對于智能制造的解讀，最近呈現(xiàn)多樣化的趨勢，其實對于處在轉(zhuǎn)型升級期的中國制造業(yè)來說，了解智能制造的內(nèi)涵，明白當(dāng)前所處的環(huán)境和機遇，以及如何實現(xiàn)智能制造，遠(yuǎn)比研究智能制造本身更有意義。當(dāng)下很多人認(rèn)為，推動中國制造2025，需要大量的新技術(shù)作為支撐，如大數(shù)據(jù)、云計箅和移動互聯(lián)等。這些想法有各自積極的建設(shè)意義，然而這并不是中國工業(yè)系統(tǒng)升級的根本驅(qū)動力。面向中國制造2025，建立數(shù)字化知識化為基礎(chǔ)的中國工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，才是最為重要的國家戰(zhàn)略核企業(yè)需要面臨的問題。

一、中國工業(yè)系統(tǒng)缺什么？

大家都公認(rèn)的是，德國2013年提出的工業(yè)4.0，基本等同于美國在2006年提出Cyber-PhysicalSystems(即虛擬網(wǎng)絡(luò)/信息一一物理一一系統(tǒng))。但實際上不為眾所周知的是，CPS概念是由中美學(xué)者首先倡議并明確的。早在2009年中科院出版的著名的科技發(fā)展系列報告叢書《創(chuàng)新2050》，就描述了“人-機-物”一體化系統(tǒng)，即社會物理信息系統(tǒng)CPSS(Cyber-Physic.al-SocialSystems)。顯然增加“人與社會”的因素，更適合于未來的制造產(chǎn)業(yè)。Social(人與社會的因素)在德國工業(yè)4.0被降低了一個層級，但卻被IBM這樣的公司認(rèn)定為具有不亞于大數(shù)據(jù)的重要戰(zhàn)略地位。

國人將CPS翻譯成“信息物理系統(tǒng)”，本文作者覺得略有誤導(dǎo)或者不夠精確，因為CPS中的C代表Cyber，不僅僅是“信息”，其本意更強調(diào)的是“網(wǎng)絡(luò)控制”相關(guān)的意思，是雙層含義，強調(diào)了“具有控制性的網(wǎng)絡(luò)和信息”；P代表物理硬件層；System則是系統(tǒng)工程的層面。

美國的下一代工業(yè)升級版本，主要是以GE公司為代表提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念，并在企業(yè)橫向聯(lián)合層面上，成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟組織，推動和發(fā)展系統(tǒng)間的集成和兼容。在這個層面上，美國有著絕對領(lǐng)先的優(yōu)勢。美國的頂層框架設(shè)計，在過去幾十年，已經(jīng)成為政府(尤其是軍方)拉動行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)做法，同時軍工企業(yè)和民品企業(yè)也積極參與其中，從而形成了美國政、軍、企三方都熱衷于推動系統(tǒng)工程和頂層框架的發(fā)展。

在德國工業(yè)4.0的體系中，Cyber的雙層含義中，信息層比較強，但互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)層比較弱；在P層面，物理硬件非常強，是德國制造的優(yōu)勢所在；而S系統(tǒng)層面，德國制造業(yè)也比較弱，德國人的頂層框架和系統(tǒng)工程，做的遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有美國好。在這個意義上進(jìn)行比較，就知道德國工業(yè)4.0的背景及其工業(yè)本質(zhì)。德國工業(yè)有強大的工業(yè)體系、知識庫、產(chǎn)品硬件與設(shè)備、產(chǎn)品PLM全生命周期管理，這些都是世界上領(lǐng)先的；但在IT技術(shù)/互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)/大數(shù)據(jù)分析等這些“工業(yè)外套”上面，以及頂層框架的系統(tǒng)設(shè)計方面，德國的制造業(yè)是落后的。搶占這兩個制高點，是德國工業(yè)推進(jìn)4.0的核心意義。

就CPS而言，中國制造業(yè)目前面臨的三個問題分別是：1)Cyber雙層含義中“信息化”有一定進(jìn)展，但不夠徹底，相互之間有裂縫，系統(tǒng)內(nèi)部往往通過強耦合連接，導(dǎo)致形成了實際上的信息孤島，系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的流通和連接非常弱--這主要是源于中國制造業(yè)的組織、管理模式的相對落后，工業(yè)系統(tǒng)自身的知識描述和行業(yè)知識庫的建設(shè)因為歷史原因斷裂；因此，雖然“網(wǎng)絡(luò)控制”涉及到的互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)/云計算等技術(shù)，中國并不落后，但是因為上述所言，控制的信息對象處于孤島狀態(tài)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制僅僅起到了表面上的作用；2)Physic層面物理硬件，通過進(jìn)口設(shè)備，在裝備本身層面與全球同步，但使用層面處于知其然不知其所以然的被動使用狀態(tài)；3)而S頂層框架和系統(tǒng)工程，自80年代以來幾乎沒有發(fā)展。

因此對于中國而言，同樣是追求工業(yè)系統(tǒng)升級，我們“中國制造2025”要補的課，跟德國工血4.0要補足和引為標(biāo)桿之處，有實質(zhì)性的不同。同時，中國工業(yè)體系來源于蘇聯(lián)體系，計劃經(jīng)濟先天性的體系化、全面性以及曾經(jīng)的自上而下的系統(tǒng)性，都有很多值得重新審視和汲取的地方。從歷史傳承和核心優(yōu)勢來考慮，“中國制造2025”也不能完全模仿美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，而是要建設(shè)中國自己的中國智造。

二、中國工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與智能制造

開創(chuàng)大歷史觀的歷史學(xué)家黃仁宇在《中國大歷史》一書中指出，農(nóng)村基層的財務(wù)稅收的數(shù)目化管理與否，是區(qū)別于中世紀(jì)后歐洲國家意志蓬勃發(fā)展和中國幾千年君朝歷史螺旋性回落的根本性原因。缺乏基層數(shù)據(jù)的數(shù)目化和知識化管理，同樣也是目前制造工廠最為困惑和最亟需解決的問題。

目前在中國制造用著世界最先進(jìn)的軟件和設(shè)備，但產(chǎn)出效率卻完全不能與西方現(xiàn)代制造工廠相媲美。為什么西門子在美國波音公司6500套基于產(chǎn)品管理的軟件，就可以支撐龐大的B787的“一體化”協(xié)同制造網(wǎng)絡(luò)，而在中國許多工廠反而就變成了一大堆局部使用的孤島？實際上，在波音公司的最底層的基礎(chǔ)工作，已經(jīng)把飛機的數(shù)十萬個零部件全部數(shù)字化，同時采用模塊化而非零部件級的S級控制，形成了完全可控的數(shù)字化產(chǎn)品體系。這才使得信息化軟件發(fā)揮了為虎添翼的作用。

中國工業(yè)系統(tǒng)升級的過程.不必過分追求某些IT技術(shù)的先進(jìn)性，也不要急于追逐德國的物理硬件能力，而是要深入制造業(yè)的基礎(chǔ)，探究能支撐制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的數(shù)字化基因和知識化處理?；谥袊圃鞓I(yè)的歷史和實際，構(gòu)建中國的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使得人、數(shù)據(jù)、知識、設(shè)備、產(chǎn)品等各種資源.能夠有效地重新加以配置，才是系統(tǒng)性解決中國智能制造的根本性因素。

智能制造的基本特征是協(xié)同化、微制造、低成本。協(xié)同化就是配置資源，并共享資源體系；微制造需要去中心化組織，實現(xiàn)小規(guī)模小批量的生產(chǎn)：而全新的低成本生產(chǎn)模式，才能有效支撐未來個性化的生產(chǎn)需求。

1、協(xié)同化

在下一代工業(yè)升級的體系下，系統(tǒng)變得復(fù)雜，協(xié)同關(guān)系變得分散化。制造由集中生產(chǎn)向網(wǎng)絡(luò)化異地協(xié)同生產(chǎn)轉(zhuǎn)變.信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使不同環(huán)節(jié)的企業(yè)間可以實現(xiàn)信息共享，能夠在全球范圍內(nèi)整合企業(yè)間的優(yōu)勢資源，在研發(fā)、制造、物流、售后服務(wù)等各產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)實現(xiàn)全球分散化的協(xié)同作業(yè)。任何一臺設(shè)備，任何一個工位。任何一個組織，只要在資源配置權(quán)限之內(nèi)，都可以參與到網(wǎng)絡(luò)化制造的任務(wù)節(jié)點中去，實現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)協(xié)同。

2、微制造

微制造是指小批量、小規(guī)模、專業(yè)化的生產(chǎn)。這需要建設(shè)一種全新的、異于當(dāng)前大規(guī)模生產(chǎn)的去中心化組織，實現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)。工業(yè)4.0時代強調(diào)由集中式控制向分散式增強型控制模式的轉(zhuǎn)變，從而建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

微制造有兩層含義，一個是微小企業(yè)的制造；一個是制造微小產(chǎn)品。前者是微小企業(yè)參與了全球化的云端資源配置。正如淘寶網(wǎng)可以讓一個一個的個體戶參與其中，將產(chǎn)品售賣到全世界一樣：后者是微小產(chǎn)品的專業(yè)制造，企業(yè)無論大小，可以只需專注于某一個細(xì)微產(chǎn)品'這種企業(yè)更容易產(chǎn)生實質(zhì)性的創(chuàng)新，有效帶動“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)新”的局面甚至形成“隱形冠軍”，真正推動實現(xiàn)“中國制造2025”。

3、低成本

按傳統(tǒng)的技術(shù)模式，沒有批量就沒有低成本。這個悖論，在未來的制造時代，必須通過資源的優(yōu)化配置，實現(xiàn)低成本下的專業(yè)化和個性化服務(wù)，才能夠很好地實現(xiàn)。針對未來井噴式的個性化需求的多樣性問題，東京大學(xué)坂村健教授提出“昆蟲綱現(xiàn)象”，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)好像哺乳動物綱(只有5萬左右物種)，而工業(yè)4.0催生的新領(lǐng)域更像是昆蟲綱(多達(dá)500萬物種)。這就要求所有的資源、流程，都要被充分納人到系統(tǒng)優(yōu)化之中，實現(xiàn)低成本的制造需求。

三、產(chǎn)品本體建設(shè)與智能制造

協(xié)同化、微制造、小批量、低成本生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)，根源于對產(chǎn)品歸一化描述和管理。目前企業(yè)在推進(jìn)信息化和數(shù)字化的過程中，最為頭疼的就是數(shù)據(jù)的分散和知識經(jīng)驗的碎片化。而在多年的信息化建設(shè)過程中，也產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)裂縫和數(shù)據(jù)窟窿。智能制造要求所有產(chǎn)品都是單一數(shù)據(jù)來源，從設(shè)計、工藝到制造的各個階段的BOM(物料清單表)都需要統(tǒng)一；而且產(chǎn)品自身只有具備了自定義屬性和經(jīng)驗的繼承，產(chǎn)品跟設(shè)備之間才能進(jìn)行深度通訊和控制，智能產(chǎn)品才能成為可能。

1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的單一數(shù)據(jù)源描述

傳統(tǒng)企業(yè)的PDM和BOM管理存在著多種形態(tài)，即使是同一個企業(yè)不同生產(chǎn)階段，也在不斷發(fā)生變化。目前管理軟件都是非常成熟的，然而如何打通產(chǎn)品各階段的數(shù)據(jù)連接，卻成為一個大問題。以飛機制造為例，上百萬的零部件，每個零部件有幾十個參數(shù)，它們以不同的方式被不同的單位所產(chǎn)出和擁有，同時存儲在不同結(jié)構(gòu)的IT系統(tǒng)和設(shè)備系統(tǒng)之中，又遵循不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，同時還要跟數(shù)千個供應(yīng)商進(jìn)行交互，從而產(chǎn)生了一個“產(chǎn)品數(shù)據(jù)爆炸”。這使得企業(yè)不得不在局部層面按照項目實施的方法解決問題，完全無法建立系統(tǒng)級的數(shù)據(jù)維護(hù)和知識經(jīng)驗繼承。

通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的單一數(shù)據(jù)源描述，所有的零部件，都將被徹底的數(shù)字化。零部件的各種信息，從圖紙，到有效性的標(biāo)識，到狀態(tài)變更，都有一條完整的記錄體系；而它與周圍產(chǎn)品、系統(tǒng)所發(fā)展的變化關(guān)系，也將被有效地進(jìn)行記錄。

2、產(chǎn)品的自我身份化

每一個創(chuàng)意，每一個被設(shè)計的部件，都擁有自己獨立的ID身份，就好像被分配了一個獨立的網(wǎng)址，進(jìn)行自記錄。所有有關(guān)信息都在不斷增長和添加，跟所有其他外物的關(guān)聯(lián)，都形成互鏈接，進(jìn)行交互識別。換言之，被設(shè)計的產(chǎn)品本身，是智能產(chǎn)品，具備了獨立的自我表達(dá)能力。無論哪個環(huán)節(jié)的信息，從創(chuàng)意，到設(shè)計，到部件，到制造，到維修，到終端用戶使用，都記錄在它的身份信息中。通過既有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、服務(wù)網(wǎng)技術(shù)、廣域域名分配技術(shù)、大寬帶網(wǎng)絡(luò)等，從而使得一個產(chǎn)品具有“生命感知”的特征。

當(dāng)一個零部件，進(jìn)人另外一個產(chǎn)品；當(dāng)一個產(chǎn)品進(jìn)入到另外一個系統(tǒng)中的時候，該產(chǎn)品的身份，將停留在網(wǎng)頁最后指向的位置。因此，整個系統(tǒng)將可以產(chǎn)生回溯的作用；從而使得未來的故障查找與診斷，具有高度智能的可回溯特征。

3、產(chǎn)品的本體化表達(dá)

有了產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)的單一數(shù)據(jù)源描述，有了產(chǎn)品的自我身份化，就可以逐漸建立產(chǎn)品本體。也就是，對從應(yīng)用中分離出來的目標(biāo)領(lǐng)域做形式化的、明確的描述。當(dāng)前大多數(shù)應(yīng)用里，產(chǎn)品的描述，往往有大量領(lǐng)域概念(應(yīng)用邏輯)、數(shù)據(jù)(產(chǎn)品和過程)以及信息表現(xiàn)(演示)所組成的混合物。只有基于制造業(yè)詞表體系建設(shè)和領(lǐng)域模型的構(gòu)建，將知識本體、任務(wù)描述與物理邏輯分離，從而幫助實現(xiàn)產(chǎn)品完成智能化的跨越，構(gòu)建產(chǎn)品本體。產(chǎn)品本體，就是一個解耦合的過程，使得產(chǎn)品知識能夠自由地流動和表達(dá)。而自體系自學(xué)習(xí)自優(yōu)化建設(shè)產(chǎn)品本體的過程，就是知識自動化，即形成可執(zhí)行的文檔、可計算的知識體系、可執(zhí)行的流程模板，從而形成大量的工程中間件，使得無論是知識工作者，還是制造與仿真的工程師，工作效率才會大幅度提升。這樣，人類實踐過程中所積累的知識和各種經(jīng)驗?zāi)０?，就可以有效、重?fù)性地加載在產(chǎn)品上，會使得設(shè)計與制造人員大幅度提高工作效率。

四、總結(jié)

早在2005年，美國提出了“聰明加工系統(tǒng)SMS”，其中最為重要的兩點內(nèi)容就是：一是系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化，也就是將相關(guān)工藝過程和設(shè)備知識加以集成后進(jìn)行建模，進(jìn)行系統(tǒng)的動態(tài)性能優(yōu)化；二是設(shè)備特征化，即開發(fā)特征化的測量方法、模型和標(biāo)準(zhǔn)，并在運行狀態(tài)下對設(shè)備性能進(jìn)行測量和通信等。從這些研究成果可以看出來，如何解決知識沉淀和經(jīng)驗積累的循環(huán)利用，是提高制造的“聰明度”的核心問題。在此基礎(chǔ)上，2011年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布實施包括工業(yè)機器人在內(nèi)的“先進(jìn)制造聯(lián)盟計劃”。美國企業(yè)隨即提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。這些高端制造的競爭，強烈刺激了歐洲制造商的神經(jīng)，德國隨后高調(diào)推出德國工業(yè)4.0，一時間成為最為炙手可熱的概念。然而，工業(yè)產(chǎn)品的數(shù)字化知識化基因，卻是這些各種智能制造技術(shù)的核心底層。

德國工業(yè)4.0不是一個新技術(shù)，而是一個基于德國工業(yè)既有優(yōu)勢的新體系建設(shè)，強化在頂層架構(gòu)設(shè)計和互聯(lián)網(wǎng)的作用；而解構(gòu)美國CPS系統(tǒng)時，需要關(guān)注其在系統(tǒng)工程的先天性優(yōu)勢，和成熟的產(chǎn)品知識庫的建設(shè)。中國制造2025，不是一味地追求大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)，也不是魯莽地去和德國比拼物理硬件，而是立足中國制造業(yè)實際，重構(gòu)歷史積淀，補足體系性不足，構(gòu)建數(shù)字化知識化生態(tài)系統(tǒng)，推動中國智造，從而實現(xiàn)彎道超車。