图6.6　智能制造屋

1.屋顶：价值和目标

“智能制造屋”的屋顶是智能制造的价值和目标。

从业务价值来讲，相比较当前中国制造业的“两高三低”（高消耗、高成本、低质量、低效率和低效益），智能制造的业务价值是帮助制造企业实现“两低三高”的先进制造，即低消耗、低成本、高质量、高效率和高效益。为了达成这些价值，其中的实现路径是通过物联网、人工智能等数字化技术的应用，来优化生产系统的生产方式、生产关系，并提升其转化效率。

从系统形态来讲，智能制造的核心内涵和目标是实现“协同、精益、柔性和自主”的制造系统。

（1）协同制造

智能制造应该是协同制造，即企业内部人与人、人与设备、人与环境、设备与设备，设备与工件、工件与工件，等等之间；以及产业链中，上下游的不同企业之间的网络化、实时协同。这也包括了所谓的“众包制造”或“云制造”，从而将社会化协作式生产推进到更广范围和更深层面。比如，产业链中的协同产品设计和开发、协同供应链、协同服务，企业内部的人-机-料-法-环一体化生态系统（Collaborative ad Harmoy Productio Ecosystem），等等。

（2）精益制造图6.6　智能制造屋

1.屋顶：价值和目标

“智能制造屋”的屋顶是智能制造的价值和目标。

从业务价值来讲，相比较当前中国制造业的“两高三低”（高消耗、高成本、低质量、低效率和低效益），智能制造的业务价值是帮助制造企业实现“两低三高”的先进制造，即低消耗、低成本、高质量、高效率和高效益。为了达成这些价值，其中的实现路径是通过物联网、人工智能等数字化技术的应用，来优化生产系统的生产方式、生产关系，并提升其转化效率。

从系统形态来讲，智能制造的核心内涵和目标是实现“协同、精益、柔性和自主”的制造系统。

（1）协同制造

智能制造应该是协同制造，即企业内部人与人、人与设备、人与环境、设备与设备，设备与工件、工件与工件，等等之间；以及产业链中，上下游的不同企业之间的网络化、实时协同。这也包括了所谓的“众包制造”或“云制造”，从而将社会化协作式生产推进到更广范围和更深层面。比如，产业链中的协同产品设计和开发、协同供应链、协同服务，企业内部的人-机-料-法-环一体化生态系统（Collaborative ad Harmoy Productio Ecosystem），等等。

（2）精益制造智能制造应该是精益制造，即通过生产系统的互联化、可视化、实时仿真和模拟，在实现“一个流”生产的同时，让各种浪费显露出来，再持续地优化生产资源的组织和转化，以消除各种浪费，杜绝各种过程差异和安全风险，在业务数字化的“加法”基础上做运营精益化的“减法”。

（3）柔性制造

智能制造应该是柔性制造，即制造系统中的原料、能源、人、技术、流程、工具等资源和能力，可以根据市场和客户需求进行动态调整和适配。最终，在实现“批量为1”的个体化制造的同时，还能确保生产系统的高质量和高效率。

（4）自主制造

智能制造应该是自主制造，即通过物联网、人工智能等数字化技术的应用，实现生产系统在常规性、程序式、场景化的情形下的自主决策和自组织、自执行、自监督、自调整，把人从重复式、烦琐型、低价值、高强度的生产作业中解放出来，从而将更多精力放在例外决策和系统优化等创新性工作中去，更高程度地发挥人的主观能动性、价值和潜能。

在具体表现和企业实践中，不同的行业和企业，对智能制造的目标定义会有差异，比如快速消费品行业会着重于精益制造和柔性制造，航空和汽车行业对协同制造的要求会更看重，钢铁和化工行业则可能把自主制造的诉求会放在优先位置。无论何种形式，大体上对智智能制造应该是精益制造，即通过生产系统的互联化、可视化、实时仿真和模拟，在实现“一个流”生产的同时，让各种浪费显露出来，再持续地优化生产资源的组织和转化，以消除各种浪费，杜绝各种过程差异和安全风险，在业务数字化的“加法”基础上做运营精益化的“减法”。

（3）柔性制造

智能制造应该是柔性制造，即制造系统中的原料、能源、人、技术、流程、工具等资源和能力，可以根据市场和客户需求进行动态调整和适配。最终，在实现“批量为1”的个体化制造的同时，还能确保生产系统的高质量和高效率。

（4）自主制造

智能制造应该是自主制造，即通过物联网、人工智能等数字化技术的应用，实现生产系统在常规性、程序式、场景化的情形下的自主决策和自组织、自执行、自监督、自调整，把人从重复式、烦琐型、低价值、高强度的生产作业中解放出来，从而将更多精力放在例外决策和系统优化等创新性工作中去，更高程度地发挥人的主观能动性、价值和潜能。

在具体表现和企业实践中，不同的行业和企业，对智能制造的目标定义会有差异，比如快速消费品行业会着重于精益制造和柔性制造，航空和汽车行业对协同制造的要求会更看重，钢铁和化工行业则可能把自主制造的诉求会放在优先位置。无论何种形式，大体上对智能制造的目标要求不会脱离协同制造、精益制造、柔性制造和自主制造这几种形态的组合。

2.栋梁：二经和六纬

“智能制造屋”的栋梁是“二经六纬”，即纵向的两个技术支撑——数字主线和数字孪生；横向的六个进化阶段——互联化、可视化、透明化、可配置、可预测和自适应。

（1）数字主线（Digital Thread）

在智能制造体系中，数字主线是流程和数据集成的主要手段。近几年，因为互联网企业的推动，“中台”成了一个热门的话题。尤其对制造企业而言，“中台”的建设似乎成了一个非常迫切的任务。在笔者看来，现在比较成熟的所谓“中台”有业务中台、数据中台和AI中台，而“中台”的本质内涵是可复用的逻辑、能力或数据。对制造企业而言，数字主线类似于以产品为中心的数据中台，起到连接系统与流程和数据集成的作用，即在合适的时间，把合适的数据，传递给合适的人。另外，数字主线的建设还可以帮助企业对现有的ERP、MES、PLM等IT系统进行服务化或业务中台式改造。

（2）数字孪生（Digital Twi）

ERP、MES等IT系统是基于记录（Record-Based）的架构设计，PLM等IT系统是基于对象（Object-Based）的架构设计，工业互联网是基于物（Thig-Based）的架构设计，而物（Thig）的数字化展现就是数字孪生。换句话说，以工业互联网技术做支撑的智能制造应该能制造的目标要求不会脱离协同制造、精益制造、柔性制造和自主制造这几种形态的组合。

2.栋梁：二经和六纬

“智能制造屋”的栋梁是“二经六纬”，即纵向的两个技术支撑——数字主线和数字孪生；横向的六个进化阶段——互联化、可视化、透明化、可配置、可预测和自适应。

（1）数字主线（Digital Thread）

在智能制造体系中，数字主线是流程和数据集成的主要手段。近几年，因为互联网企业的推动，“中台”成了一个热门的话题。尤其对制造企业而言，“中台”的建设似乎成了一个非常迫切的任务。在笔者看来，现在比较成熟的所谓“中台”有业务中台、数据中台和AI中台，而“中台”的本质内涵是可复用的逻辑、能力或数据。对制造企业而言，数字主线类似于以产品为中心的数据中台，起到连接系统与流程和数据集成的作用，即在合适的时间，把合适的数据，传递给合适的人。另外，数字主线的建设还可以帮助企业对现有的ERP、MES、PLM等IT系统进行服务化或业务中台式改造。

（2）数字孪生（Digital Twi）

ERP、MES等IT系统是基于记录（Record-Based）的架构设计，PLM等IT系统是基于对象（Object-Based）的架构设计，工业互联网是基于物（Thig-Based）的架构设计，而物（Thig）的数字化展现就是数字孪生。换句话说，以工业互联网技术做支撑的智能制造应该是由数字孪生驱动（Digital Twis-Drive）的业务场景的集合，数字孪生是智能制造中的万有存在和“小宇宙”，是智能制造系统的主要人机交互界面（Huma Machie Iterface，HMI）。

举例来说，企业可以为设备、生产线或车间制作数字孪生，然后通过它来做运行的仿真和模拟，以发现其中的瓶颈或浪费，进而对上述物理现场进行持续优化。

又比如，企业中的设备、人、料、流程、系统等资源或能力都是某类“物”，为了支持柔性生产，这些资源或能力及其之间的组合关系，等等，必须是可配置的。而上述可配置的实现要以数字孪生作为媒介来完成。

（3）六个进化阶段

智能制造的“六纬”，指的是横向上的六个阶段或进化路径：互联化、可视化、透明化、可配置、可预测和自适应。

互联化是智能制造的最基本阶段，是“机联网”的高级阶段，包括人、机器、物料、流程、环境、系统等之间的互联互通，是实现协同制造的基础。

可视化和透明化是对数据的深入应用，在此基础上可以做生产系统的模拟、仿真、优化和因果分析，以消除瓶颈，消除浪费，杜绝风险，从而实现精益制造。

可配置是实现柔性制造的基础。要想实现柔性制造，就要将客户是由数字孪生驱动（Digital Twis-Drive）的业务场景的集合，数字孪生是智能制造中的万有存在和“小宇宙”，是智能制造系统的主要人机交互界面（Huma Machie Iterface，HMI）。

举例来说，企业可以为设备、生产线或车间制作数字孪生，然后通过它来做运行的仿真和模拟，以发现其中的瓶颈或浪费，进而对上述物理现场进行持续优化。

又比如，企业中的设备、人、料、流程、系统等资源或能力都是某类“物”，为了支持柔性生产，这些资源或能力及其之间的组合关系，等等，必须是可配置的。而上述可配置的实现要以数字孪生作为媒介来完成。

（3）六个进化阶段

智能制造的“六纬”，指的是横向上的六个阶段或进化路径：互联化、可视化、透明化、可配置、可预测和自适应。

互联化是智能制造的最基本阶段，是“机联网”的高级阶段，包括人、机器、物料、流程、环境、系统等之间的互联互通，是实现协同制造的基础。

可视化和透明化是对数据的深入应用，在此基础上可以做生产系统的模拟、仿真、优化和因果分析，以消除瓶颈，消除浪费，杜绝风险，从而实现精益制造。

可配置是实现柔性制造的基础。要想实现柔性制造，就要将客户的需求变化（Chageable）进行解耦和系统化，转化为对企业中资源和能力及其组合关系的可配置（Cof igurable），进而再转化为对基本要素的（人、机、料等）的构件化（Costructable），从变易（Chage）→简易（Cofiguratio）→不易（Costruct）的不断解耦，以在实现个体化生产的同时实现生产的高质量和高效率。

可预测和自适应是智能制造的高级发展阶段。

可预测是对生产系统中的过程变异和安全风险进行预测，并提前做好防范。以设备管理为例，有修复性设备维护、计划性设备维护和预测性设备维护。其中，预测性设备维护中的设备使用寿命最长，维护成本最低。制造企业中，与设备管理非常类似的业务场景还有质量、风险和安全管理，其最优形式是预测性质量保证、风险管理和安全保证。

到了自适应阶段，制造系统才算是真正意义上的智能系统。通过实时监测、算法优化和数物互联，自适应阶段的制造系统可以实现日常运行中重复式作业的自计划、自组织、自监测和自适应等完整的PDCA循环。

“智能制造屋”的“六纬”，一方面，互联化→可视化→透明化→可配置→可预测→自适应，是企业在实现智能制造愿景和目标过程中，制造系统的进化路径；另一方面，自适应→可预测→可配置→透明化→可视化→互联化，是智能制造要求的层层分解，上一层的要求可以指导下一层的建设。

3.屋基：CPPS和基础IT的需求变化（Chageable）进行解耦和系统化，转化为对企业中资源和能力及其组合关系的可配置（Cof igurable），进而再转化为对基本要素的（人、机、料等）的构件化（Costructable），从变易（Chage）→简易（Cofiguratio）→不易（Costruct）的不断解耦，以在实现个体化生产的同时实现生产的高质量和高效率。

可预测和自适应是智能制造的高级发展阶段。

可预测是对生产系统中的过程变异和安全风险进行预测，并提前做好防范。以设备管理为例，有修复性设备维护、计划性设备维护和预测性设备维护。其中，预测性设备维护中的设备使用寿命最长，维护成本最低。制造企业中，与设备管理非常类似的业务场景还有质量、风险和安全管理，其最优形式是预测性质量保证、风险管理和安全保证。

到了自适应阶段，制造系统才算是真正意义上的智能系统。通过实时监测、算法优化和数物互联，自适应阶段的制造系统可以实现日常运行中重复式作业的自计划、自组织、自监测和自适应等完整的PDCA循环。

“智能制造屋”的“六纬”，一方面，互联化→可视化→透明化→可配置→可预测→自适应，是企业在实现智能制造愿景和目标过程中，制造系统的进化路径；另一方面，自适应→可预测→可配置→透明化→可视化→互联化，是智能制造要求的层层分解，上一层的要求可以指导下一层的建设。

3.屋基：CPPS和基础IT