智能製造是新一輪的工業革命

　　從實用和廣義的角度上看，智能製造的概念可以總結為：智能製造是以智能技術為代表的技術為指導的先進製造
，包括以智能化、網絡化、數字化和自動化為特征的先進製造技術的應用
，涉及製造過程中的設計
、工藝、裝備（結構設計和優化、控製、軟件、集成）和管理。

　　與此前曆次工業革命相比
，製造的核心地位仍未改變，但智能化成為製造的新特征與內涵。

　　工業革命逐漸解放製造人力。製造本質上是從“原材料”到“產品”的過程
，內容可以簡化為 工藝設計
、工藝參數、過程控製
、執行四個步驟。

　　在曆次工業革命中，製造工業走過了機械化、電氣化、自動化（數字化）、智能化的道路

，在這個過程中，工具（裝備）做的事越來越多，人逐步把精力更多的投入到創造性的工作中。

　　若把“製造”看作從起點到終點的出行問題，製造業曆次升級過程可以分別形象為自行車（機械化）-電動車（電氣化）-汽車（自動化）-自動駕駛（智能化），其中人更多的參與到決策過程中
，對人力的要求越來越低，效率大幅提升。

　　智(zhi)能(neng)製(zhi)造(zao)的(de)發(fa)展(zhan)是(shi)由(you)體(ti)係(xi)建(jian)立(li)到(dao)精(jing)確(que)模(mo)型(xing)建(jian)立(li)的(de)過(guo)程(cheng)
，實(shi)現(xian)智(zhi)能(neng)製(zhi)造(zao)，首(shou)先(xian)要(yao)解(jie)決(jue)智(zhi)能(neng)維(wei)護(hu)大(da)問(wen)題(ti)

，再(zai)做(zuo)智(zhi)能(neng)預(yu)測(ce)，最(zui)後(hou)做(zuo)到(dao)無(wu)憂(you)係(xi)統(tong)與(yu)大(da)價(jia)值(zhi)。具(ju)體(ti)來(lai)看(kan)分(fen)為(wei)以(yi)下(xia)五(wu)個(ge)階(jie)段(duan)：

　　第一階段：全員生產係統（TPS）。由日本提出來的，建立的5S 標準（整理、整頓
、清掃
、清潔
、素養）是七八十年代整個製造係統當中引以為核心的標準，固化在了組織和對人培訓方麵。

　　第二階段：精益製造和6-Sigma。它的核心價值是如何以數據作為標準建立管理體係，本質是消除浪費。

　　在這個基礎下麵包括質量管理體係
、產品全生命周期管理體係等等。這個時候數據真正在製造使用過程中發揮作用。

　　第三階段：數(shu)據(ju)驅(qu)動(dong)的(de)預(yu)測(ce)性(xing)建(jian)模(mo)分(fen)析(xi)。以(yi)數(shu)據(ju)驅(qu)動(dong)的(de)預(yu)測(ce)性(xing)建(jian)模(mo)分(fen)析(xi)
，指(zhi)的(de)是(shi)怎(zen)麼(me)把(ba)隱(yin)性(xing)的(de)問(wen)題(ti)顯(xian)性(xing)化(hua)，顯(xian)性(xing)化(hua)之(zhi)後(hou)解(jie)決(jue)隱(yin)性(xing)的(de)問(wen)題(ti)，避(bi)免(mian)顯(xian)性(xing)問(wen)題(ti)的(de)發(fa)生(sheng)。

　　第四階段：以預測為基礎的資源有效性運營決策優化。對於過去產生的關聯性都能夠建模之後，怎麼根據係統生產、環境
、人員多方要素變化進行實時動態優化。

　　第五階段：“信息-物理”係統。它是建立在對於所有設備本身運行的環境
、活動目標非常精確建模基礎上，這個時候產生知識的應用和傳承問題。

　　智能製造最終要具備狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行的特征，使得企業更柔性
、更智能、更集成化

，並且實現了大部分或者全部的智能化技術應用
， 目標是實現知識的獲取、規模化利用與傳承。

　　目前我國處於轉型的最重要時期，還沒有完全到達第三個階段。

　　製造範式轉型，關鍵在於數據流通與工藝建模工業體係交替的背後是製造範式的改變。

　　從傳統到現代再到智能製造，研發生產流程不斷進行重構與組織重建
，創新流程的邊界日漸模糊。

　　傳統製造下研發/製造流程是串行的，現代製造下變革為並行，在未來智能製造體係下的研發/製造流程將是一體化，所有的過程是並行、並發的，數據的高速
、有序的自由流通，各個環節高度互動和協同
，組織是靈活動態的組織單元
，由此而獲得非常高的研發效率。

　　智能製造是以數據的自動流動解決複雜係統的不確定性，提高資源配置效率。

　　個ge性xing化hua定ding製zhi是shi未wei來lai製zhi造zao發fa展zhan方fang向xiang

，產chan品pin越yue來lai越yue多duo，工gong藝yi越yue來lai越yue複fu雜za

，需xu求qiu越yue來lai越yue複fu雜za，以yi個ge性xing化hua定ding製zhi為wei代dai表biao的de複fu雜za係xi統tong存cun在zai一yi係xi列lie問wen題ti。

　　比如成本如何解決，質量如何解決，交貨期如何解決，這些問題帶來了企業生產的複雜性、多樣性和不確定性，而智能製造要解決的就是在製造複雜性提高的形況下的不確定性問題。

　　在前三次的工業革命中，傳統的製造業主要圍繞五個核心要素（5M）進行技術升級

，分別是：

　　五個核心要素（5M）

　　（1）材料（Material）-包括功能
、特性等；

　　（2）機器（Machine）-包括精度、自動化
、和生產能力等；

　　（3）方法（Methods）-包括工藝、效率、和產能等
；

　　（4）測量（Measurement）-包括6-Sigma、傳感器監測等；

　　（5）維護（Maintenance）-包括使用率、故障率、和運維成本等。

　　這些改善活動都是圍繞著人的經驗開展的
，人是駕馭這5個要素的核心。

　　生產係統在技術上無論如何進步
，運行邏輯始終是： 發生問題->人根據經驗分析問題->人根據經驗調整5個要素->解決問題->人積累經驗。

　　建模是智能製造與傳統製造最大區別。智能製造係統區別於傳統製造係統的最重要的要素在於第6個M：建模（Modeling—數據和知識建模，包括監測、預測、優化和防範等），並通過這第6個M來驅動其他5個傳統要素，從而解決和避免製造係統的問題，消除係統中的不確定性。

　　因此，智能製造運行的邏輯是：發生問題→模型（或在人的幫助下）分析問題→模型調整5個要素→解決問題→模型積累經驗，並分析問題的根源→模型調整5個要素→避免問題
，工藝模型擔任大腦的角色
，成為整個製造係統的核心。

　　數字孿生技術的背後是數字模型

　　數字孿生體現的是數字模型和實體的雙向進化過程。數字孿生是指充分利用物理模型、傳感器更新
、運行曆史等數據
，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程。

　　zaixunikongjianzhongwanchengyingshe
，congerfanyingxiangduiyingdeshitizhuangbeidequanshengmingzhouqiguocheng。julilaijiang
，daohangruanjianzhongchengshideshitidaoluheruanjianzhongdexunidaolujiushi“數字孿生”。

　　數字孿生體現了軟件、硬件
、hewulianwanghuikuidejizhi，yunxingshitideshujushishuziluanshengdeyingyangyeshusongxian，fanguolai，henduomonihuozhilingxinxikeyicongshuziluanshengshusongdaoshiti，yidadaozhenduanhuozheyufangdemude，shiyigeshuangxiangjinhuadeguocheng。

　　通過產品數字孿生體的定義可以看出：

　　1）產chan品pin數shu字zi孿luan生sheng體ti是shi產chan品pin物wu理li實shi體ti在zai信xin息xi空kong間jian中zhong集ji成cheng的de仿fang真zhen模mo型xing，是shi產chan品pin物wu理li實shi體ti的de全quan生sheng命ming周zhou期qi數shu字zi化hua檔dang案an
，並bing實shi現xian產chan品pin全quan生sheng命ming周zhou期qi數shu據ju和he全quan價jia值zhi鏈lian數shu據ju的de統tong一yi集ji成cheng管guan理li；

　　2）產品數字孿生體是通過與產品物理實體之間不斷進行數據和信息交互而完善的

；

　　3）產品數字孿生體的最終表現形式是產品物理實體的完整和精確數字化描述；

　　4）產品數字孿生體可用來模擬、監控、診斷、預測和控製產品物理實體在現實物理環境中的形成過程和狀態。

　　在這其中
，數據流通與交換起到十分重要的作用，其為產品數字孿生體提供訪問

、整合和轉換能力，其目標是貫通產品生命周期和價值鏈，實現全麵追溯、雙向共享/交互信息

、價值鏈協同。

　　數字孿生是CPS 關鍵技術。CPS 通過構築信息空間與物理空間數據交互的閉環通道
，能夠實現信息虛體與物理實體之間的交互聯動。數字孿生體的出現為實現CPS 提供了清晰的思路、方法及實施途徑。

　　以物理實體建模產生的靜態模型為基礎，通過實時數據采集

、數據集成和監控，動態跟蹤物理實體的工作狀態和工作進展（如采集測量結果、追溯信息等），將物理空間中的物理實體在信息空間進行全要素重建，形成具有感知、分析、決策
、執行能力的數字孿生體。

　　軟件定義製造
，智能製造本質是軟件化的工業基礎

　　軟件是智能的核心。工業軟件建立了數字自動流動規則體係，操控著規劃、製作和運用階段的產品全生命周期數據，是數據流通的橋梁
，是工業製造的大腦。

　　同(tong)時(shi)，工(gong)業(ye)軟(ruan)件(jian)內(nei)部(bu)蘊(yun)含(han)製(zhi)造(zao)運(yun)行(xing)規(gui)律(lv)
，並(bing)根(gen)據(ju)數(shu)據(ju)對(dui)規(gui)律(lv)建(jian)模(mo)，從(cong)而(er)優(you)化(hua)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)。可(ke)以(yi)說(shuo)，軟(ruan)件(jian)定(ding)義(yi)著(zhe)產(chan)品(pin)整(zheng)個(ge)製(zhi)造(zao)流(liu)程(cheng)，使(shi)得(de)整(zheng)個(ge)製(zhi)造(zao)的(de)流(liu)程(cheng)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)與(yu)易(yi)拓(tuo)展(zhan)，從(cong)研(yan)發(fa)、管理
、生產
、產品等各個方麵賦能，重新定義製造。

　　軟件定義製造。以信息物理係統為例，賽博物理係統（CPS）本質是構建一套賽博（Cyber）空間與物理（Physical）空間之間基於數據自動流動的狀態感知、實時分析、科學決策、精準執行的閉環賦能體係，解決生產製造、應用服務過程中的複雜性和不確定性問題
，提高資源配置效率，實現資源優化。

　　這一閉環賦能體係概括為“一硬”（ 感知和自動控製）、“一軟”（工業軟件）
、“一網”（工業網絡）、“一平台”（工業雲和智能服務平台）。

　　其中工業軟件代表了信息物理係統的思維認識，是感知控製、信息傳輸、分析決策背後的世界觀
、價值觀和方法論，可以說是工業軟件定義了CPS。

　　工業軟件是對工業各類工業生產環節規律的代碼化
，支撐了絕大多數的生產製造過程。作為麵向製造業的CPS
，軟件就成為了實現CPS 功能的核心載體之一。

　　工業軟件不但可以控製產品和裝備運行
，而且可以把產品和裝備運行的狀態實時展現出來，通過分析、優化，作用到產品、裝備的運行
，甚至是設計環節，實現迭代優化。