中國(guó)智能制造企業(yè)智能化路徑及發(fā)展趨勢(shì)分析[圖]

    “智能制造”這一概念最早由美國(guó)學(xué)者P.K.Wright和D.A.Bourne在其著作《ManufacturingIntelligence》中出現(xiàn)，他們將智能制造定義為機(jī)器人應(yīng)用制造軟件系統(tǒng)技術(shù)、集成系統(tǒng)工程以及機(jī)器人視覺等技術(shù)，實(shí)行批量生產(chǎn)的系統(tǒng)性過程。工信部出臺(tái)的《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》中，將智能制造定義為基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

    智能制造是通過新一代信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、工業(yè)軟件及現(xiàn)代管理思想在制造企業(yè)全領(lǐng)域、全流程的系統(tǒng)應(yīng)用而產(chǎn)生的一種全新的生產(chǎn)方式。智能制造的應(yīng)用能夠使制造業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化、管理智能化、服務(wù)智能化與產(chǎn)品智能化。

    中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已由高速增長(zhǎng)階段逐步轉(zhuǎn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，政府更加關(guān)注于優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長(zhǎng)動(dòng)力。制造業(yè)是供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的主要領(lǐng)域，盡管制造業(yè)增加值在全國(guó)GDP總量中的比重呈下降態(tài)勢(shì)，但以制造業(yè)為代表的實(shí)體經(jīng)濟(jì)才是中國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的核心支撐力量。提高質(zhì)量效益、轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式是中國(guó)制造業(yè)必須要解決的問題，而發(fā)展智能制造正是中國(guó)制造由大到強(qiáng)的必由之路。

    智能制造是一種可以讓企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等方面變得更加“聰明”的方法，我們可以把制造智能化理解為企業(yè)在引入數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等生產(chǎn)設(shè)備并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，再搭建一套精密的“神經(jīng)系統(tǒng)”。智能“神經(jīng)系統(tǒng)”以ERP、MES等管理軟件組成中樞神經(jīng)，以傳感器、嵌入式芯片、RFID標(biāo)簽、條碼等組件為神經(jīng)元，以PLC為鏈接控制神經(jīng)元的突觸，以現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)、NB-IoT等通信技術(shù)為神經(jīng)纖維。企業(yè)能夠借助完善的“神經(jīng)系統(tǒng)”感知環(huán)境、獲取信息、傳遞指令，以此實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策、智能設(shè)計(jì)、合理排產(chǎn)，提升設(shè)備使用率，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)行，讓自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備如臂使指。

2017-2022年中國(guó)智能制造行業(yè)規(guī)模及預(yù)測(cè)

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    數(shù)字化設(shè)計(jì)是智能制造系統(tǒng)的源頭，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化道路上必須要突破的關(guān)鍵點(diǎn)。制造業(yè)中的設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化、樣品制造、檢測(cè)檢驗(yàn)等一系列過程。傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)流程是以模塊分立形式，按照順序完成開發(fā)，產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)且質(zhì)量得不到保證。而數(shù)字化設(shè)計(jì)借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件、三維設(shè)計(jì)與建模工具等技術(shù)能夠賦予企業(yè)將研發(fā)過程全面數(shù)字化、模型化，實(shí)現(xiàn)研發(fā)設(shè)計(jì)流程的高度集成、協(xié)同與融合，大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和開發(fā)費(fèi)用。目前CAX類軟件在國(guó)內(nèi)制造業(yè)企業(yè)中已有一定程度應(yīng)用基礎(chǔ)，但從發(fā)展趨勢(shì)及與智能制造系統(tǒng)的契合程度來看，第三代產(chǎn)品設(shè)計(jì)語言MBD技術(shù)將成為數(shù)字化設(shè)計(jì)的主武器，MBD的應(yīng)用將打通數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化制造，使三維模型成為制造的唯一數(shù)據(jù)源，讓產(chǎn)品模型在整個(gè)生命周期得到充分利用。

數(shù)字化設(shè)計(jì)的五維評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

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    智能制造單元是針對(duì)離散加工現(xiàn)場(chǎng)，將一組能力相近的加工設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行模塊化、集成化、一體化的聚合，使其具備多品種少批量產(chǎn)品的生產(chǎn)輸出能力。對(duì)于離散制造領(lǐng)域的中小型企業(yè)來說，打造智能制造單元是開啟智能化道路行之有效的切入點(diǎn)，其最大的作用在于提升設(shè)備開動(dòng)率，加快生產(chǎn)節(jié)奏，“簡(jiǎn)單粗暴”的通過增加產(chǎn)出來提升企業(yè)收益。

    奇步自動(dòng)化控制設(shè)備有限公司推出的“智造單元”是智能制造單元的成熟范式之一。“智造單元”是一種模塊化的小型數(shù)字化工廠實(shí)踐，整個(gè)單元由自動(dòng)化模塊、信息化模塊和智能化模塊三部分組成，以“最小的數(shù)字化工廠”實(shí)現(xiàn)企業(yè)在多品種小批量乃至單件自動(dòng)化的生產(chǎn)智能化。

智能制造單元的五維評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

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    生產(chǎn)全過程數(shù)字化是將“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)層面的數(shù)據(jù)連接、融合并形成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)，通過對(duì)生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析、決策，優(yōu)化資源動(dòng)態(tài)配置，提升產(chǎn)品質(zhì)量管控。生產(chǎn)全過程數(shù)字化需要企業(yè)在人員配備、自動(dòng)化設(shè)備、設(shè)備連接、環(huán)境感知等各方面具備良好的基礎(chǔ)，即前文中提到的智能“神經(jīng)系統(tǒng)”包含的要素必須齊全。在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)全過程數(shù)字化的重點(diǎn)工作是打通各種數(shù)據(jù)流，包括從生產(chǎn)計(jì)劃到生產(chǎn)執(zhí)行的數(shù)據(jù)流、MES與控制設(shè)備和監(jiān)視設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流。有條件的企業(yè)可以自主研發(fā)或委托開發(fā)生產(chǎn)數(shù)字化集成平臺(tái)，將不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設(shè)備、軟件和人員無縫地集成為一個(gè)協(xié)同工作的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作。

生產(chǎn)全過程數(shù)字化的五維評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

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    物流倉(cāng)儲(chǔ)是制造業(yè)中極為重要的一環(huán)，如果說通信網(wǎng)絡(luò)是智能制造系統(tǒng)的神經(jīng)纖維，那么物流倉(cāng)儲(chǔ)則可視為智能制造系統(tǒng)的血管。智能物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠使原材料、輔助物料、在制品、制成品等物理對(duì)象在各個(gè)生產(chǎn)工序間順暢流轉(zhuǎn)，并通過提升倉(cāng)庫(kù)貨位利用效率、提高倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)的靈活性與準(zhǔn)確性、合理控制庫(kù)存總量、降低物流倉(cāng)儲(chǔ)人員需求數(shù)量等方式大幅壓縮物流倉(cāng)儲(chǔ)成本。

    智能物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)盡管不直接參與產(chǎn)品的生產(chǎn)，但作為整個(gè)智能制造系統(tǒng)中的重要子系統(tǒng)，其組成架構(gòu)也與之類似，分為設(shè)備層、操作層、企業(yè)層，設(shè)備層包括倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備、物流設(shè)備、識(shí)別設(shè)備；操作層由WMS、WCS、TMS等軟件構(gòu)成；企業(yè)層則對(duì)接ERP、CRM、SCM等管理軟件的采購(gòu)、計(jì)劃、庫(kù)存、發(fā)貨等模塊，融入總系統(tǒng)的閉環(huán)中。

    銷售是所有企業(yè)的核心業(yè)務(wù)之一，智能制造系統(tǒng)中的銷售智能化除了應(yīng)用CRM等軟件管理銷售業(yè)務(wù)外，更為重要的是在訂單獲取層面發(fā)揮作用。在當(dāng)前個(gè)性化需求日益旺盛的環(huán)境下，企業(yè)通過建立定制平臺(tái)，能夠?qū)⒂脩籼崆耙氲疆a(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中，通過差異化的定制參數(shù)、柔性化的生產(chǎn)，使個(gè)性化需求得到快速實(shí)現(xiàn)，以此提升品牌價(jià)值，增加用戶粘性。與之相匹配的，企業(yè)應(yīng)將定制平臺(tái)與智能制造系統(tǒng)中的研發(fā)設(shè)計(jì)、計(jì)劃排產(chǎn)、制造執(zhí)行等模塊實(shí)現(xiàn)協(xié)同與集成，實(shí)現(xiàn)從線上用戶定制方案，到線下柔性化生產(chǎn)的全定制過程；在企業(yè)后臺(tái)建立個(gè)性化產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)用戶的個(gè)性化需求特征進(jìn)行挖掘和分析，并反饋到研發(fā)設(shè)計(jì)部門，優(yōu)化產(chǎn)品及工藝，基于用戶需求新趨勢(shì)開展研發(fā)活動(dòng)。

大規(guī)模定制平臺(tái)的五維評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

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    智能制造視角下的產(chǎn)品服務(wù)是借助云服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘和智能分析等技術(shù)，捕捉、分析產(chǎn)品信息，更加主動(dòng)、精準(zhǔn)、高效的給用戶提供服務(wù)，推動(dòng)企業(yè)價(jià)值鏈向后延伸。遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)即是典型的制造企業(yè)智能化服務(wù)模式，企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)生產(chǎn)并已投入使用的智能產(chǎn)品的設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)操作、環(huán)境情況等維度的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、篩選、分析、儲(chǔ)存和管理，基于上述數(shù)據(jù)的分析結(jié)果為用戶提供產(chǎn)品的日常運(yùn)行維護(hù)、預(yù)測(cè)性維護(hù)、故障預(yù)警、診斷與修復(fù)、運(yùn)行優(yōu)化、遠(yuǎn)程升級(jí)等服務(wù)。遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)可以有效降低設(shè)備故障率，提升設(shè)備使用率與使用壽命，既能減輕制造商的負(fù)擔(dān)，又能顯著提升產(chǎn)品價(jià)值。遠(yuǎn)程運(yùn)維對(duì)于企業(yè)產(chǎn)品的智能化程度要求較高，產(chǎn)品必須配備開放的數(shù)據(jù)接口，具備數(shù)據(jù)采集、通信模塊；企業(yè)還需建立遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)前端平臺(tái)與后端數(shù)據(jù)中心，采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)并基于大數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，向用戶提供增值服務(wù)。

產(chǎn)品遠(yuǎn)程運(yùn)維的五維評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

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    智能制造系統(tǒng)中涉及大量的數(shù)控加工中心、工業(yè)機(jī)器人、嵌入式芯片等各種高端制造裝備和核心零部件以及ERP、MES、CAD等各種工業(yè)軟件，而上述裝備、零部件以及工業(yè)軟件的核心技術(shù)在國(guó)外，國(guó)內(nèi)制造企業(yè)只能大量進(jìn)口。目前，中國(guó)近90%的芯片、70%的工業(yè)機(jī)器人、80%的高檔數(shù)控機(jī)床和80%以上的核心工業(yè)軟件依賴進(jìn)口。這造成國(guó)內(nèi)制造業(yè)企業(yè)智能化改造成本居高不下，嚴(yán)重制約中國(guó)智能制造的整體進(jìn)展。

    根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)已經(jīng)連續(xù)六年成為工業(yè)機(jī)器人第一消費(fèi)大國(guó)，2017年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到了13.8萬臺(tái)，全球占比達(dá)到36%。而其中僅有3.5萬臺(tái)是由國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人制造商生產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)率僅為25.1%，比2016年的31%還下降了近6個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，中國(guó)制造業(yè)企業(yè)在提升自動(dòng)化水平時(shí)優(yōu)先選取的是選購(gòu)國(guó)外品牌的工業(yè)機(jī)器人，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人盡管發(fā)展較快，但短時(shí)間內(nèi)難以滿足智能制造的需求。

2013-2017年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量及國(guó)產(chǎn)率

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    制造業(yè)企業(yè)智能化的動(dòng)力本源是響應(yīng)市場(chǎng)需求，這點(diǎn)在消費(fèi)品制造領(lǐng)域尤為明顯，乘用車、家電、3C、服裝、醫(yī)藥、食品等直接面向消費(fèi)者的制造業(yè)企業(yè)搭建智能制造系統(tǒng)的主要目的即是實(shí)現(xiàn)高度柔性生產(chǎn)，快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、定制化需求。

    快速變化的市場(chǎng)需求從消費(fèi)端沿著產(chǎn)業(yè)鏈不斷向上傳導(dǎo)，下游企業(yè)生產(chǎn)方式的顛覆與創(chuàng)新迫使上游供應(yīng)商融入智能化浪潮，智能制造倒逼機(jī)制就此形成。在這種倒逼機(jī)制的作用下，產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)要主動(dòng)適應(yīng)變化，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，基于供應(yīng)商先期介入思維，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造確立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，否則將面臨被市場(chǎng)淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。

    5G一旦實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，將成為支撐智能制造轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵使能技術(shù)，5G將分布廣泛、零散的人、機(jī)器和設(shè)備全部連接起來，構(gòu)建統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，幫助制造企業(yè)擺脫以往無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較為混亂的應(yīng)用狀態(tài)，推動(dòng)制造企業(yè)邁向“萬物互聯(lián)、萬物可控”的智能制造成熟階段。

    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國(guó)智能制造市場(chǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)及戰(zhàn)略咨詢研究報(bào)告》