我们离智能制造还有多远？

    第二步 打造集成网络

    工业4.0，企业需要打造三个非常重要的集成网络，即价值网络的水平集成，端到端的数字化集成，企业内部的垂直集成（详见《清华管理评论》2015年第5期“工业4.0变革即至，我们还缺什么”一文）。

    在打造集成网络的过程中，企业的组织集成能力将重于系统的集成，而系统的集成则能进一步强化组织的集成。

    随着互联网化的发展，通过网络强大的信息传递能力，企业能够打造更广泛的组织集成化。如，把用户、一些具有核心技术的供应商纳入进来进行共同开发；当一个新产品的开发涉及到工艺技术的开发、装备技术的开发，还可以把外部的工艺专家、外部的装备供应商纳入到这个开发体系中来，从而构成了一个更具力量的开发团体。

    在位于西雅图的波音公司全球供应链中心，悬挂着整面墙的硕大液晶屏幕，监控着每一架波音787客机从生产到服役的整个过程。意大利阿莱尼亚公司为其提供碳纤维材料机身技术，美国的俄赫拉河马州生产其机翼前缘，中国沈阳飞机工业公司设计和生产舱门和方向舵，英国罗尔斯罗伊斯提供发动机，在日本神户，研发和生产机翼主体。四百多万个零部件，按照统一的标准，按照预定的时间陆续抵达西雅图，来到总装线。网络让波音在40多个国家的研发和生产如同在同一屋顶下进行。网络使得企业组织发生了戏剧性的改变，大规模企业组织崩溃了。企业间的联系更多基于“项目”，而这些项目是由网络组织在支持。

    在工业4.0时代，这种基于网络的组织集成力量将会变得更为强大。将分散在全球各地的力量团结起来，共同完成产品的设计、开发，将变为人们司空见惯的事情。

    工业4.0是一个制造业在系统集成方面不断进化的产物。正如我们知道的那样，1955年就有了CAM（computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造），1959年恩格尔伯格研制出了第一台工业机器人，1963开始出现CAD （Computer Aided Design，计算机辅助设计），上世纪90年代有了ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）和PLM（product lifecycle management，产品生命周期管理），华为实施IPD（Integrated Product Developmen，集成产品开发）流程也已经有十多年的时间。这些属于制造业系统集成的物种一直在不断进化着。

    到了工业4.0时代，系统集成开发的逻辑不但不会被淘汰，还会得到进一步发展。

    第三步 向智能推进

    互联+集成，推动制造业向智能化推进。

    PLM系统是一个融合了互联化和集成化功能，支撑制造业向智能化推进的重要工具，这些年来也一直在不断演进。比如，西门子的PLM系统TeamCenter已经集成了包含CAD、CAE（Computer Aided Engineering，计算机辅助工程）和CAM （Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）的NX（Next Generation，数字化产品开发系统），同时也集成了包含工艺验证、制造仿真和产品展示的TECNOMATIX。同时为了实现更有效的集成，西门子已经把PLM系统与MES系统和自动化控制系统TIA进行了集成。目前，TeamCenter已经实现了云化，一旦云化的系统成熟且安全，将会对制造业的“分散式的协同”带来巨大的促进，大量的中小企业使用该系统的门槛将会大大降低。

    这不是说，企业有了互联+集成的PLM、ERP、MES等系统，就已经实现智能化制造。实现智能化制造的核心，乃是项目及企业组织方式的一种变革。只有组织进行相应的变革，才能实现人、系统、产品和资源之间的互联、集成并由此产生的更高的智能（见图1）。

图1 向智能制造的推进

    互联+集成支撑系统的变化，以及组织向智能制造的变革，可以使企业快速围绕用户需求，去快速、集成地进行产品设计、验证、仿真和虚拟生产。

    第四步 变革生产—研发模式

    未来的工厂将不再会以占地多大、厂房多大、员工多少来表达自己的实力了，工业4.0工厂的实力体现在：把工厂嵌入整个端到端的闭环中，并能实现最顺畅、最高效的信息流动，以及最顺畅、最高效的物料和产品流动。

    工业4.0的工厂要去履行的，是更多的用户差异化和定制化的订单。支撑产品集成开发的系统构建，只是工业4.0工厂基础设施的构建之一。更重要的是，工业4.0的工厂需要思考的是如何在这些基础设施上面，来实现支撑“定制”这一功能。因此，工业4.0的工厂必须向产品开发的源头进行梳理，把目光返回到产品的研发流程，我们需要去构建一个产品设计的标准化和模块化的研发体系。

    标准化和模块化将构成一个通过有限数量的模块组合，产生大量的满足用户差异化需求的能力。这将是在工业4.0时代一个非常核心的能力。

    工业4.0工厂的典型场景就是实现灵活的、高效的个性化定制。有过制造业经验的人都知道，用户的差异需求与卓越的运营会产生相应的冲突。太多的不同产品和型号必然会降低生产效率，传统制造业的高效率一定来自于单一品种的大批量生产。

    工业4.0工厂能够实现灵活、高效的个性化定制生产的秘诀在于，通过有限数量的模块组合，实现大量的差异化产品和型号。

    因此，要实现模块化生产，中国的制造型企业首先要在产品研发模式方面实现变革，围绕用户的个性化与运营需求，形成“集成研发”能力。也只有如此，中国的制造型企业才能够改变目前一直处于制造业微笑曲线底端的局面，向研发和服务两端延伸。

    第五步 智能工厂打通商业闭环

    在产品的研发设计上有了更好的标准化和模块化的条件和能力之后，企业更需要考虑的是，如何将工厂嵌入到整个端到端的闭环中去，真正实现智能工厂。此时，应该更多地用“流程思维”去思考，而不是用“规模思维”去思考问题。

    当商业模式是一种围绕用户价值、用户需求的商业模式时，工厂制造与供应链必须转变成一种按需生产的场景：按需生产的生产线，按需供应的供应流程。并且，他们都应该是柔性、灵活且高效的。

    工业4.0工厂建设的策略和原则也将会发生根本性改变。传统的工厂建设，是根据某一地块去设计建造一个厂房，再在厂房里摆放设备、仓库和办公室。而工业4.0工厂的建设，则是要根据用户的需求先构思一条生产线，再围绕生产线去构思与其配合的物流系统，接着去构思管理这整个系统的信息化系统，最后去构思整个厂房和园区该如何构建。

    此外，在构建上述生产线的时候，企业还需要同时考虑成本问题，即考虑如何尽可能地减少人力、采用更多的自动化技术，去实现这样一个柔性灵活的生产线设计。因此，在构建生产线时，应设计及采用更多的模块化设计，更多柔性、灵活的装备，采用更多的机器人、视觉技术、传感技术、物联网技术等，使得生产线和物流系统既可以替代人力，又具备一定程度的柔性和灵活性。生产线的模块化设计、可移动设计，会给未来工厂的灵活和可重新配置带来更多的可能。精益生产的理念也必须贯穿始终，拉动式的生产、单件流、消除浪费、不为浪费而投资、建立质量理念等，应该是构思未来工厂生产线以及其物流系统的基础思想。对于流程、关键工艺、关键设备都应该具备良好的数据采集能力，以便于和上层的控制系统、数据采集系统甚至制造执行系统有更完美的集成。对于部分核心设备，则应该采用工业大数据的嵌入式系统进行基于CPS的更加智能化的、预防性的诊断和管理。企业还可以利用虚拟设计和仿真的手段对工厂、生产线和物流进行投资前的规划和验证（例如应用材料公司的AutoMod），以实现在小投入下对大规模投入的前期把握和判断。

    以上这些努力，都是为了使得在按需生产的大模式下，整个“生产流”非常的顺畅，同时解决中国制造面对的成本问题，而且也把中国制造一直以来的质量问题同时解决。

    综上可以看出，不论是在C2B的模式驱动之下，还是企业对于自身竞争力的考虑，在研发模式、研发支撑系统、端到端的集成、再到工厂的互联化、集成化和智能化，都是为了实现一个端到端的顺畅的闭环，从而为企业带来更加强大的竞争力。

    从宏观上把握战略、模式和方向，在方法论上的系统性思考，在技术体系上的互联、集成与智能化已经是这个时代的必然趋势，也是中国制造型企业转型升级的必要条件。

    对于企业而言，一个包含了互联网转型、模式转型、端到端的集成，又包含了柔性、灵活和高效的工厂构建的工业4.0，是一个非常庞大、复杂的变革。在这样的变革中，如果没有转型战略的支撑，可能会变成一个“无法完成的任务”。正如我们看到的很多企业，他们在面对必须转型的局面时，并没有形成相应的转型战略，从而任由自己的一艘大船撞向冰山。但是，要实现工业4.0的变革，更重要的还是要去探索一条切实可行的达成战略目标的路径。工业4.0变革路径五步法，可资中国制造企业借鉴。