智慧工廠1.0是基于中國制造現實提出的轉型理念

王健

智慧工廠1.0是基于中國制造現實提出的轉型理念

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盟最近三年所推動的智能工廠1.0進行報告。智能工廠1.0可能是國內唯一一個對接工業大數據并有實質性進展的理念。本文是經修改后的報告文字版。

智慧工廠1.0是中國科技自動化聯盟在2012年中定義的，比工業4.0的提出還早一點。但我們和工業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4.0的情報資料，我認為這反映了德國工業界的最新趨勢，并且核心觀點和我們很類似。而且我們也在2012年下半年幾乎同步注意到美國GE定義了所謂的工業互聯網。于是臨時決定在第二天的會場上向觀眾播放工業4.0和工業互聯網的一些概念圖片，以和我們的智慧工廠1.0進行對比。隨后在2013年和2014年，我們連續跟蹤了德美的進展，我們的智慧工廠1.0的框架內容在這個過程中也一步步明晰。

中國科技自動化聯盟的發起

中國科技自動化聯盟是在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合發起組建的一個行業性非營利組織。其基本理念是所謂的科技自動化，強調自動化不僅僅要服務于傳統的大規模制造，還要能夠服務于產品研發，服務于科技創新，服務于先進制造，我們把這樣的代表先進生產力的自動化，叫做科技自動化。

聯盟成立后，吸引了幾十家廠商加盟，包括工業自動化廠商、裝備廠商、系統集成商、創新服務商、科研機構、投資機構等，還有一大批個人專家，聯盟范圍實際上突破了自動化，延展到整個自動化生態系統。

聯盟成立以來我們做了幾個重要的事情，比如說2011年我們為自動化廠商開發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，比如說你的產品是部件、還是系統解決方案，你是面向流程、面向混合、還是面向離散行業，你的產品是高端、中端還是低端。自動化公司可以在模型中探討自己未來發展的路徑。

2012年初我們面對裝備制造業用戶提出了全生命周期創新服務的模型。在模型中我們整合了聯盟廠商的力量，可以為裝備制造用戶進行技術診斷和技術審計，面向市場需求定義產品概念，幫助他們做技術創新，然后發展到產品研發和制造，直到市場營銷和售后服務。這樣就覆蓋了整個創新的生命周期，而不僅僅是產品研發的生命周期。

中國智慧工廠1.0概念的產生

2012年年中，我們開始探討聯盟如何為自動化公司創造更大的價值，引領其發展。我們準備寫一份自動化公司發展指南，為此研究了自動化的下游裝備制造業、終端產品制造業、甚至最終消費者需求變化的發展趨勢，我們也同步研究了自動化的上游和關聯產業如電子信息、互聯網、材料、半導體等。我們明顯感覺到，金融危機之后，中國經濟和世界經濟處于深度調整之中，不僅中國制造業，歐美先進國家的制造業也都在重新定位，而中國的轉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技術加速向實體經濟滲透，新技術產業革命的氣息撲面而來，中國的制造業面臨巨大的挑戰同時面臨巨大的機遇。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看成是中國制造業的近期目標，希望面向三五年，希望大家能夠看得見、摸得著、可操作。現在看中國制造業在不同區域、不同行業、不同企業間的差異性太大，完成1.0的轉型升級恐怕要花費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，以對應不同發展階段的企業。

特別需要指出的是，智慧工廠1.0發軔于一批自動化中小企業所組建的科技自動化聯盟，在力圖覆蓋制造業各種規模各種特色企業的同時，更多面向廣大中小企業。我們感到，國家包括各級政府推出的一系列發展先進制造業和智能裝備的優惠政策，包括重大專項，更多惠及大中型企業和優勢領軍企業。而真正的創新，真正的活力，尤其制造業的活力，更多是在99%的中小企業里。我們定義的智慧工廠1.0，讓不同水平規模的中小企業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明，不同人可以有不同的理解，有的人糾結于定語是smart還是intelligent，或者wise，有的人覺得叫“工廠”太土，應該叫智慧企業。其實叫什么并不是特別重要，關鍵是你如何定義。實際上最近兩年，我們一直在探討如何描述智慧工廠的本質。那么我們定義的智慧工廠是什么呢？智慧工廠是在制造業一系列科學管理實踐的基礎上，深度融合智能科學技術、信息通信技術和科技自動化技術，圍繞數據、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、更和諧和可持續的新一代制造業企業及其生態系統。

這里有幾個關鍵詞。首先，搞智慧工廠需要一定的管理基礎，幾十年來制造業科學管理的成果比如精益、比如六西格瑪都蘊含著很好的理念，但現在如果搞管理的不和ICT結合、不懂裝備和自動化，恐怕難以把這些管理理念進一步落地。其次，搞智慧工廠需要一定的技術基礎，包括ICT技術、自動化技術、智能技術、工業工程技術等等?，F在大家經常說兩化融合，說自動化和IT結合，實際上談的是技術手段，而不是目的或結果。

智慧工廠最重要的資源要素是數據、信息和知識。每個企業需要找到一條路徑，逐步轉型成以數據、信息和知識作為核心競爭力。數據（包括大數據）告訴我們發生了什么，什么時間、什么地點、哪個設備或流程、哪個人發生的。信息是數據經過處理和提煉的結果，告訴我們事件是怎么發生的。而對信息的歸納總結推演會形成知識，比如行業的Knowhow控制的原理等，它會告訴我們為什么會發生，最重要的是告訴我們如何應對？在及時準確有效的數據、信息和知識的支持下，企業人方能做出智慧的決策。企業關注的焦點如果開始發生這樣的轉移，而不再是以固定資產、以資金規模作為核心，那就走在建設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企業及其生態系統。我們所說的制造業企業不是生產車間，并不一定從事制造環節，而是泛指制造業當中以及服務于制造業的企業。即使你是一個純研發性企業，即使你是一個第三方服務企業，你也是在制造業里面的企業，你也可以吸收智慧工廠的理念圍繞數據、信息和知識打造你的核心競爭能力，進而發展出你自己的獨特的智慧工廠模式。任何企業都有自己所在的生態系統，智慧工廠的范圍涵蓋整個生態系統，也就是說超越企業自身，是跨組織的，包括了你的供應鏈，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，這和當前大家談的無人化工廠有本質的區別，或者說無人工廠只是自動化工廠發展的一個階段，即用機器部分取代了低附加值、高勞動強度、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，指計算機和現代智能控制技術在工廠中的廣泛應用，更多是偏具體的方法、行為和能力，還是停留在技術層面或“器”的層面。智慧則是指對事物本質的認識、辨析、判斷能力以及發明創造新事物的能力，智慧是思想或思維方式，在工廠中智慧則不僅融匯在產品開發設計、生產維護過程中，還體現在技術創新、商務管理和運營模式方面，智慧是在“道”的層面。當然如果工廠裝備和決策支持系統實現了智能化，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。

智慧工廠的實現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，或許可以在某些關鍵工位上一些自動化作為起步，或許可以從改善工廠環境開始。關鍵是描畫出一條路徑，起點就是本企業的現實條件，第一個百米的終點就是1.0，接著再沖第二個百米，方向就是讓自己的企業及其生態圈更智能、更敏捷、更高效、更安全、更綠色、更和諧和可持續，成為一個充滿人本精神，充滿中國智慧的，同時被高技術手段充分武裝起來的系統。

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，是中國制造業轉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、有些企業在某些方面已經超越了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、三一重工之類，另一類是終端產品制造商，比如說華為、海爾、長虹這樣的公司。第二個2是我們認為智慧工廠融合了數字制造和智能制造，數字制造可以理解成是虛擬的，數字化的制造體系，包括產品研發設計、數字樣機、生產線規劃、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、智能的裝備、智能的生產線這些構成的實際制造體系。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品的生命周期，也包括裝備的生命周期如客戶需求、產品概念、研發設計、制造交付、服務和再回收等，價值鏈則指企業運營的價值鏈，覆蓋市場、制造、服務和財務等。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品，包括傳感器、硬件、軟件融合在一起，面向不同的聯網裝備搭建的物理（系統）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，其核心是數據-信息-知識-決策的這樣一條由四個環節構成的智慧鏈，上面是企業的管理基礎和技術（包括IT和自動化）基礎，頂層是企業商業框架（包括戰略、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現的效果或特征（包括信息一致性、全廠安全、系統能效等）。這個框架較好地描述了實施智慧工廠建設的成功要素之間的關系，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和人的角度對智慧工廠進行多維度的描述，為接下來制定不同行業、不同層次的技術標準和規范提供指南。比如我們站在離散制造業自動化和信息化分層模型的角度，會描述現場級（底層I/ O、執行器、傳感器到嵌入式系統、智能機電一體化模塊、機器控制器等）、車間級（聯網裝備、生產線、MES系統等）、企業級（ERP系統等）、企業間（原料供應鏈、基礎服務鏈、電子商務網絡等）的典型結構和一般要求，尤其是信息一致性的要求。如果我們站在智慧工廠里人、設備、環境、產品四大要素的角度，會描述不同職能角色的人和智能生產裝備、環境感知和控制設備、智能產品之間如何互動，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，以及要產生哪些全新的崗位，組織結構以及組織內信息流決策流的變化等等。總之，新的框架可能不是一個大而全的東西，而是很多張關于智慧工廠的剖面圖，就像關于人腦的數十張CT掃描圖。

智慧工廠的一個側面：數字化透明工廠，來源：華龍訊達，2013

實踐和案例

圍繞智慧工廠1.0，我們這兩年做了一些實踐。應該說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，工作重點轉向跟垂直行業的展會結合（比如NEPCON電子展），跟具體企業實踐結合，以及跟國外同行直接對接。

今年4月9號，聯盟和中科院計算所、廣東順德政府聯合組織數十名裝備制造企業家和政府官員到德國和奧地利參觀訪問，我們在漢諾威工業展現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踐，然后進行交流和思維碰撞。我們帶領企業家們參觀展會，參觀一批工業自動化和裝備制造企業的總部和研發制造設施，親耳聆聽歐洲企業家們發展高科技產業的經驗之談，取得了極好的效果。

另外我們也跟國內外領先的情報機構和信息服務商進行合作，進行一些跨界交流，請他們幫助聯盟跟國外優勢的企業和先進制造技術源頭進行對接，或聯合展開一些調研出版工作。我們想逐步發展成先進制造業領域的民間智庫。

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

向大家介紹幾個案例，在電子制造領域中，大企業如華為、長虹、海爾，近一年都提出了建設智慧工廠的口號。我們和這些大企業有密切的交流或項目合作，主要在理念、思路和信息情報方面提供支持。聯盟創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 、EtherCAT通 信 技 術 、TwinCAT自動化軟件平臺技術等都是建設先進自動化系統的標準，被聯盟成員廣泛采用。聯盟成員華龍訊達開發的數字化透明工廠，利用三維動漫、虛擬增強現實技術對整個工廠和生產線