1.智慧工廠將是制造業(yè)尋找突破的最佳路徑
智慧工廠是在制造業(yè)一系列科學管理實踐的基礎上，以工業(yè)服務網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為基本框架，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(shù)據(jù)、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(xù)的新一代制造業(yè)企業(yè)及其生態(tài)系統(tǒng);與生產(chǎn)計劃、物流、能源和經(jīng)營相關的企業(yè)資源計劃(ERP)、供應鏈管理(SCM)、客戶關系管理(CRM)、質(zhì)量管理體系(QMS)以及與產(chǎn)品設計、技術相關的產(chǎn)品生命周期管理(PLM)與服務網(wǎng)緊緊相連;與制造生產(chǎn)設備和生產(chǎn)線控制、調(diào)度、排產(chǎn)等相關的過程控制與制造執(zhí)行系統(tǒng)(PCS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)功能通過物理信息系統(tǒng)(CPS)實現(xiàn)，與物聯(lián)網(wǎng)緊緊相連。
總之，智慧工廠是打造“制造業(yè)數(shù)字化智能化轉型升級和供應鏈協(xié)同服務產(chǎn)業(yè)集群”的終極目標，以實現(xiàn)：
(1)生產(chǎn)過程橫向集成;(2)生產(chǎn)過程縱向集成;(3)產(chǎn)品全生命周期點對點信息集成。
全球制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)
制造業(yè)面臨的四大挑戰(zhàn)：一是高消耗、高成本，缺乏技術創(chuàng)新。因為這與制造業(yè)的發(fā)展相輔相成。效率是一個決定性因素。以2013年為例，全國一次能源消耗近37.5億噸標準煤，用占世界21.3%的能源消耗量，創(chuàng)造了占世界11.6%的GDP，粗放式的發(fā)展不僅無法形成新的增長點，并且?guī)韲乐睾蠊?mdash;—目前中國化學需氧量、氮氧化物、二氧化硫以及二氧化碳排放量均居世界首位，霧霾、水污染、土壤重金屬超標已成為社會公害;二是產(chǎn)品越來越復雜情況下，交貨期卻越來越短。這也是全球都會面臨的挑戰(zhàn);三是現(xiàn)在小批量、多批次的定制化或半定制化生產(chǎn)的需求越來越多，因此對生產(chǎn)線提出了柔性的要求;四是勞動力的短缺，特別是成熟的或熟練的勞動力短缺。發(fā)達國家，日本的少子化、歐美國家國家的人口老齡化;中國是結構性勞動力短缺。這都是全球人口結構的變化。
智慧工廠可實現(xiàn)生產(chǎn)全過程優(yōu)化"智慧工廠"的主要特征：
(1)采用數(shù)字化網(wǎng)絡化裝備，實現(xiàn)現(xiàn)場級和車間級自動化系統(tǒng)的橫向集成，滿足一定程度的柔性化生產(chǎn)需求;
(2)能夠對全廠資源能源消耗進行監(jiān)測，采用自動化軟件工具對系統(tǒng)能效進行優(yōu)化;
(3)設備和生產(chǎn)線安全得到充分保障，采用預測性維護技術大幅度減少停機維護時間;
(4)主要設備互操作性和關鍵信息一致性得到解決，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和軟件平臺對過程數(shù)據(jù)進行存儲，數(shù)據(jù)得到初步的梳理和分析;
(5)企業(yè)級信息系統(tǒng)ERP和工廠信息控制系統(tǒng)MES系統(tǒng)以及現(xiàn)場設備和生產(chǎn)線的實時過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)縱向集成，信息可以自上而下和自下而上有效流動。
智慧工廠三步打造中國制造業(yè)突圍路徑
如何和轉型與升級?廣證恒生認為，建立基于產(chǎn)業(yè)協(xié)同與設備管理的智慧工廠是無疑是最佳路徑，挖掘產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)大數(shù)據(jù)價值實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，為中國工業(yè)制造業(yè)轉型升級提供增值服務。繼而利用中國工業(yè)體系大而全的勢能優(yōu)勢，帶領中國優(yōu)質(zhì)企業(yè)與產(chǎn)品快速地、深度地參與全球化競爭，倒逼制造業(yè)加快轉型升級。
智慧工廠是工廠自動化向數(shù)字化、信息化、集成化的升級，關鍵的節(jié)點在于高端數(shù)控機床、機器人、3D打印以及工業(yè)軟件的流程化控制：工業(yè)大數(shù)據(jù)和云計算以及通信基礎設施構成的CPS 系統(tǒng)作為基礎框架;工業(yè)軟件PLM、ERP、MES充當大腦，提升生產(chǎn)柔性;SCM拉通物料流通通道，縮短貨期，優(yōu)化庫存和生產(chǎn)節(jié)奏;工業(yè)機器人、自動化生產(chǎn)線、3D打印設備成為戰(zhàn)略一環(huán);高端數(shù)控機床則是4.0落地的踐行者。
1.3.1 “傳感器+機器人+數(shù)控機床”--自動化智慧工廠執(zhí)行層
a. “傳感器”—智慧工廠的根基要想實現(xiàn)設備的智能控制，首要問題就是要使信息在人、機器和環(huán)境三者之間能自由傳遞，讓機器能夠自主感知外界信息。而傳感器正可以解決這些問題。從物聯(lián)網(wǎng)的架構來看，傳感器處于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最底層，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的根基，也是重中之重。傳感器能夠感受和測量特定物體的狀態(tài)變化，并轉化為可傳輸、可處理、可儲存的信號。由于傳感器在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的必要性和重要性，隨著物聯(lián)網(wǎng)市場的發(fā)展，對傳感器的需求也會大幅上升。
b. 機器人+數(shù)控機床—提高各工藝節(jié)點的單點效率工業(yè)機器人對制造業(yè)增長具有顯著驅動力。具體表現(xiàn)為以下幾點：1.新材料技術的應 用和能源使用效率的提高。例如，碳素材料的推廣，需要更先進的機器人。2.全球范圍內(nèi)的競爭 要求，各國須在質(zhì)量和生產(chǎn)率上面脫穎而出。3.為了減少生命周期對產(chǎn)品的影響，提供更多樣化 的產(chǎn)品線，這需要更加靈活可調(diào)整的自動化裝備。 4.機器人作業(yè)質(zhì)量的提高，使他們可以承擔更 多對人類而言繁重、危險、惡劣，甚至是人力無法完成的工作。5.人類消費欲望的增長需要不斷擴展生產(chǎn)能力。6.技術進步提供了進步，使得中小型機器人的使用成為可能。7.產(chǎn)品質(zhì)量的要求更高，需要更加精密的生產(chǎn)者。
數(shù)控機床品類繁多，按加工工藝分可以分為金屬切削類、特種加工類和板材加工類三種。
1.3.2 工業(yè)軟件--信息化智慧工廠管理層
根據(jù)軟件功能的不同，工業(yè)軟件一般可以劃分為編程語言、系統(tǒng)軟件、應用軟件和中間件三個部分。系統(tǒng)軟件提供基本功能，屬通用型產(chǎn)品，一般不針對特定應用領域;應用軟件和中間件則具有明顯的應用導向特征，主要滿足用戶和所行業(yè)領域的實際需求。根據(jù)物理形態(tài)來劃分，工業(yè)軟件可分為嵌入式軟件和非嵌入式軟件。嵌入式軟件指嵌入在控制器、通信、傳感等裝置設備中的軟件，一般負責數(shù)據(jù)采集、控制、通信等與硬件集成非常緊密的功能，非嵌入式軟件是安裝并運行在通用計算機或者工業(yè)控制計算機上軟件。
根據(jù)國內(nèi)外主要工業(yè)軟件的分類，我們將工業(yè)軟件分為研發(fā)設計、經(jīng)營管理、生產(chǎn)控制、協(xié)同集成四個類別。
1.3.3 人工智能--升華軟硬融合下的智慧工廠關鍵節(jié)點
基于云端控制、機器視覺、 C2M 模式、深度學習的柔性靈動生產(chǎn)方式的基礎正是人工智能，這將給制造業(yè)帶來一股升級顛覆的旋風。人工智能是智慧工廠追求的最高層次，信息融合生產(chǎn)系統(tǒng)(CPPS)需要正是感知和促動過程(更敏捷的人機界面、更快速的FMS系統(tǒng))，數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)挖掘技術的成型是人工智能得以發(fā)展的基礎，同時下游的需求旺盛，二者將推動人工智能加速爆發(fā)。
2.智慧工廠大勢所趨，擁抱萬億市場
2.1智慧工廠政策支持
智能制造作為提升中國制造核心競爭力的未來方向，必將上升到國家戰(zhàn)略層面。圍繞智能制造興起的智慧工廠，2015年進入發(fā)展元年，是智能制造的核心。國家和地方也將出臺更多的支持政策，推動產(chǎn)業(yè)快速進步。將從軟件、硬件兩個方向切入：軟件方面。將從產(chǎn)品研發(fā)類、生產(chǎn)管理類、生產(chǎn)控制類、協(xié)同集成類和嵌入式類五個軟件方向加強工程技術、生產(chǎn)制造和供應鏈這三個維度的數(shù)字化;
硬件方面。瞄準智能制造主攻方向，推動兩化深度融合發(fā)展。實施智能制造工程，支持高檔數(shù)控機床與工業(yè)機器人、增材制造、智能傳感與控制、智能檢測與裝配、智能物流與倉儲五大關鍵裝備創(chuàng)新應用。繼續(xù)實施智能制造試點示范行動，確定60個以上新模式試點示范項目。深化“互聯(lián)網(wǎng)+”制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，指導編制互聯(lián)網(wǎng)與制造業(yè)融合發(fā)展路線圖。深入推廣兩化融合管理體系，研制標準體系總體框架和路線圖。提升工業(yè)信息安全保障能力。
極度密集的政策支持工業(yè)進入智慧工廠元年。以廣東省為例，廣東省工業(yè)轉型升級攻堅戰(zhàn)三年行動計劃(2015-2017年)指出工業(yè)技術改造投資總計9430億元，帶動工業(yè)投資34400億元，打造500家企業(yè)成為“兩化”融合貫標試點企業(yè)。
2.2市場空間巨大，增量可持續(xù)
2.2.1著眼全球，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)快速增長
快速的信息化為萬物相連的物聯(lián)網(wǎng)世界奠定了基礎。2011年，僅有100億設備接入到網(wǎng)絡上，2016年260億左右，2025年將達到驚人的800億硬件設備連接到網(wǎng)絡上，實現(xiàn)信息的實時跟蹤和應用。其中一半以上都是工業(yè)設備，工業(yè)設備的物物相連增速迅猛，未來工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將作為非常重要的分支展現(xiàn)出，可預見增速最大的是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，并且增量可持續(xù)。
智慧工廠第一步：執(zhí)行層自動化。隨著自動化解決方案提供商技術和服務的進步，以及下游客戶競爭效應的擴大，智慧工廠的價值空間將不斷增加。僅富士康2015年一年在自動化領域投入的費用就達到200億，2016年預計投入量將達到300億，急劇增速。
智慧工廠第二步：管理層信息化。國產(chǎn)工業(yè)軟件在近幾年借助有利的政策以及日益擴大的國內(nèi)需求，在發(fā)展趨勢上后勁十足，大有后來居上的勢頭，以16.7%的年均復合增長率快速發(fā)展，遠遠大于全球5.5%的平均水平。
智慧工廠第三步：智能化。兩化融合持續(xù)升華，達到智慧工廠第三步智能化。智能化在2015年全球市場為484億，每年19.7%的年均增長率，到2020年將達到1190億的市場規(guī)模。由于人工智能屬于基礎型技術，與機器人和大數(shù)據(jù)聯(lián)系緊密，其水平的提升將帶來多領域的應用擴展，大幅拓寬傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之路，造成未來5-10 年的巨大顛覆性影響，產(chǎn)生10-100 倍的溢出效應，由此打開萬億規(guī)模的市場空間。BBC預測，人工智能市場將繼續(xù)保持高速增長，促進產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的新浪潮。
2.2.2著眼國內(nèi)，成本+個性化定制+產(chǎn)能過剩刺激制造業(yè)升級
a. 成本紅利不再，美國制造成本即將低于中國據(jù)波士頓咨詢公司估計，目前中國制造業(yè)平均成本只比美國低5%，預計2015年將持平，到2018年美國將比中國便宜2-3%。主要基于以下幾個原因：(1)中國的制造業(yè)的低效率抵消本具有優(yōu)勢的相對較低的人工成本;(2)美國科技發(fā)展帶來能源成本低廉;(3)中國物流成本高;(4)中國企業(yè)行政成本較高。
b. 個性化定制需求刺激傳統(tǒng)工廠升級為智慧工廠互聯(lián)網(wǎng)改變了需求一刀切的局面，人與人，人與廠商，可以低成本的實現(xiàn)連接，從而讓每個人的個性需求被放大，人們越來越喜歡個性化的東西。但是個性化的東西需求量沒有那么大，這就需要工業(yè)企業(yè)能夠實現(xiàn)小批量的快速生產(chǎn)。傳統(tǒng)工廠的生產(chǎn)線轉換效率和計劃協(xié)調(diào)能力將毫無疑問無法支撐大規(guī)模的定制化。
c. 產(chǎn)能過剩激化優(yōu)勝劣汰全球性的產(chǎn)能過剩，導致企業(yè)的競爭越來越激烈，以往一款產(chǎn)品賣三十年的做法已經(jīng)不行，效率低了就只能被淘汰。那么，以經(jīng)驗為基礎的傳統(tǒng)工廠將難以維持，第一步需要完成執(zhí)行層的自動化。
從2014-2019年在電子、倉儲物流和醫(yī)藥生物領域的工廠自動化率都保持在每年20%以上的增長，汽車行業(yè)因為最早開始自動化應用，起點較高，保持8%的稍低水平，更多地會考慮信息化的布局，實現(xiàn)在ERP、MES和PLM等信息系統(tǒng)支撐的CPS大框架，這將是更加快速發(fā)展的一步。
3.美國VS中國：中國在差距中快速追趕
美國在金融危機帶來的產(chǎn)業(yè)空心化環(huán)境下，突圍路徑是自上向下延伸，更加注重軟件、網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)等對于工業(yè)領域的服務方式的顛覆，是一個由軟件向設備端滲透的過程。代表公司有GE和谷歌;中國快速追趕，在兩化融合的基礎上，追求軟件+硬件同時發(fā)展。
為實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的宏偉藍圖，美國政府積極推動創(chuàng)新，出臺了一系列法案，著力興建制造業(yè)創(chuàng)新研究中心，希望以高新技術改造傳統(tǒng)制造業(yè)，推動美國經(jīng)濟再次走上可持續(xù)增長之路。
美國的研發(fā)投資量居世界首位，其中的四分之三都投向制造業(yè)。而涉及制造業(yè)升級的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)就是將虛擬網(wǎng)絡與實體連接，形成更具有效率的生產(chǎn)系統(tǒng)。 通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟建立的標準來幫助硬件和軟件開發(fā)商創(chuàng)建與物聯(lián)網(wǎng)完全兼容的產(chǎn)品，最終實現(xiàn)傳感器、網(wǎng)絡、計算機、云計算系統(tǒng)、大型企業(yè)、車輛和數(shù)以百計其他類型的實體得以全面整合，以推動整個工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈效率的全面提升。美國發(fā)展路徑中，更加注重軟件、網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)等對于工業(yè)領域的服務方式的顛覆，在變革路徑上遵循著自上而下，由軟件向設備端滲透的過程。美國智慧工廠的核心競爭力在于信息化層和智能化層的持續(xù)發(fā)力。
3.1美國各行業(yè)工業(yè)自動化率遠高于中國
隨著德國制造業(yè)的快速崛起，美國居安思危，為了鞏固加強自己老大的地位，GE、思科、IBM、AT&T 英特爾等80多家企業(yè)成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，正重新定義制造業(yè)的未來。從工業(yè)3.0到工業(yè)4.0，從傳統(tǒng)工廠轉型到智慧工廠，首先進行的是工廠的自動化改造。從自動化率的角度考慮，2014年，中國工業(yè)自動化率只有24%，美國的智慧工廠發(fā)展程度要遙遙領先于中國企業(yè);從行業(yè)角度看，美國各行業(yè)差異雖然也比較大，但是整體的自動化率都很高，汽車、倉儲物流和焊接領域甚至都達到了70%以上。
由于人工工資快速上升、發(fā)生故障將導致全線停產(chǎn)、產(chǎn)品更新?lián)Q代導致的貨期驟短、工人情緒化、重復性工作、怠工等因素的影響下，在3C電子制造領域，近幾年自動化和信息化實現(xiàn)了最快速的增長。體現(xiàn)了智慧工廠在制造業(yè)的強烈需求。
3.2美國各行業(yè)工業(yè)信息化率遠高于中國
據(jù)美國《軟件雜志》的統(tǒng)計，全球工業(yè)軟件500強幾乎集中在美國，國內(nèi)廠商只在中低端市場具有較高占有率，而在生產(chǎn)管理、生產(chǎn)控制及工業(yè)嵌入式軟件等方面，只有個別優(yōu)秀企業(yè)能與國外巨頭競爭。
在各行業(yè)自動化信息化和標桿美國之間具有巨大的差距，人工智能的差距也是顯而易見，中國要想達成《中國制造2025》的目標，進入世界制造強國前列，那么必須從自動化、信息化和人工智能三個核心層完成突破，向制造強國靠攏，向優(yōu)質(zhì)的企業(yè)學習。
GE：推出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者軟件云平臺
作為世界最大的多元工業(yè)集團，GE2012年提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，與美國政府的戰(zhàn)略舉措相呼應。GE努力推動物理世界和數(shù)字世界的融合，以機器和軟件無縫協(xié)作引領工業(yè)的變革。我們推出的全球第一個工業(yè)級平臺，從而讓開發(fā)者創(chuàng)造出更多應用，為GE和客戶實現(xiàn)更高價值和卓越成果。GE將通過GE商店(GE Store)廣泛分享在各項業(yè)務中的科技以及軟件能力，同時推出推出智慧工廠，為制造業(yè)提供GE的數(shù)字化生產(chǎn)解決方案。到2020年GE軟件與解決方案業(yè)務收入將超過150億美元。
從GE智慧工廠三步走的策略來看，其核心在于對生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的分析和使用，那么隨著互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)在美國制造業(yè)的興起，那么面向未來的基于軟件的人才和資源的積累和儲備將是GE未來持續(xù)變革的方向。GE公司董事長兼首席執(zhí)行官杰夫·伊梅爾特看來，工業(yè)企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的劃分已經(jīng)是過去時了。未來，每一家工業(yè)企業(yè)也需要是一家軟件分析企業(yè)，而他正領導著GE從工業(yè)企業(yè)向一家具備軟件分析能力的工業(yè)公司轉型。
谷歌：在人工智能的路上停不下來
從公司的全球分布來看，人工智能的主戰(zhàn)場主要集中在美國。近年來，谷歌、Facebook、微軟等全球主要的科技巨頭在人工智能領域動作頻頻。
人工智能溢出效應惠及萬億藍海。人工智能屬于基礎型技術，智能水平的提升將帶來多領域的應用擴展，目前來看，智慧工廠、智慧金融、娛樂教育和智能家居等將是人工智能具有強大爆發(fā)潛力的領域，與目前我國產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和智能升級的方向高度重合，因此將帶來未來5-10年的顛覆性影響，產(chǎn)生10-100倍的溢出效應。
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