柴春蕾，曹 梅

（中國航天科工集團第六研究院，西安航天自動化股份有限公司，陜西 西安 710065）

1 引言

智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理和服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行和自適應等功能的新型生產(chǎn)方式，智能制造包含兩層含義：第一是智能，包含5G、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)；第二是制造，包含制造業(yè)研發(fā)、設(shè)計、供應鏈、生產(chǎn)、銷售和服務等全產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)和人、機、料、法、環(huán)和制造過程各個生產(chǎn)要素，以及基于產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同打造的綠色制造，跟傳統(tǒng)制造相比，智能制造具有如下發(fā)展趨勢。

1）強化頂層設(shè)計，將新技術(shù)加速深化應用確保智能升級。合理的統(tǒng)籌規(guī)劃與科學的頂層設(shè)計是智能制造建設(shè)和應用以及順利實施、有效運行的前提。首先，通過科學的統(tǒng)籌、有效的設(shè)計，明確建設(shè)方向，確定制造企業(yè)智能升級的總體框架和推進策略，準確規(guī)劃建設(shè)任務和建設(shè)的范圍，并通過層層分解降低建設(shè)的復雜性；其次，通過規(guī)范引導、標準先行，把握建設(shè)重點，避免重復建設(shè)。將越來越多的新技術(shù)應用到制造業(yè)中，包括智能終端、物聯(lián)網(wǎng)與智能邊緣計算、混合云及云網(wǎng)融合平臺和人工智能等與制造業(yè)深度融合，將靈活地為企業(yè)打造“透明化生產(chǎn)、數(shù)字化車間、智能化工廠”，降低人力成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)整體協(xié)作效率，提供堅實的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施支撐制造企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2）從“人、機、料、法、環(huán)”的生產(chǎn)環(huán)節(jié)要素到“研、產(chǎn)、供、銷、服”的制造型企業(yè)全價值鏈的優(yōu)化。對企業(yè)來說，將制造過程中各種信息進行準確采集和有效集成，及時準確掌握制造過程中的動態(tài)信息，從而為提高生產(chǎn)效率和制造資源利用率提供支持。然而，就企業(yè)整個產(chǎn)品生命周期而言，僅重視生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)已經(jīng)不能夠滿足企業(yè)業(yè)務優(yōu)化的需要。例如：要實現(xiàn)產(chǎn)品的服務化轉(zhuǎn)型，必須通過跟蹤和采集產(chǎn)品售后使用數(shù)據(jù)，不僅可以幫助設(shè)計者找出產(chǎn)品存在的短板加以改進，并且能夠幫助企業(yè)為客戶提供更多產(chǎn)品增值服務，實現(xiàn)從賣產(chǎn)品到賣服務的轉(zhuǎn)變。這其中涉及的不僅包括生產(chǎn)端的數(shù)據(jù)，還包括產(chǎn)品銷售、使用和服務等一系列數(shù)據(jù)。因此基于數(shù)據(jù)的業(yè)務分析和優(yōu)化必須延伸到產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、供應、銷售和服務全價值鏈，只有實現(xiàn)生產(chǎn)制造要素和全生命周期鏈數(shù)據(jù)的結(jié)合，才能實現(xiàn)制造型企業(yè)整個價值鏈的優(yōu)化。

3）將各個企業(yè)“孤立建設(shè)”到智能制造生態(tài)圈協(xié)同發(fā)展。智能制造的實現(xiàn)是一個逐級推進的復雜工程，涉及企業(yè)執(zhí)行裝備層、控制層、管理層和企業(yè)層等企業(yè)智能制造系統(tǒng)架構(gòu)的縱向集成，也涉及本企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、供應、銷售和服務等產(chǎn)品全價值鏈的橫向集成，還需要進一步推動企業(yè)上下游之間、行業(yè)之間和政府分類施策等的更大范圍協(xié)同，形成健康和諧的“政、產(chǎn)、學、研、用”聯(lián)動的創(chuàng)新體系，構(gòu)建自動循環(huán)發(fā)展的智能制造生態(tài)圈。

2 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

企業(yè)主要面臨工藝優(yōu)化、智能控制、生產(chǎn)調(diào)度、物料平衡、設(shè)備運維、質(zhì)量檢驗、能源管理和安全環(huán)保等核心問題，通過基礎(chǔ)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)和智能化應用路徑實施，基于企業(yè)短期需求、中期和長期規(guī)劃，還要考慮行業(yè)的自動化、信息化和數(shù)字化等技術(shù)基礎(chǔ)條件基礎(chǔ)上進行智能制造頂層設(shè)計，使智能制造系統(tǒng)架構(gòu)不僅具備重構(gòu)行業(yè)整體價值鏈、重構(gòu)業(yè)務流程和商業(yè)模式，而且還應具有面向未來持續(xù)迭代創(chuàng)新能力。該智能制造系統(tǒng)架構(gòu)由“五橫三縱”組成，包括智能交互、智慧連接、智能中樞、使能中臺、智能應用以及標準化體系建設(shè)、工業(yè)知識管理和安全技術(shù)體系保障，如圖1所示。

圖1 智能制造系統(tǒng)架構(gòu)

底層是智能交互層，包括儀器儀表、傳感檢測、視頻監(jiān)控、AGV工業(yè)機器人和VR/AR等各種形態(tài)端。第二層是智能連接層，包括工控網(wǎng)、5G、互聯(lián)網(wǎng)+和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合。第三層是智能中樞層，包括云平臺、協(xié)同辦公應用。第四層是使能中臺層，包括業(yè)務中臺、組織中臺和AI與數(shù)據(jù)的技術(shù)中臺。第五層是前臺端，包括生產(chǎn)管控一體化、知識管理、設(shè)備管理、能耗管理、質(zhì)量管理、物流管理、服務管理和安全環(huán)保等智能應用服務，它是制造業(yè)全場景、全要素和全價值鏈的集成，也是每一個制造企業(yè)在研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)信息流、生產(chǎn)工藝流、工程數(shù)據(jù)流、銷售、物流和服務環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)型升級的通用技術(shù)參考架構(gòu)。

3 企業(yè)智能制造實施路徑推進

企業(yè)實施智能制造是一個長期的系統(tǒng)工程，不僅在制造環(huán)節(jié)、人員、技術(shù)和資源方面提升建設(shè)能力，而且需要與上下游產(chǎn)業(yè)鏈緊密協(xié)同融合發(fā)展。

（1）加大數(shù)字化改造和智能裝備應用集成

在生產(chǎn)工序或加工設(shè)備層面對設(shè)備單元進行數(shù)字化改造或配置機器人、數(shù)控加工設(shè)備等智能設(shè)備，實現(xiàn)局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化、數(shù)字化提升，以便解決生產(chǎn)過程中的瓶頸裝備和工序問題。完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及信息安全建設(shè)，運用信息技術(shù)改造落后的生產(chǎn)設(shè)備，大力開展人工轉(zhuǎn)機械、機械轉(zhuǎn)自動、單臺轉(zhuǎn)成套及數(shù)字轉(zhuǎn)智能行動，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互與協(xié)同，打通生產(chǎn)數(shù)據(jù)鏈，形成生產(chǎn)過程的數(shù)字化管控。

（2）開發(fā)智能產(chǎn)品和裝備應用推廣

智能產(chǎn)品是智能制造和服務的價值載體，智能制造裝備是智能制造的技術(shù)前提和物質(zhì)基礎(chǔ)，智能產(chǎn)品和裝備是智能制造系統(tǒng)的主體，也是企業(yè)智能制造發(fā)展的重要內(nèi)容。通過開發(fā)智能化的產(chǎn)品和裝備，在生產(chǎn)工序、車間和工廠層面，為企業(yè)奠定由數(shù)據(jù)到分析處理再到數(shù)據(jù)驅(qū)動決策的數(shù)字化能力基礎(chǔ)。

（3）建設(shè)數(shù)字化車間

以智能化創(chuàng)新轉(zhuǎn)型為目標，提升企業(yè)智能化水平，以發(fā)展壯大制造業(yè)為主線，通過運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等智能制造關(guān)鍵技術(shù)，開展企業(yè)數(shù)字化車間、智能工程的試點示范。大力推動制造業(yè)從生產(chǎn)方式到管控模式的變革，通過優(yōu)化工藝流程、降低生產(chǎn)成本、提升勞動效率和生產(chǎn)效益的方式，促進企業(yè)從生產(chǎn)型組織向服務型組織的轉(zhuǎn)變。利用數(shù)字孿生技術(shù)對數(shù)字化車間模型進行模擬仿真、優(yōu)化，并反饋到實體車間，實現(xiàn)車間各個環(huán)節(jié)活動，具有自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行和自適應等功能。

（4）推進建設(shè)智能工廠

按照智能工廠建設(shè)規(guī)程和標準，以新型信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)為引領(lǐng)，以新型智能基礎(chǔ)設(shè)施為關(guān)鍵支撐，通過自動化、信息化技術(shù)來實現(xiàn)精益工廠建設(shè)和完成工廠大數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展，提高銷售與市場管理水平，提高環(huán)境、安全和健康管理水平，提高產(chǎn)品研發(fā)水平，提高整個工廠的生產(chǎn)水平，提高內(nèi)外物流管理水平，提高售后服務管理水平，提高能源（電、水、氣）利用水平，從客戶開始到自身工廠和上下游供應鏈中以智能科技創(chuàng)新為第一引擎，推進人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈和VR/AR等示范應用場景建設(shè)，實現(xiàn)5G、先進智能技術(shù)廣泛應用，推進AI深度賦能以及數(shù)據(jù)全面驅(qū)動，推進智能工廠建設(shè)。

（5）開創(chuàng)新興業(yè)態(tài)新模式

圍繞產(chǎn)品全生命周期向產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同云平臺，推動產(chǎn)業(yè)鏈上不同企業(yè)通過互聯(lián)網(wǎng)共享信息，實現(xiàn)基于用戶個性化定制服務、產(chǎn)品全生命周期運維和協(xié)同設(shè)計研發(fā)、生產(chǎn)制造的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的新興業(yè)態(tài)，開創(chuàng)企業(yè)制造新模式，提升企業(yè)效益和服務價值最大化。

4 結(jié)束語

智能制造是制造型企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效的必由之路，在企業(yè)推進實施智能制造的過程中，需要加強頂層設(shè)計、系統(tǒng)架構(gòu)融合，完善組織保障，建設(shè)跨部門創(chuàng)新團隊，將5G、云計算、大數(shù)據(jù)、AI和機器視覺等智能數(shù)字技術(shù)在制造企業(yè)全域、全流程深度融合，但受限于5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新仍處于初期，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)有待進一步夯實，路徑模式有待進一步探索，發(fā)展環(huán)境有待于進一步完善。因此，需要企業(yè)從戰(zhàn)略高度進行頂層系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，依托智能制造系統(tǒng)架構(gòu)平臺，融合5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)軟件應用等使能技術(shù)賦能企業(yè)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和加速智能化應用落地，助力傳統(tǒng)制造企業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變。