協同制造：通往智能制造的最高境界

歐陽勁松

智能制造，按照中國現行的標準，包括資源配置以及正在進行管理的文件，里面有31個大類，173個中類，608個小類。智能制造被定義為，基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式，可有效縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量、降低資源能源消耗。

智能制造是手段不是目的

什么是智能？從感覺到記憶的思維過程稱為智慧，智慧產生了行為和語言，將行為和語言的表達過程稱為能力。這是一個閉環的過程，也就是說，進一個門感覺熱、涼，濕度適不適合，舒服不舒服，這個過程是智慧。過程是自己動手、還是服務員動手，把執行的過程加起來才叫智能。因此，搞生產一定要叫智能，而不叫智慧，所以叫智能制造而不叫智慧制造。

2015年，工信部在征集智能制造第一批新模式項目的過程中，有很多項目在審查中就被淘汰掉，比如當時針對數控機床的智能程度就出現了問題，生產智能設備——智能洗衣機、智能電腦、智能冰箱等，只是制造了智能設備，而不是指制造設備本身。又比如，兩口子結婚50年還有拌嘴，但是冷冰冰的機器要達到這個程度還有很長時間。

在30多年的信息化制造發展過程中，縮短產品研制周期，降低成本，提高質量，降低能耗，一直是長期努力的目標。所謂的數字化制造，企業的內生動力就是要為提質增效服務。智能制造是手段，而不是目的。沒有哪個制造企業提質增效是為智能制造而智能制造的，除非是做噱頭。

產品設計與生產過程無縫集成

IEC詞匯庫將數字化工廠定義為：數字化工廠是數字模型、方法和工具的綜合網絡（包括仿真和3D虛擬現實可視化），通過連續的沒有中斷的數據管理集成在一起。它是以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式，是現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物。

數字化建模的方法和工具的綜合性網絡，放在一個網絡系統里，通過連續沒有中斷的數據管理集成在一起，與平臺數據方案無縫地集成在一起，以產品全生命周期的數據為基礎，在計算機的虛擬環境中，對整個生產過程中進行仿真、優化和評估。所以，數字化工廠就是現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物。

通過數字工廠的膠片，產品設計的鏡像，產品的數字仿真，以及生產資源的數字仿真，包括了傳感、大腦、控制器、PLC、執行系統、冷加工設備、熱加工設備以及物流設備，然后把折價生產資源鏡像到數據平臺上。管理標準、質量、檢測包括物流都應該鏡像到數據平臺上面去。這里面很重要的就是要快速的流轉起來，設計方和生產資源的配置方要快速的流轉起來。

通過將近200家企業的調研后，發現大部分企業生產系統是沒有打通的，要解決這個中間環節，很多是靠人工去翻譯數據，這一點可能很多企業要用很多的時間開發中間的軟件，才能把它快速的或者高實時的響應起來，這是最大的瓶頸。總而言之，要達到數字工廠的核心部分，就是產品的仿真，生產的仿真，以及仿真以后變成實體工廠的時候要鏡像出來。這里面是一個實物一個虛擬，最后變成功能塊，梳理出來，功能化以后再進行新的工廠拷貝或者是新的服務。

在汽車的生產過程中，是貨車、卡車還是轎車等，整個舒適度、空調的制冷效果等等，這些要分解各個零部件和總裝以及后續的質量保證上，這就是虛擬仿真。最終是否達到效果，也是在虛擬空間去仿真，仿真完了用什么手段，是冷加工在前熱加工在后，還是熱加工在前冷加工在后，這都需要仿真。用最快最低的消耗，生產資源滿足汽車定義的性能和功能的要求，要做到這一點，自動化、信息化、經營化、集成化是不可缺少的。從生產設備到傳感監控設備到生產管理系統到經營管理系統，再到生產裝備，都要集成。

圖1 數字工廠簡圖。來源：機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所

打通縱向集成和橫向集成

個性化批量生產模式顛覆了傳統的制造模式，不僅需要制造系統能夠支持自適應生產任務、資源和環境等制造要素的動態變化，而且需要制造系統能夠實現企業內部管理的縱向集成和面向供應鏈的橫向集成。

如圖2所示，位于第三層的MES（制造企業生產過程執行管理系統）和位于第二層的SCADA（數據采集與監視控制系統）兩個軟件系統是數字化智能制造的核心工業軟件。

圖2 打通縱向集成和橫向集成。【圖注：客戶關系管理（CRM）、三維計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助工藝過程設計（CAPP）、計算機輔助制造（CAM）、供應鏈管理（SCM）、企業資源計劃管理系統（ERP）、產品數據管理系統（PDM）、制造執行管理系統（MES）。】來源：機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所

PLM緊緊圍繞產品，對用戶需求、訂單信息、產品開發、工藝規劃、生產制造、使用維護和回收再利用等全生命周期各個階段產品數據的生成、變化進行科學高效的管理，以達到縮短產品上市周期、保證產品質量、降低產品成本等目的。從地域上可以橫跨企業和供應鏈，從時間上可以覆蓋從產品的概念階段一直到產品結束的全生命周期。

制造的最高境界，就是可以讓用戶的需求向云端發布，然后評估生產資源的配置，通過全球配置資源，跨行業、跨地區、跨領域的配置資源，從而生產出需要的產品。真正的制造最高境界，就是跨行業、跨地域、跨企業的協同制造。