智能制造需关注制造过程和被制造产品本身

【编者按】什么是工业4.0？它将带给现代中国装备制造业界什么样的影响？在这样的情形下，当前的中国业界如何看待这些问题？应该做些什么？

德国工业4.0的着眼点、关键点是什么？工业4.0要解决的重点问题是什么？它突破方向最有可能在哪里？目前来看，它已经解决了哪些问题？一段时间以来，德国工业4.0与智能制造在全国制造业界引起巨大反响。据闻，在相当一些德国企业尚未清楚工业4.0的情形下，国内舆论宣传与国外相比，甚至更加普遍，声音更加响亮。那么到底什么是工业4.0？它将带给现代中国装备制造业界什么样的影响？在这样的情形下，当前的中国业界如何看待这些问题？应该做些什么？

作为中国机械工业领域老资格的领导者之一，原机械工业部副部长沈烈初以其数十年的从业经验，特别是扎实深厚的专业功底，以及求真务实的工作作风，对德国工业4.0以及未来中国智能制造的发展提出了非常有见地的意见及建议。与之交流过的一些企业界人士评价，这是一个自工业4.0概念提出以来，国内有关对其诠释与理解十分到位的一篇文章。只有经过认真思考、踏实调研、有深厚专业背景以及对行业深刻理解和洞察之人，才能产生如此有针对性、有见地的意见。

智能制造是一项长期系统的过程，不能一蹴而就；要在考虑企业效益（指质量、成本、交货期）的前提下，用投入产出经济学理论审视实施智能制造。

中国装备工业现阶段还在于加强科学化、信息化管理，距离智能化尚有很长一段过程；智能制造发展需要全方位人才。

沈烈初先生根据学习与调查实践，归纳德国工业4.0的主要内容：即1.0为机械化;2.0为电气化、半自动化；3.0为信息化，即高度自动化、少人化；而4.0就是数字化、网络化及智能化了，即虚拟实体系统CPS（cyberphysicalSystem),也有人翻译为信息物理系统。

沈烈初认为，首先要认识我国国情。我国制造业水平不同于德国，推进我国智能制造发展，工业4.0可作为参考而不能简单复制，必须通过实践和总结找到属于我们自己的成功之路。

智能化首先需要高度信息化

沈烈初说，工业3.0是信息化、高度自动化、少人化，而工业4.0应该是高度信息化（即数字化、网络化）智能化，构成CPS系统。“三化”发展呈序列顺序进步，高度信息化向智能化过渡，这一过程需要很长时间完成。

他非常形象地描述到，数字化是将物体特征或工艺过程转化为数字描述或数学模型。网络可以看作为信息高速公路，沈烈初说，没有信息的网络，类似没有汽车的高速公路。没有网络，信息就无法高速传递，互联互通。信息化即是数字化和网络化的融合，包括信息获取、信息传递、信息处理、信息再生和信息利用。所谓物联网，就是人或物这样的实体用数字描述，通过互联网进行物与物、物与人、人与物、人与人四维互联互通。

辨别信息化（数字化、网络化）与智能化最简便的办法是：前者是管理的开环系统，后者是管理的闭环系统。智能化是在信息化基础上实现系统的自组织、自记忆、自诊断、自决策、自适应，使系统在更佳或最优情况下运行，因而需要建立大量的数据库，建立各类数学模型或专家系统，而且信息必须是实时采集、加工、通信和处理。由此可以看到，智能化的发展是一个漫长、不断改进与完善，进而发展的过程，不是一蹴而就的，更不是通过实施一两个专项就可以变身为智能制造了。

“中国制造2025”中的十大高端装备都要求定位在数字化、网络化及智能化之上，这就要求同时也要使其生产、制造过程实现“三化”管理。

在沈烈初看来，智能制造的“三化”即数字化、网络化、智能化；而制造过程的“三化”，实际上应该是两个领域，提供产品制造的装备和制造过程。首先是装备的“三化”，其次是制造过程的“三化”，这两个概念有很大不同，既有联系又有区别。智能制造即产品制造过程的“三化”，是建立在提供装备的“三化”基础上，有这样的“智能体”作为前提，才能实现智能制造。装备的“三化”水平，在较大程度上决定了各行业“三化”的水平以及实现的难易程度。

沈烈初同时强调，单机制造构成不了生产力，只有成套才能真正发挥生产力的作用，因而装备单机实行“三化”过程中，要注意通讯接口，可与上下游设备互联互通、信息交换及时、共享。对于成套设备来源于不同企业的，如何“三化”更加重要。

辩证看待实体制造和虚拟制造

沈烈初说，我用一生获得的经验教训是，就技术论技术，很难真正推进技术进步与发展。虚拟设计、虚拟制造是一种手段，是为实体设计、实体制造服务的。信息技术发展到现在，有可能用计算机推演千百种方案进行比较，取得最佳方案后，再变为实体设计与实体制造，开发出新产品，再验证修正完善。这就可以大大缩短研发周期，节约研发资金。新产品定型后，再用计算机推演得出最佳制造过程，从而安排实体制造的工艺及生产。尽管这样，也有一个不断完善的过程，因为研发与制造过程受多种内外因素的干扰，在这里仍然需要有经验的设计师、工程师、制造工艺师决策和干预，这样才能做出好的产品，才能保质量、降成本、缩短生产周期。

计算机运行的海量数据，其基础采集必须来源于实践和实体，所谓大数据、云平台，都是将海量数据经过分析，提取有用的信息，为实体制造与实体设计服务的。

只有实体制造才能生产出产品，满足人们衣食住行用各方面需要。

不同阶段的智能化需要不同的顶层设计与实施步骤

目前国内装备制造业大多处于工业1.0、2.0时代（只有少数企业处于3.0或3.0初期），因行业、地区、企业大小，所有制、创新能力、发展阶段等有很大差异，因此必须分类指导推进智能化。

沈烈初认为，参考模型对于企业实践来说，仅起引导作用，智能制造是一个长期的过程。很多企业的智能化管理还处于起步时期，尚处于规划阶段，远未达到高度信息化水平。要清楚地了解，智能化的前提是高度信息化（数字化、网络化）；而信息化的前提是科学化管理，如精益化生产LP、准时化管理JIT等。

沈烈初告诫，如生产管理中形成数据不规范，或不全面，则不可能实现实时的信息化管理。他参观调研的企业中，大部分生成数据不真实，不能实时提供，据此进行的信息化管理又有什么意义呢？在现阶段，企业管理不排斥在库存、财务、工资等局部小系统不断地引进应用CAD、CAM、CAPP、CAE、SCM、CRM等，以此来培养员工，不断使生产过程科学化，遇有机会便可把各个独立的信息孤岛互联互通。这就要求企业必须有一个顶层设计，分步实施，局部操作，积累经验，培养人员，最终实现高度信息化管理。要注意系统设计时，各信息孤岛之间保留可链接的端口，以实现信息交换兼容。

标准化和模块化是实现智能制造的基础

信息化管理与产品的模块化设计、生产组织结构、模式等有极大关系。德国产品设计结构一直采取模块化，零部件尺寸要素标准化，这是为适应大规模工业化制造的需要，其技术模式可追溯到第二次世界大战之前。沈烈初用自己在德国学习时的经验说明，工业结构为社会化、专业化大生产方式，可以节约资源、降低成本，并可迅速转型升级，有利于缩短新产品开发周期。由于产品的模块化设计，企业内生产组织要相应地变化。

沈烈初介绍，德国在上世纪80年代已普遍采用制造岛（productioncell）模式：结构相似、工艺相近的零部件在一个“制造岛”生产，这是成组加工（GT）的进一步发展。如今德国的一些企业仍然采用“制造岛”生产模式，由于采用信息化管理又有了新的内涵。“制造岛”现场设备之间的互联互通，就构成了所谓的二级管理“智能体”。

我国制造业管理模式存在着不同的形式，水平亦不同于德国。以机床行业为例，上世纪60年代即进行了两种不同模式的生产管理，一种以零件为对象的专业化车间，一种以产品为对象的封闭式车间。如今，这两种不同的生产组织模式仍在机床企业存在。可以想见，在此基础上实行的信息化管理模式也会有很大差别。

在沈烈初看来，实现定制化、专业化、端对端、纵向集成、横向集成、硬件与软件结合的工业4.0的现代化大生产模式，必须从设计上改革，采用标准化、模块化设计，尽量减少非标设计与生产。他说，在经济全球化的今天，不论研发设计、生产与销售的信息化管理都已面向全球，要真正做到利用国内外两种资源（包括人力、物力、信息）、两种市场、两种资金，“以我为主，师洋而不崇洋”，进而实现强国之梦。

自主可控工业软件与系统集成急需解决

众所周知，信息化与智能化的发展靠硬件，更要靠软件。国内工业软件研发与应用存在的短板必须彻底解决，实现自主可控的工业软件研发和应用体系，智能制造才能持续发展。

对此，沈烈初提出建议，大型企业或集成商要有自己的软件开发人员，通用性软件如CAD、CAPP、CAM、CAE、ERP等可以买到，但结合现场工艺与生产需要的应用软件要靠自己开发。相关工作人员要懂得信息化、智能化技术，更要懂得工作对象的产品与工艺，否则两化不可能真正融合。在他看来，凡信息化管理成功的企业，应用软件都是自行开发的。很多企业的实践表明，自主研发的应用软件既经济适用，又便于商业保密。

沈烈初继续以关键部件传感器为例说明，长期以来传感器仍受制于发达国家，因其重要作用，甚至有时引起政治与商业上的麻烦。在过去和今天的装备工业发展战略规划中都将传感器作为核心技术来攻关，目前来看，虽得到高度重视，但收效不明显。沈烈初直言，无论虚拟制造与实体制造，亦或信息与物理系统的桥梁，都是传感器。没有传感器就没有智能制造，没有装备的数字化、网络化、智能化，就没有物联网，也就发挥不了互联网的作用。

沈烈初认为，信息化管理推进中，还有一个重点要素即集成商，连结需求千变万化的企业和提供软硬件供应商。目前国际厂商很多都与中国的大企业、大集团签订了合作协议，出售他们的软硬件及应用系统的同时，了解并掌控了中国企业的运营数据。在这里，沈烈初注意到了信息安全问题。他认为，中国国民经济的安全问题需要一大批推动智能制造的集成商，建议一些有实力的企业成立信息化公司，不仅服务企业内部，也可对外承接企业信息化管理的系统解决方案与实施。

智能制造的深层次描述

沈烈初认为，我国装备工业总体目前尚处于信息化阶段，没有进入智能化时代。

他建议在推进智能制造过程中应结合自身实际，参照德国工业4.0八个优先行动计划，对标准、安全、培训、监管、资源效率等相关内容作出系统考虑。

比如人才方面不仅要充分重视高端科技人才、管理人才，更要发挥身怀绝技、具有长期制造经验积累的能工巧匠的作用，发扬“工匠精神”。特别是实现网络化制造的过程中，如何更好地在法律法规环境下保护商业机密和知识产权、加强产品质量监督，以及针对不同的制造模式、产业形态和价值链的变化，财政税收制度的改革支撑，完善监管体系和配套的法律法规文件的任务十分重要。

最后，沈烈初特别提示，在当前经济下行压力下，企业效益连续下降，产品质量尚未得到解决，要把“能用不太可靠”转为“好用而可靠”十分困难。因此，在新产品转型升级步履维艰的情况下，更要因地制宜，因企制宜，因产品与生产方式制宜。统一规划，分步实施，先易后难，要在考虑企业效益（指质量、成本、交货期）的前提下，用投入产出经济学理论来审视实施，不要为智能制造而智能制造。装备工业发展的现阶段还在于科学化、信息化管理，不求其名，但求其效果。

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