智能制造是美、德、中等制造業(yè)大國的未來主攻方向，如何正確地理解智能制造，并正確地規(guī)劃和建設(shè)適合企業(yè)自身發(fā)展的智能制造體系，成為目前制造業(yè)企業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)。

　　PTC(納斯達(dá)克：PTC)是老牌工業(yè)軟件企業(yè)，全球性技術(shù)平臺(tái)與解決方案提供商，產(chǎn)品覆蓋計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、產(chǎn)品生命周期管理(PLM)、全生命周期(ALM)、服務(wù)生命周期管理(SLM)等眾多工業(yè)領(lǐng)域，服務(wù)于全球超28000家企業(yè)。PTC也在積極將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與企業(yè)應(yīng)用平臺(tái)相結(jié)合，推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型。

　　PTC針對(duì)智能制造開發(fā)了全套產(chǎn)品和解決方案，對(duì)于智能制造的理解十分具體，值得從業(yè)者參考。報(bào)告中，PTC對(duì)美、德、中的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略及智能制造體系進(jìn)行詳細(xì)解讀，以“CPS HUB”為基礎(chǔ)、“物聯(lián)網(wǎng)+應(yīng)用平臺(tái)”為核心，提出智能制造的應(yīng)用框架，并對(duì)智能制造未來業(yè)務(wù)藍(lán)圖進(jìn)行了展望，最后給出了實(shí)施路徑參考。

　　中美德制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)比

　　美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟IIC發(fā)布的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)IIRA中給出了未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的三層技術(shù)架構(gòu)。

　　?邊界層(Edge Tier)： 該層集成資源、邊界設(shè)備、傳感器和控制系統(tǒng)等邊界節(jié)點(diǎn)，并從邊界節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)。邊界節(jié)點(diǎn)可以利用邊界網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的交互。

　　?平臺(tái)層(Platform Tier)：該層主要實(shí)現(xiàn)資源集成、數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)管理等，并通過應(yīng)用使能平臺(tái)支持看板、提醒、通知、移動(dòng)APP、GUI(圖形用戶界面)的創(chuàng)建。該層除了獲取邊界層資源及數(shù)據(jù)外，也支持與邊界層的控制數(shù)據(jù)交互。

　　?企業(yè)層(Enterprise Tier)：該層主要實(shí)現(xiàn)專業(yè)領(lǐng)域級(jí)的應(yīng)用、決策支持系統(tǒng)，并為終端用戶提供基于角色的應(yīng)用界面。該層從邊界層和平臺(tái)層獲取數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)傳遞給邊界層和平臺(tái)層。

　　德國工業(yè)4.0架構(gòu)

　　德國中央電子技術(shù)與電子工業(yè)協(xié)會(huì)ZVEI給出了德國工業(yè)4.0的參考架構(gòu)。該架構(gòu)從業(yè)務(wù)、功能、信息、通訊、集成、資源六個(gè)層次，對(duì)生命周期和價(jià)值鏈、企業(yè)垂直層的標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行了分類。結(jié)合參考架構(gòu)以及技術(shù)架構(gòu)，可見德國工業(yè)4.0同樣強(qiáng)調(diào)資源聚合、服務(wù)封裝以及對(duì)新業(yè)務(wù)模式的支持。

　　美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與德國工業(yè)4.0最大的不同在于：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)跨領(lǐng)域，即不僅包括制造業(yè)，還包括能源、健康、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，在制造業(yè)方面也不僅僅聚焦在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而是強(qiáng)調(diào)全生命周期，并以此為原則構(gòu)建開放式平臺(tái);德國工業(yè)4.0則側(cè)重制造領(lǐng)域，重點(diǎn)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)。二者目前在制造領(lǐng)域應(yīng)用體系的功能域進(jìn)行了相應(yīng)的映射。

　　中國智能制造系統(tǒng)架構(gòu)

　　工信部和國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)2015年12月發(fā)布了《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，給出了智能制造的框架體系.該框架包括三個(gè)維度：生命周期維、系統(tǒng)層級(jí)維、智能功能維。其中，生命周期維是由設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)組成的鏈?zhǔn)郊?系統(tǒng)層級(jí)維包括設(shè)備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層;智能功能維包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合和新興業(yè)態(tài)等五層。

　　智能制造應(yīng)用框架

　　智能制造應(yīng)用框架是對(duì)企業(yè)傳統(tǒng)應(yīng)用體系的轉(zhuǎn)型升級(jí)，其以CPS HUB為基礎(chǔ)、APP平臺(tái)為核心、APP為業(yè)務(wù)支撐。從智能制造的共性特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)+”與應(yīng)用平臺(tái)等技術(shù)，給出智能制造的應(yīng)用框架，如下圖所示。該框架包括四層：IT/OT資源層、IT/OT互聯(lián)層、APP平臺(tái)層、APP層。

　　IT/OT資源層

　　該層次將所有的應(yīng)用、硬件、人都?xì)w集為企業(yè)資源。其中，應(yīng)用包括PLM、RP、MES等業(yè)務(wù)系統(tǒng)和CAD/CAE等工具;硬件則包括智能設(shè)備(數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等)、工控系統(tǒng)、物流配送設(shè)備、工裝夾具/物料等;人員為各角色用戶。其中，人員一方面是操作的主體，另一方面也是企業(yè)運(yùn)營(yíng)中的可調(diào)度資源。

　　IT/OT互聯(lián)層

　　該層通過賽博物理系統(tǒng)總線(CPS HUB)實(shí)現(xiàn)設(shè)備、車間、企業(yè)級(jí)的垂直集成，重點(diǎn)解決異構(gòu)設(shè)備互聯(lián)、設(shè)備/系統(tǒng)的互聯(lián)、大數(shù)據(jù)管理等關(guān)鍵能力。該層可以分為兩個(gè)層次：設(shè)備資源互聯(lián)及實(shí)時(shí)控制IMC(Intelligent Monitor and Control)，設(shè)備與系統(tǒng)互聯(lián)。前者解決設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理，后者將設(shè)備運(yùn)營(yíng)與業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營(yíng)管控。

　　業(yè)界對(duì)CPS的理解普遍達(dá)成了共識(shí)，即將CPS翻譯為賽博物理系統(tǒng)，是指融合了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理實(shí)體的復(fù)雜體系。CPS HUB依托“物聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，打通人、機(jī)、物等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)(Communication)、計(jì)算(Computing)和控制(Control)，支持賽博空間以遠(yuǎn)程、可靠、實(shí)時(shí)、安全、智能化、協(xié)作的方式操控物理實(shí)體，并為CPPS(Cyber-Physical Production Systems)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該層支持大數(shù)據(jù)管理及分析。

　　大數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、時(shí)序數(shù)據(jù)等。大數(shù)據(jù)管理內(nèi)容要從應(yīng)用需求出發(fā)進(jìn)行定義，以減少冗余數(shù)據(jù)的管理成本。此外，該層次應(yīng)用可以部署至云端，形成云端IT/OT資源聚集，以支撐云制造等新模式。

　　APP平臺(tái)層

　　該層支持與CPS HUB的對(duì)象化互聯(lián)和APP新業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊的快速構(gòu)建。在快速建模及應(yīng)用創(chuàng)建方面，主要能力包括數(shù)據(jù)模型構(gòu)建、應(yīng)用界面創(chuàng)建、應(yīng)用發(fā)布部署、第三方服務(wù)調(diào)用等，并內(nèi)置多項(xiàng)基礎(chǔ)應(yīng)用，如設(shè)備資產(chǎn)管理、軟件內(nèi)容管理、數(shù)據(jù)傳遞、工作流、權(quán)限控制等。在應(yīng)用創(chuàng)建方面，用戶可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，基于CPS HUB的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)構(gòu)建自己的APP，也可以使用PTC公司提供的最佳實(shí)踐APP套件。

　　APP應(yīng)用層

　　智能制造體系下的業(yè)務(wù)價(jià)值鏈活動(dòng)要體現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向：在研發(fā)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)提升產(chǎn)品創(chuàng)新;在制造環(huán)節(jié)，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)卓越，提質(zhì)增效，提高運(yùn)營(yíng)及生產(chǎn)效率;在服務(wù)環(huán)節(jié)，重點(diǎn)提高敏捷性，以快速響應(yīng)客戶需求，向服務(wù)要效益;在管理環(huán)節(jié)，重點(diǎn)提高智慧性，從工業(yè)大數(shù)據(jù)中對(duì)運(yùn)營(yíng)過程進(jìn)行分析，幫助管理者從已知現(xiàn)象分析問題本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)未來可能出現(xiàn)的結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)從已知推斷未知的智慧決策APP應(yīng)用層即是從上述方向出發(fā)，在創(chuàng)新研發(fā)、卓越制造、敏捷服務(wù)、智慧管理等四個(gè)方面，分別基于行業(yè)最佳實(shí)踐，提供相應(yīng)的APP應(yīng)用。

　　智能制造實(shí)施路徑

　　實(shí)施智能制造需要結(jié)合中國制造業(yè)業(yè)務(wù)及信息化發(fā)展基礎(chǔ)，立體化、綜合化地定義中國智能制造的總體發(fā)展路徑。PTC公司面向制造業(yè)企業(yè)未來業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型方向，結(jié)合行業(yè)最佳實(shí)踐，從數(shù)字化工程(Digital Engineering)、制造(Manufacturing)、服務(wù)(Service)等價(jià)值鏈層次給出了各個(gè)環(huán)節(jié)的未來業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型之路(Transformation Journey Map)，為制造業(yè)企業(yè)進(jìn)行智能制造規(guī)劃及能力建設(shè)提供最佳實(shí)踐的指導(dǎo)。

　　在中國制造2025背景下，企業(yè)在實(shí)際規(guī)劃過程中，需要定義具體實(shí)施計(jì)劃，企業(yè)可以以時(shí)間軸、能力軸為基礎(chǔ)，結(jié)合企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，分解年度能力發(fā)展目標(biāo)，明確年度業(yè)務(wù)及IT舉措。然后，結(jié)合年度目標(biāo)及舉措，以及智能制造能力成熟度模型，規(guī)劃企業(yè)適合的智能制造路線圖。下圖給出了智能制造成熟度模型，從研發(fā)、制造、服務(wù)、管理等四個(gè)方面定義了不同的成熟度等級(jí)及其配套的應(yīng)用能力，為企業(yè)信息化能力評(píng)估提供參考依據(jù)。

　　數(shù)字化成熟度模型

　　網(wǎng)絡(luò)化成熟度模型

　　智能化成熟度模型

　　總體上，智能制造的實(shí)施路徑包括以下四步：

　　? 第一步：從單點(diǎn)數(shù)字化模型表達(dá)，向全局、全生命周期模型化表達(dá)及傳遞體系進(jìn)行轉(zhuǎn)變;

　　? 第二步：從設(shè)計(jì)工藝打通，向系統(tǒng)工程、并行工程、模塊化支撐下的產(chǎn)品及生產(chǎn)全生命周期一體化和價(jià)值鏈廣域協(xié)同模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變;

　　? 第三步：從信息世界模式向信息/物理世界融合下的管理/工程高度融合的模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變;

　　? 第四步：從經(jīng)驗(yàn)決策模式向大數(shù)據(jù)支撐下的智慧化管理模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。