通向智能制造的转型之路
作者: admin 点击次数: 添加时间: 2019-04-30
随着物联网、5G、人工智能、云计算等技术的“核聚变”式爆发，各主要工业国围绕智能制造所制定的“再工业化”战略也甚嚣尘上。我国在2019 年的政府工作报告中首次提出了“智能+”的概念，将智能制造确定为了国家经济发展新动能的重要发展方向。
本报告从智能制造崛起的背景出发，通过探讨消费互联网带动产业智能化升级这一中国特色的智能化路径，归纳总结出了“数据+ 算力+ 算法”这一实现智能制造的核心技术体系，并深入阐述了该体系赋能重构的制造业生产体系各个环节。在大量案头研究和访谈的基础上，报告通过淘工厂、恒逸石化、中信云等企业的六个案例分析，首次提出了企业实现智能制造的四条独特路径。
报告还从社会和企业发展的角度审视了智能制造的意义。就社会而言，“数据+ 算力+ 算法”引领的智能制造，带来了工具革命，也带来了决策的革命。工具革命以自动化的方式让工作效率大幅提高，决策革命则以智能化提高了决策科学性、精准化。就企业而言，只有尽早确定以价值为导向的智能化升级战略，才能在工业4.0的浪潮中立于不败之地。
第一章:智能制造崛起新消费时代的来临倒逼制造业变革
国际市场调研公司欧睿国际发布的《2019 年全球十大消费趋势》中将个性和定制总结为未来消费发展的重要关键词，而这两大趋势在中国消费市场的发展中更是被演绎的淋漓尽致。
过去十年间，中国已经成长为了名副其实的消费型社会。一方面，城镇化进程的加速和居民可支配收入的提高催生出我国巨大的消费市场。另一方面，消费已经成为驱动中国经济发展的首要动能，2018 年对经济增长的贡献率达到76.2%，成为经济增长的“压舱石”。
近年来，移动互联网在全社会迅速渗透和普及，数字化技术被广泛应用于消费产业链的各个环节，推动了新消费时代的到来。这一时代的主要特征是在数字化支撑下的个性化升级，这一时期的特征是:以消费者为核心，以满足消费者需求为目的，通过消费者需求逆向推动商品生产和服务提供。在此背景下，消费结构、消费需求、消费渠道和消费理念都发生了深刻变化:
• 在消费结构上，升级趋势明显，侧重于发展和享受型消费，用户的个人体验变得更为重要;
• 在消费需求上，个性化、品质化的用户需求尤为突出; • 在消费渠道上，注重线上线下联动的经营模式;
• 在消费理念上，向绿色健康、便捷高效等方向转变。
消费的升级带来了消费的分级，催生出不同的消费阶层和群体。例如，一二线城市消费继续看好高品质、重体验，而之前被主流平台边缘化的小城镇青年消费需求逐渐走上舞台，所形成的长尾效应开始受到关注。
新消费时代下个性化定制的消费观已经越来越普遍，消费品产业链条中生产者和消费者间的关系正在被重塑，对供给端的生产效率、产品质量、敏捷反应等提出了更高的要求，制造产业的智能升级迫在眉睫。
智能技术群“核聚变”驱动制造业智能升级
过去十多年来物联网、5G、人工智能、数字孪生等科技的爆发性发展带来了算力和算法的巨大进步，传统制造业的数字化发展又带来了海量的数据。三者的日益融合逐渐形成了以“数据+ 算力+ 算法”为核心的智能制造技术体系。
• 数据是基础，也是智能经济的核心生产资料，在产业链各环节产生的大量数据是驱动智能制造提高精准度的核心;
• 有了海量数据，就需要强有力的算力进行处理，而以云计算、边缘计算为代表的计算技术，为高效、准确地分析大量数据提供了有力支撑;
• 但是，仅有了数据和算力依然不够，没有先进的算法也很难发挥出数据真正的价值。以人工智能、机理模型等为代表的算法技术帮助智能制造发现规律并提供智能决策支持;
• 与此同时，以5G、TSN 为代表的现代通讯网络凭借其高速度、广覆盖、低时延等特点起到了关键的连接作用。它将三大要素紧密地连接起来，让它们协同作业，发挥出巨大的价值。
智能制造的系统闭环
由核心技术集群使能的“数据+ 算法+ 算力”模式使得制造领域中的数字世界、物理世界以及人三者间产生了融合，其中数字世界是指工业软件和管理软件、工业设计、互联网和移动互联网等;物理世界是指能源、工作环境、工厂以及机器设备、原料与产品等。
在传统制造业中，人类直接面对物理世界。现代数字科技的发展形成了数字世界，形成了与人类和物理世界互相对应的第三极。在这个新的系统中，不仅是人和物理世界互动，数字世界也同时和人以及物理世界相互影响、相互作用。
来自物理世界的模型、知识通过代码、软件等被数字化，成为数字世界的基础。同时，来自人的信息、决策等(如在网络上浏览的信息、购物历史、偏好等等)也被转化为数据，丰富了数字世界的内涵。在此基础上，数字世界通过算法、算力的支持，反作用到人和物理世界:为人提供更智能的决策支持，使人的生活更加方便、更加高效，同时数字世界甚至将直接作用于物理世界，极大地改变现有的生产、生活模式，例如无人驾驶就将是这一趋势的生动代表。
各国大力推动智能制造发展，抢占创新高地
智能制造的概念脱胎于德国提出的“工业4.0”战略。“工业4.0”一词首次出现于2012 年3 月发布的《德国2020 高技术战略》行动计划，并于2013 年在汉诺威工业博览会上提出了“ 工业4.0 ”战略。之所以被称为工业4.0，主要相对于前三次工业革命而言:工业1.0 指的是18 世纪开始的第一次工业革命，实现了由蒸汽动力驱动的机械生产代替手工劳动; 第二次工业革命始于20 世纪初，依靠由电赋能的生产线实现批量生产; 工业3.0 指的是20 世纪70 年代后，依靠电子系统和信息技术实现生产自动化。与工业3.0 相比，“工业4.0”的主要特征是大规模定制。由于产品的大批量生产已经不能满足客户个性化定制的需求，要想使单件小批量生产能够达到大批量生产同样的效率和成本，需要构建可以生产高精密、高质量、个性化智能产品的智能工厂。在这一全新的模式中，行业的界限将被打破，产业链的分工将被重组。
德国工业4.0 概念中智能制造核心内容可以总结为:建设一个网络(信息物理系统)，研究两大主题(智能工厂、智能生产)，实现三大集成(纵向集成、横向集成、端到端集成)，推进三大转变(生产由集中向分散转变、产品由趋同向个性转变、用户由部分参与向全程参与转变)。
与德国“工业4.0”侧重工业制造不同，美国提出的“工业互联网”将重点放在了工业服务上。工业互联网的主要含义是将现实世界中的机器、设备和网络在更深层次与信息世界的大数据和分析连接在一起，带动工业革命和网络革命的转变。其核心是利用信息技术来重塑工业格局，激活传统制造业。在此基础上，美国清洁能源智能制造创新研究院(Clean Energy Smart Manufacturing Innovation Institute, CESMII) 将智能制造总结为先进传感、仪器、监测、控制和过程优化的技术和实践的组合，将信息和通信技术与制造环境融合在一起，实现工厂和企业中能量、生产率、成本的实时管理。
在中国工业和信息化部公布的2015 年智能制造试点示范专项行动8 中，中国将智能制造定义为基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式。其具有以智能工厂为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑等特征。智能制造可以帮助缩短产品研制周期、降低资源能源消耗、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量。2019 年的政府工作报告中首次提出了“智能+”的概念，将“打造工业互联网，拓展‘智能+’，为制造业转型升级赋能”确定为了国家以创新培育经济发展新动能的重要发展方向。
尽管各国对智能制造的表述各不相同，但核心均为构建人、物理世界和数字世界间的闭环系统。通过三者间的融合，从而实现对现有的制造业的提升，包括缩短开发周期、降低成本、提升效率等;推动发展出包括柔性制造、绿色制造等在内的全新制造模式;加快产业智能化发展，加速市场普及应用，从而形成新的经济增长点。
第二章:智能制造重构生产体系
智能制造体系概述
工业革命以来，工业生产一直不变的追求都是:制造的高效率、高质量、低成本、高满意度。但随着温饱需求解决之后，个性化消费需求的不断上升，传统的“大流水+ 大品牌+ 大分销”的体系，已经越来越难以维系。从上世纪90 年代开始，很多先行者如DELL、ZARA 等，都开始借助IT 技术，不断探索大规模定制的路径，并取得了相当可观的成效。
数字经济时代、智能时代的到来，为这一难题提供了新的可能性。也即在高度数字化的环境下，基于大量的数据，基于算法演进和云计算等所提供的算力，努力探索让正确的数据、在正确的时间、以正确的方式传递给正确的人和机器，从而以数据的自动流动，化解生产制造企业所面临的市场的高度不确定性。
时至今日，21 世纪已走过近20 年。在此期间，云计算、物联网、移动互联网、人工智能、大数据等新技术、新基础设施，已经开始广泛地“安装”到了个人、企业等的运行之中，这一技术群落所拥有的“社会- 经济”潜力，在制造业里也开始逐步显现出来。基于深度调研和系统研究，我们认为，智能制造的初步体系，在2020 年前后将逐渐显现出它的“大模样”，主要特征可以概括为:数据驱动、软件定义、平台支撑、服务增值、智能主导。
具体到微观企业实践中，从产业链的视角来看，传统制造业向智能制造业的转型升级，已经在很多行业、企业开始迸发和成长。
在智能制造业的体系下，虽然五个环节设置仍与传统体系趋同，但其中的每个环节都显现出了与传统制造体系的差异，主要表现为:智能技术和大数据驱动;消费者的全流程参与;供应链体系向协同网的转变等。以下我们从不同环节来观察一下仍在进行中的转型升级之路。
需求发现:从间接到直接
盘活消费者资产
工业大生产提供了源源不绝的丰富商品，到上世纪70 年代，发达国家几乎所有的行业都出现了供过于求的局面，卖方市场逐渐转为买方市场，个性化消费的浪潮也开始出现。这种个性化消费的浪潮，近年来在基本解决了温饱问题的中国也已经开始出现。
但如何以一家企业有限的产能，去满足海量消费者快速多变的个性化需求，对传统企业来说是一个巨大的挑战。比如，传统企业对消费者的洞察，往往来自市场调查——在很多情况下，这一方式持续时间长且样本量有限;或是来自门店或经销商的层层上报——这同样是一种洞察消费者的间接方式。互联网、大数据和智能化，则为消费者参与到制造业的各个环节，提供了越来越多的可能性。
在互联网上，在智能化时代，随着“数据+ 算法= 服务”这一逻辑的持续演绎，越来越多的个性化需求，正在被进一步地识别、激发出来。越来越多的消费者，都已经开始主动地参与到研发设计环节——如服装的在线定制，新闻的阅读定制等。
个性化消费需求的涌现在服装行业表现的尤为明显。以这一行业为例，我们可以发现，消费者的个性化，充分体现在了从研发设计到生产制造的各个环节。其实现方式包括:模块化定制(如衬衫)、由消费者为款式打分并决定是否生产等。从定制化的程度来看，则包括:号型定制、款式设计定制、面料定制等。从生产本身来看，AI 对服装消费数据的挖掘，智能化设备在车间的应用，生产数据的上云，生产数据与零售数据的对接，都是该行业内已经在进行的商业实践。
研发环节:从串行到并行
从信息化、数字化到智能化，企业的研发流程，正在由“串行模式”向“并行模式” 加速演化，从而大大缩短了研发周期。
工业革命以来，企业产品的研发模式，基本上是一种串行工程，也即企业把产品开发过程，拆分成需求分析、结构设计、工艺设计等诸多环节。按照一个一个环节顺序进行的逻辑，研发活动在不同部门、不同人员、不同项目以及设备资源等之间顺序推进。这一研发流程，突出问题是效率低、成本高、周期长。
但集成电路产业的发展，却提供了另外一种可能性。尽管该领域产品的复杂度越来越高，但研发周期、投入等却一直几乎保持了一个固定值。美国国防高级研究计划局AVM 指出，从1960 年至今航空航天系研发成本投入复合增长率为8-12%; 汽车系研发成本投入增长率4%; 集成电路芯片的研发成本复合增长率则几乎为0。这是因为，集成电路产品对环境和精度的要求非常高，这使得它的设计、测试等工艺，一直都在数字空间完成，正是这一点，大大提高了研发的效率。1988 年美国国家防御分析研究所提出并行工程的概念，其含义正是:随着计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)、计算机辅助工程(Computer Aided Engineering, CAM)、计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning, CAPP) 等研发工具的大量使用，高度集成的数字化模型以及研发工艺仿真体系终于能够实现，传统上相互独立、顺序进行的研发工作在时空上也终于实现了交叉、重组和优化，一些原本下游的开发工作，也提前到了上游进行，跨区域、跨企业、跨行业的研发设计资源被有效整合，研发流程也在整体上实现了从串行向并行的演进。
如，洛克希德·马丁公司在联合攻击战斗机(JSF)项目研制中，基于网络化协同研发平台，最终实现了30 个国家、50 家公司设计人员的协同设计，正是这种并行协同，使得研制周期缩短了50%，研发成本降低了50%。在我国的中航工业，也构建了跨地域、跨企业的数字化并行协同研制平台。通过设计与制造的关联设计和并行协同，冲破了专业、部门和厂所之间的壁垒，从而使得产品设计、工艺和工装设计实现了并行开展，提前解决各类协调问题，大量减少了返工。在中航工业沈阳所，通过基于数字化并行工程的飞机研制管理模式的创新，发展建立起了产品成熟度分级控制机制，也实现了数字样机对传统实物样机的替代。
到了今天，随着数据采集技术和设备的进一步普及，以及基于互联网、云计算的高效协同平台，并行逻辑将在更多的领域得以实现。
采购环节:自动化、低库存化、社会化
过去的IT 时代，在信息技术的支撑下，伴随现代零售业和物流业的发展，发达国家的大中型企业普遍建立起了自己的现代供应链体系。典型如沃尔玛与宝洁，这两家企业建立起信息系统的连接之后，营运状况都得到了很大改观。沃尔玛一旦发现宝洁某一产品存量不足，就会自动通知宝洁供货。甚至于每当顾客购买宝洁产品，沃尔玛的系统就会将信息传到宝洁，而宝洁也就可以按照这些信息来安排生产。从生产线到货架，一切都如流水般通畅无碍。
但这种高效协同，有着其自身的鲜明特点。从主体来看，它是大企业主导的供应链，中小企业只能被动加入。从成本来看，它也是大企业才能用得起、用得上、用得好的信息系统。从运行过程来看，它也是相对刚性的、固化的供应链，而不是柔性化的，能够灵活满足消费者个性化需求的协同网。
智能商业下的采购环节，将呈现以下几个特征:
第一，低库存乃至零库存。传统模式下，由于信息在供应链上各主体之间传递速度慢，信息共享不及时，使得供应链的牛鞭效应难以避免，来自零售端的无序信号，在供应链各个环节之间进一步地层层扭曲，最终使得成品库存难以避免，大量积压。而随着AI 对客户需求挖掘的日益精确化，企业可以更精准地预测和把握某个时间、某个空间上的消费需求，从而更有计划地安排采购和生产，这将使得各个企业的成品库存水平进一步下降。
第二，社会化协同。传统的供应链体系，是一个相对封闭、固化、稳定、范围狭小的体系。而在大数据和智能化的环境下，数据将驱动更多的企业，由原有相对稳定的供应链体系，走向一种更大范围、更灵活、更多向、更社会化的协同体系。
第三，智能化、自动化。随着AI 应用的不断深化，未来的采购领域，将可能呈现出这样一种场景:一些相对日常化和高频化的采购，将会被AI 系统大规模地代替。借助于算法推荐，采购决策将变得更加快速高效。比如，过去寻找供应商的途径，主要来自于行业会议、大型展览、朋友圈介绍等。后来的搜索引擎(如百度)、电商平台(如阿里巴巴)、社交网络(如腾讯)等，在一定程度上也成为了企业寻找部分供应商的渠道。而未来的AI 机器人，借助算法和数据，则可以帮助企业更准确、更高效地寻找到潜在匹配度更高的供应商。
生产环节:“车间”里的革命
从生产环节来看，未来的“车间”将呈现出多方面的巨大变化，仅从设备、效率、组织三个方面来看:
第一，生产设备的智能化。工业时代的制造业，基础是机械设备和电动零件，但今天的、未来的制造业，却已经成为了包括了芯片、传感器、网络设备等硬件，以及数据库、生产管理软件等在内的复杂系统。设备的数字化、智能化，连接的即时化，都已经在越来越多的行业和企业成为了现实。仅以机器人为例，类似机器人等智能化设备，进入工厂车间的过程早已开始。而今机器人的应用场景也在越来越广泛化。在萧山，菜鸟与圆通速递联合启用“超级机器人分拨中心”，其中有350 个“小蓝人”带着包裹自动运行。2000 平方米的场地内，350 台机器人昼夜不停，每天分拣的包裹可以超过50 万件。另据美国先进自动化协会的研究报告9，2018 年全美公司采购的机器人数量达到了35880 台，同比增长7%。过去汽车业是机器人需求量较大的行业，而2018 年16702 个机器人流向了非汽车公司，同比增长了41%。
第二，数据和算法驱动生产效率持续优化。这类尝试，已经在很多场景中展开。据国家能源局数据，2017 年全国弃风电量419 亿千瓦时，同比减少8 亿千瓦时，弃风率为12% 左右10，而影响风电弃风漏风量的重要因素之一是风电功率预测准确性。为此，国电及一些大型风力发电企业纷纷加速构建工业互联网平台，通过采集风机设备运行、厂站管理、全球气象等各类数据，基于平台上沉淀的多种类型的功率预测模型、设备维护模型，实现对风电设备发电功率的精准预测、性能提升，较传统功率预测实际提高5.2 个百分点。这一业务模式清晰地诠释了工业互联网平台的本质:数据+ 模型= 服务。
第三，生产组织方式的灵活化。工业时代的制造业，基本上可以概括为:全球采购+ 集中生产+ 全球分销。这种高度一体化、集中化的制造业体系，到今天开始受到一种更灵活的组织方式的冲击。互联网、大数据、云计算能够让跨地区的协同更加高效，如淘工厂平台。此外，3D 打印等生产方式的不断演化，则有助于本地生产、本地消费这一形态的出现。
营销和售后:无所不在的智能化
营销和售后环节，是离消费者最近的环节，也是数字化、智能化程度最高的环节。过去的消费者，对于企业来说是一个陌生的黑箱，即使拥有“会员体系”的企业，也难以实现与消费者的实时互动，难以与消费者共创价值。而在智能化、数字化的环境下，随着消费者数据的不断沉淀，消费者的概念，也正在由“客户”变成“用户”，并进一步地变成“产消合一”视角下的“价值共创者”。在企业与消费者的实时、持续互动中，智能化也已经越来越无所不在了。
2018年天猫双11 实现成交额2135 亿元。这一天量的成交额，在传统环境下所需要的客服工作量将难以想象。但智能化让双11 的客服体验得到了大幅提高。双11 当天，阿里巴巴与近15 万商家客服开展了深度合作，有近80 万的淘宝天猫商家，启用了商家智能助手阿里店小蜜，实现了智能化的售前导购、智能辅助等新增功能。来自阿里客服的数据显示，双11 当天，阿里智能客服机器人小蜜，日活跃用户突破5000 万，当日1 分钟内最高服务量达到8.3 万起，承接了淘宝天猫平台98% 的在线服务需求，相当于10 万名人工客服小二的工作量。而国际化的小蜜产品，则在天猫双11 当天，以中文、英文、西班牙语、葡萄牙语、泰语、越南语、马来语、印尼语、俄罗斯语9 种语言，为132 个国家和地区的用户提供智能在线咨询服务。从整体数据来看，11 日当天，店小蜜当日在线咨询对话量达到创纪录的3.5 亿次，承接天猫商家客服咨询受理量达到67%，店小蜜也实现了帮助平台商家直接节省客服人力58.6 万人。
第三章:数据+ 算力+ 算法赋能制造业长尾重构:规模化供给解决定制化需求
当前，互联网正在从信息交互的互联网、产品交易的互联网向能力交易的互联网迈进，互联网技术体系也正在从价值传递的交易环节渗透到价值创造的生产环节。在这一新的发展进程中，如何应对高度碎片化、个性化的需求，并对各种新的需求做出实时、精准、科学的响应是产业互联网需要解决的核心问题。在此背景下，C2M(Customer-to- Manufactory，顾客对工厂)定制化生产模式应运而生，成为这轮产业革命的新趋势。
在定制化生产体系的道路上，全球不同行业的企业都在进行艰难地探索。许多企业通过在一个企业内部进行数字化改造，实现单一工厂的资源优化，以满足个性化需求，并取得了阶段性成果，成为业界发展的共识和方向。比如，红领、韩都衣舍等。这是解决定制化生产的第一条路径。
敏捷响应:精准捕捉用户需求，快速推出新品
敏捷制造是指制造企业采用现代通信手段, 通过快速配置各种资源( 包括技术、管理和人), 以有效和协调的方式响应用户需求, 实现制造的敏捷性。敏捷性是核心, 它是企业在不断变化、不可预测的经营环境中善于应变的能力, 是企业在市场中生存和领先能力的综合表现, 具体表现在产品的需求、设计和制造上具有敏捷性。
数字技术对消费端的赋能以及新生代人群对于产品功能、产品包装等求新求快的需求变化，都对制造业敏捷响应、柔性化生产、缩短产品研发周期、加快产品更新等方面提出了更高的要求。
- 下一条:
- 致青春，给正在奋斗的你！