化聯(lián)盟，2013

●在2014中國國際智能工廠大會暨展覽會（上海，2014年5月21-23日）上，王健受邀就中國科技自動化聯(lián)盟最近三年所推動的智能工廠1.0進(jìn)行報告。智能工廠1.0可能是國內(nèi)唯一一個對接工業(yè)大數(shù)據(jù)并有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展的理念。本文是經(jīng)修改后的報告文字版。

智慧工廠1.0是中國科技自動化聯(lián)盟在2012年中定義的，比工業(yè)4.0的提出還早一點(diǎn)。但我們和工業(yè)4.0也算很有淵源的。2012年11月上海工博會期間，我受邀在控制工程師大會上談智慧工廠1.0，就在做報告的前一天晚上，我得到了德國人在定義工業(yè)4.0的情報資料，我認(rèn)為這反映了德國工業(yè)界的最新趨勢，并且核心觀點(diǎn)和我們很類似。而且我們也在2012年下半年幾乎同步注意到美國GE定義了所謂的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。于是臨時決定在第二天的會場上向觀眾播放工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一些概念圖片，以和我們的智慧工廠1.0進(jìn)行對比。隨后在2013年和2014年，我們連續(xù)跟蹤了德美的進(jìn)展，我們的智慧工廠1.0的框架內(nèi)容在這個過程中也一步步明晰。

中國科技自動化聯(lián)盟的發(fā)起

中國科技自動化聯(lián)盟是在2011年底，由德國倍福自動化和北京易能立方等幾家自動化公司聯(lián)合發(fā)起組建的一個行業(yè)性非營利組織。其基本理念是所謂的科技自動化，強(qiáng)調(diào)自動化不僅僅要服務(wù)于傳統(tǒng)的大規(guī)模制造，還要能夠服務(wù)于產(chǎn)品研發(fā)，服務(wù)于科技創(chuàng)新，服務(wù)于先進(jìn)制造，我們把這樣的代表先進(jìn)生產(chǎn)力的自動化，叫做科技自動化。

聯(lián)盟成立后，吸引了幾十家廠商加盟，包括工業(yè)自動化廠商、裝備廠商、系統(tǒng)集成商、創(chuàng)新服務(wù)商、科研機(jī)構(gòu)、投資機(jī)構(gòu)等，還有一大批個人專家，聯(lián)盟范圍實(shí)際上突破了自動化，延展到整個自動化生態(tài)系統(tǒng)。

聯(lián)盟成立以來我們做了幾個重要的事情，比如說2011年我們?yōu)樽詣踊瘡S商開發(fā)了一個三個維度的定位模型，每個公司可以在模型中找到自己的位置，比如說你的產(chǎn)品是部件、還是系統(tǒng)解決方案，你是面向流程、面向混合、還是面向離散行業(yè)，你的產(chǎn)品是高端、中端還是低端。自動化公司可以在模型中探討自己未來發(fā)展的路徑。

2012年初我們面對裝備制造業(yè)用戶提出了全生命周期創(chuàng)新服務(wù)的模型。在模型中我們整合了聯(lián)盟廠商的力量，可以為裝備制造用戶進(jìn)行技術(shù)診斷和技術(shù)審計，面向市場需求定義產(chǎn)品概念，幫助他們做技術(shù)創(chuàng)新，然后發(fā)展到產(chǎn)品研發(fā)和制造，直到市場營銷和售后服務(wù)。這樣就覆蓋了整個創(chuàng)新的生命周期，而不僅僅是產(chǎn)品研發(fā)的生命周期。

中國智慧工廠1.0概念的產(chǎn)生

2012年年中，我們開始探討聯(lián)盟如何為自動化公司創(chuàng)造更大的價值，引領(lǐng)其發(fā)展。我們準(zhǔn)備寫一份自動化公司發(fā)展指南，為此研究了自動化的下游裝備制造業(yè)、終端產(chǎn)品制造業(yè)、甚至最終消費(fèi)者需求變化的發(fā)展趨勢，我們也同步研究了自動化的上游和關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)如電子信息、互聯(lián)網(wǎng)、材料、半導(dǎo)體等。我們明顯感覺到，金融危機(jī)之后，中國經(jīng)濟(jì)和世界經(jīng)濟(jì)處于深度調(diào)整之中，不僅中國制造業(yè)，歐美先進(jìn)國家的制造業(yè)也都在重新定位，而中國的轉(zhuǎn)型升級和兩化融合迫切需要一個清晰明確有效的抓手。同時ICT技術(shù)加速向?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)滲透，新技術(shù)產(chǎn)業(yè)革命的氣息撲面而來，中國的制造業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)同時面臨巨大的機(jī)遇。中國智慧工廠1.0的概念在此情況下破繭而出。

剛開始我們把智慧工廠1.0看成是中國制造業(yè)的近期目標(biāo)，希望面向三五年，希望大家能夠看得見、摸得著、可操作?，F(xiàn)在看中國制造業(yè)在不同區(qū)域、不同行業(yè)、不同企業(yè)間的差異性太大，完成1.0的轉(zhuǎn)型升級恐怕要花費(fèi)7～10年，也就是到2020年左右。期間我們肯定會定義智慧工廠2.0、3.0，以對應(yīng)不同發(fā)展階段的企業(yè)。

特別需要指出的是，智慧工廠1.0發(fā)軔于一批自動化中小企業(yè)所組建的科技自動化聯(lián)盟，在力圖覆蓋制造業(yè)各種規(guī)模各種特色企業(yè)的同時，更多面向廣大中小企業(yè)。我們感到，國家包括各級政府推出的一系列發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)和智能裝備的優(yōu)惠政策，包括重大專項(xiàng)，更多惠及大中型企業(yè)和優(yōu)勢領(lǐng)軍企業(yè)。而真正的創(chuàng)新，真正的活力，尤其制造業(yè)的活力，更多是在99%的中小企業(yè)里。我們定義的智慧工廠1.0，讓不同水平規(guī)模的中小企業(yè)都看得到前景和希望，覺得我可以做些事情。

何謂“智慧工廠”？

智慧工廠（smart factory）這四個字并不是我們的發(fā)明，不同人可以有不同的理解，有的人糾結(jié)于定語是smart還是intelligent，或者wise，有的人覺得叫“工廠”太土，應(yīng)該叫智慧企業(yè)。其實(shí)叫什么并不是特別重要，關(guān)鍵是你如何定義。實(shí)際上最近兩年，我們一直在探討如何描述智慧工廠的本質(zhì)。那么我們定義的智慧工廠是什么呢？智慧工廠是在制造業(yè)一系列科學(xué)管理實(shí)踐的基礎(chǔ)上，深度融合智能科學(xué)技術(shù)、信息通信技術(shù)和科技自動化技術(shù)，圍繞數(shù)據(jù)、信息和知識建立核心競爭力的，更智能、更敏捷、更高效、更安全、更綠色、更和諧和可持續(xù)的新一代制造業(yè)企業(yè)及其生態(tài)系統(tǒng)。

這里有幾個關(guān)鍵詞。首先，搞智慧工廠需要一定的管理基礎(chǔ)，幾十年來制造業(yè)科學(xué)管理的成果比如精益、比如六西格瑪都蘊(yùn)含著很好的理念，但現(xiàn)在如果搞管理的不和ICT結(jié)合、不懂裝備和自動化，恐怕難以把這些管理理念進(jìn)一步落地。其次，搞智慧工廠需要一定的技術(shù)基礎(chǔ)，包括ICT技術(shù)、自動化技術(shù)、智能技術(shù)、工業(yè)工程技術(shù)等等。現(xiàn)在大家經(jīng)常說兩化融合，說自動化和IT結(jié)合，實(shí)際上談的是技術(shù)手段，而不是目的或結(jié)果。

智慧工廠最重要的資源要素是數(shù)據(jù)、信息和知識。每個企業(yè)需要找到一條路徑，逐步轉(zhuǎn)型成以數(shù)據(jù)、信息和知識作為核心競爭力。數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）告訴我們發(fā)生了什么，什么時間、什么地點(diǎn)、哪個設(shè)備或流程、哪個人發(fā)生的。信息是數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和提煉的結(jié)果，告訴我們事件是怎么發(fā)生的。而對信息的歸納總結(jié)推演會形成知識，比如行業(yè)的Knowhow控制的原理等，它會告訴我們?yōu)槭裁磿l(fā)生，最重要的是告訴我們?nèi)绾螒?yīng)對？在及時準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)、信息和知識的支持下，企業(yè)人方能做出智慧的決策。企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)如果開始發(fā)生這樣的轉(zhuǎn)移，而不再是以固定資產(chǎn)、以資金規(guī)模作為核心，那就走在建設(shè)智慧工廠的正確的道路上了。

智慧工廠的對象是新一代制造業(yè)企業(yè)及其生態(tài)系統(tǒng)。我們所說的制造業(yè)企業(yè)不是生產(chǎn)車間，并不一定從事制造環(huán)節(jié)，而是泛指制造業(yè)當(dāng)中以及服務(wù)于制造業(yè)的企業(yè)。即使你是一個純研發(fā)性企業(yè)，即使你是一個第三方服務(wù)企業(yè)，你也是在制造業(yè)里面的企業(yè)，你也可以吸收智慧工廠的理念圍繞數(shù)據(jù)、信息和知識打造你的核心競爭能力，進(jìn)而發(fā)展出你自己的獨(dú)特的智慧工廠模式。任何企業(yè)都有自己所在的生態(tài)系統(tǒng)，智慧工廠的范圍涵蓋整個生態(tài)系統(tǒng)，也就是說超越企業(yè)自身，是跨組織的，包括了你的供應(yīng)鏈，你的下游，你的合作伙伴群。

智慧工廠是更高層次的人本工廠，這和當(dāng)前大家談的無人化工廠有本質(zhì)的區(qū)別，或者說無人工廠只是自動化工廠發(fā)展的一個階段，即用機(jī)器部分取代了低附加值、高勞動強(qiáng)度、或不適合人類工作的某些工種。智慧工廠也不同于智能工廠，并且高于智能工廠。形而上謂之道，形而下謂之器。智能是指智力與才能，指計算機(jī)和現(xiàn)代智能控制技術(shù)在工廠中的廣泛應(yīng)用，更多是偏具體的方法、行為和能力，還是停留在技術(shù)層面或“器”的層面。智慧則是指對事物本質(zhì)的認(rèn)識、辨析、判斷能力以及發(fā)明創(chuàng)造新事物的能力，智慧是思想或思維方式，在工廠中智慧則不僅融匯在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)維護(hù)過程中，還體現(xiàn)在技術(shù)創(chuàng)新、商務(wù)管理和運(yùn)營模式方面，智慧是在“道”的層面。當(dāng)然如果工廠裝備和決策支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能化，就可以更好地感知人、理解人，就可以比較容易地上升到智慧的層面。

智慧工廠的實(shí)現(xiàn)可以分成好幾個階段，第一個階段或起步階段我們叫1.0。對不同的企業(yè)來說，這個1.0的含義可能是截然不同的，或許可以在某些關(guān)鍵工位上一些自動化作為起步，或許可以從改善工廠環(huán)境開始。關(guān)鍵是描畫出一條路徑，起點(diǎn)就是本企業(yè)的現(xiàn)實(shí)條件，第一個百米的終點(diǎn)就是1.0，接著再沖第二個百米，方向就是讓自己的企業(yè)及其生態(tài)圈更智能、更敏捷、更高效、更安全、更綠色、更和諧和可持續(xù)，成為一個充滿人本精神，充滿中國智慧的，同時被高技術(shù)手段充分武裝起來的系統(tǒng)。

支撐智慧工廠的自動化解決方案，來源：倍福自動化，2013

智慧工廠1.0框架的演變

圍繞智慧工廠1.0，我們曾經(jīng)提出過幾個不同版本的框架或模型。

第一個模型是所謂的1-2-2-3-3模型。排頭的1就是指智慧工廠1.0階段，是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的第一個臺階，我們會逐步定義中國智慧工廠的2.0和 3.0，也許有些行業(yè)、有些企業(yè)在某些方面已經(jīng)超越了1.0，這個并不奇怪。第一個2就是說智慧工廠面向兩類客戶，一個是裝備制造商，比如北一機(jī)、三一重工之類，另一類是終端產(chǎn)品制造商，比如說華為、海爾、長虹這樣的公司。第二個2是我們認(rèn)為智慧工廠融合了數(shù)字制造和智能制造，數(shù)字制造可以理解成是虛擬的，數(shù)字化的制造體系，包括產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、數(shù)字樣機(jī)、生產(chǎn)線規(guī)劃、仿真等等這樣一些東西，智能制造是智能的部件、智能的系統(tǒng)、智能的裝備、智能的生產(chǎn)線這些構(gòu)成的實(shí)際制造體系。重要的是3大集成，包括縱向的信息層面，橫向的裝備層面以及價值鏈和生命周期層面。其中生命周期層面包括產(chǎn)品的生命周期，也包括裝備的生命周期如客戶需求、產(chǎn)品概念、研發(fā)設(shè)計、制造交付、服務(wù)和再回收等，價值鏈則指企業(yè)運(yùn)營的價值鏈，覆蓋市場、制造、服務(wù)和財務(wù)等。最后一個3是我們在去年的IA北京展覽會上，把不同自動化公司的產(chǎn)品，包括傳感器、硬件、軟件融合在一起，面向不同的聯(lián)網(wǎng)裝備搭建的物理（系統(tǒng)）模型、信息（集成）模型及能量（管理）模型。1-2-2-3-3模型全面反映了我們早期的思考。

2013年底我們定義了一個新的智慧工廠 1.0框架，這個框架充分反映了智慧工廠的定義，其核心是數(shù)據(jù)-信息-知識-決策的這樣一條由四個環(huán)節(jié)構(gòu)成的智慧鏈，上面是企業(yè)的管理基礎(chǔ)和技術(shù)（包括IT和自動化）基礎(chǔ)，頂層是企業(yè)商業(yè)框架（包括戰(zhàn)略、愿景、文化價值觀）。智慧鏈的下面一層是智慧工廠三大集成，即橫向集成、縱向集成和生命周期價值鏈集成，最下面是智慧工廠實(shí)現(xiàn)的效果或特征（包括信息一致性、全廠安全、系統(tǒng)能效等）。這個框架較好地描述了實(shí)施智慧工廠建設(shè)的成功要素之間的關(guān)系，突出了智慧工廠的核心特征。

今年（2014年）七月份我們要成立一個新的工作組，著手制定新的智慧工廠1.0框架，這份框架將試圖從技術(shù)和人的角度對智慧工廠進(jìn)行多維度的描述，為接下來制定不同行業(yè)、不同層次的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范提供指南。比如我們站在離散制造業(yè)自動化和信息化分層模型的角度，會描述現(xiàn)場級（底層I/ O、執(zhí)行器、傳感器到嵌入式系統(tǒng)、智能機(jī)電一體化模塊、機(jī)器控制器等）、車間級（聯(lián)網(wǎng)裝備、生產(chǎn)線、MES系統(tǒng)等）、企業(yè)級（ERP系統(tǒng)等）、企業(yè)間（原料供應(yīng)鏈、基礎(chǔ)服務(wù)鏈、電子商務(wù)網(wǎng)絡(luò)等）的典型結(jié)構(gòu)和一般要求，尤其是信息一致性的要求。如果我們站在智慧工廠里人、設(shè)備、環(huán)境、產(chǎn)品四大要素的角度，會描述不同職能角色的人和智能生產(chǎn)裝備、環(huán)境感知和控制設(shè)備、智能產(chǎn)品之間如何互動，各自需要什么樣的信息支持，以及如何反饋。我們還可以站在人和組織的角度，描述智慧工廠帶來的變革，人的角色和職能（比如CIO）如何變遷，以及要產(chǎn)生哪些全新的崗位，組織結(jié)構(gòu)以及組織內(nèi)信息流決策流的變化等等?？傊?，新的框架可能不是一個大而全的東西，而是很多張關(guān)于智慧工廠的剖面圖，就像關(guān)于人腦的數(shù)十張CT掃描圖。

智慧工廠的一個側(cè)面：數(shù)字化透明工廠，來源：華龍訊達(dá)，2013

實(shí)踐和案例

圍繞智慧工廠1.0，我們這兩年做了一些實(shí)踐。應(yīng)該說2012年和2013年的上半年，更多是在理念推廣階段，我們在北京、上海、深圳召開了名為“科技自動化世界——助力裝備制造業(yè)邁向智慧工廠”的系列峰會，與國外知名的自動化展覽公司合作推出智慧工廠主題展覽。2013年的下半年一直到2014年，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向跟垂直行業(yè)的展會結(jié)合（比如NEPCON電子展），跟具體企業(yè)實(shí)踐結(jié)合，以及跟國外同行直接對接。

今年4月9號，聯(lián)盟和中科院計算所、廣東順德政府聯(lián)合組織數(shù)十名裝備制造企業(yè)家和政府官員到德國和奧地利參觀訪問，我們在漢諾威工業(yè)展現(xiàn)場召開了智慧工廠分享大會，請德國人講他們的所思所為，我們談我們的想法和實(shí)踐，然后進(jìn)行交流和思維碰撞。我們帶領(lǐng)企業(yè)家們參觀展會，參觀一批工業(yè)自動化和裝備制造企業(yè)的總部和研發(fā)制造設(shè)施，親耳聆聽歐洲企業(yè)家們發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)之談，取得了極好的效果。

另外我們也跟國內(nèi)外領(lǐng)先的情報機(jī)構(gòu)和信息服務(wù)商進(jìn)行合作，進(jìn)行一些跨界交流，請他們幫助聯(lián)盟跟國外優(yōu)勢的企業(yè)和先進(jìn)制造技術(shù)源頭進(jìn)行對接，或聯(lián)合展開一些調(diào)研出版工作。我們想逐步發(fā)展成先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域的民間智庫。

還有一個非常重要的方面就是進(jìn)行現(xiàn)場示范，2014年聚焦在電子制造領(lǐng)域、食品飲料和煙草領(lǐng)域、以及智能裝備領(lǐng)域。我們已經(jīng)選定了兩三家示范企業(yè)，從下半年開始將組織現(xiàn)場報告會，一邊介紹交流智慧工廠1.0的最新進(jìn)展，一邊參觀企業(yè)，現(xiàn)場學(xué)習(xí)。

向大家介紹幾個案例，在電子制造領(lǐng)域中，大企業(yè)如華為、長虹、海爾，近一年都提出了建設(shè)智慧工廠的口號。我們和這些大企業(yè)有密切的交流或項(xiàng)目合作，主要在理念、思路和信息情報方面提供支持。聯(lián)盟創(chuàng)始成員德國倍福公司以提供全套的智慧工廠自動化解決方案聞名，他的PC控制技術(shù) 、EtherCAT通 信 技 術(shù) 、TwinCAT自動化軟件平臺技術(shù)等都是建設(shè)先進(jìn)自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，被聯(lián)盟成員廣泛采用。聯(lián)盟成員華龍訊達(dá)開發(fā)的數(shù)字化透明工廠，利用三維動漫、虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對整個工廠和生產(chǎn)線