制造业的数字化之路

       从德国工业4.0以及中国制造2025的驱动下，制造型企业正在积极开展数字化转型，结合最近几年的企业数字化进程，详细讲述企业的数字化转型策略，以及在此过程中的机遇和挑战，为制造业企业提供数字化转型落地的建议。

同时和技术爱好者在此次分享中可以探讨CPS、机器学习等相关领域、以及先进技术在工业领域是如何应用的；制造业企业信息工作从业者在此次分享中可以了解企业的数字化架构，数字化转型如何落地的重要策略和建议。

 

2015年国务院颁布中国制造2025相关政策，随着近几年的宣传和推广，目前已经得到了应用和观念普及，在中国制造2025体系中不可忽视的一项重要技术就是CPS。CPS是一个闭环的控制系统，包含状态感知，实时分析，科学决策，精准执行，主要分为一硬一软一网一平台四个部分。CPS是中国制造2025的技术核心，同时也是美国工业互联网、德国工业4.0的技术核心。

接下来从几个不同的维度来看德国工业从1.0发展到4.0的进程。工业1.0时代最大的技术特征是蒸汽机的发明，使工业进入1.0时代；工业2.0时代最大的技术特征是电的发明，把人们从工业1.0时代带入了工业2.0时代，也就是电气时代；工业3.0时代最大的技术特征则是计算机的发明，我们开始进入信息化，也就是工业3.0时代；工业4.0技术特征是多种多样的，比如人工智能、大数据、云计算、3D打印等技术的应用，都标志着工业4.0时代。

以上是从技术革命引发工业革命的维度来看，换个角度来看在不同工业时代的赚钱方式的差异，在工业1.0时代，蒸汽机的发明和生产企业会有很好的收益；工业2.0时代，爱迪生发明了直流电、特斯拉发明了交流电，电的使用创造了巨大财富；工业3.0时代，研发生产计算机硬件和软件的企业现在依然是巨头企业，比如英特尔、微软、IBM；想象一下，在云计算、大数据、人工智能为核心技术特征的4.0时代，提供这些服务的公司会持续获得利润，而且边际成本会进一步降低。因此从这张图中我们能够看到技术发展的思路，不仅仅如此，还能够看出跨纬度打击，技术的跨纬度打击在互联网领域尤为明显，在工业领域也已经有所体现，需要引发重视，。在工业4.0时代，商业模式已经发生了巨大的变化，如果我们企业还在卖产品，而我们的竞争对手已经在卖产品基础上提供延伸服务，那我们就没有办法和竞争对手进行竞争。

刚刚已经提到了工业4.0的关键技术，下面完整梳理一下工业4.0九大关键技术：增材制造、AR、VR，大数据以及分析、具有自主意识的机器人（工业领域中现在常用的多轴机械手不具备自主意识，因此不包含在此种）仿真技术，横向集成、纵向集成、端对端集成，工业物联网应用，赛博空间的安全性，云计算，这九大关键技术构成了工业4.0的技术体系。由于本次主题为制造业的数字化之路，与之相关不大的技术今日暂且不表。

如果要抓住工业4.0的趋势，实现数字化的成功转型，有必要了解工业4.0的完整架构，简单来说，可以分为三种集成：纵向集成、横向集成、端对端集成。首先是纵向集成，也就是把企业内部的数据打通，包括销售、研发、生产、制造、物流。其次是横向集成，指的是在企业的外部，把合作方、上下游的数据流打通，这种集成也称价值链集成。第三种是端对端集成，是工业4.0将达到的最终状态，是把客户连接在一起，向客户提供C2M的服务，就是端对端集成。

技术的进步推动了工业的发展，工业面临着数字化转型的重要机遇。数据时代下生产模式产生了巨大的变化，生产更加高效，主要体现了几个方面，首先是自动化程度的提升；其次是工业物联网的应用，在生产的每道工序中都有数据流通，数据成为了生产过程中十分重要的生产资料；最后是在传统工业时代，产品生产出来之后直接卖给了客户，而工业4.0时代，客户定制化需求直接传送到了工厂，实现按需定制的规模化生产。这三大典型变化不仅仅体现出生产更加高效，一方面生产成本变低，一方面生产效率变高，最重要的是工厂能够更快响应客户的需求。生产更加高效的同时，生产也变得更加柔性，在实现标准化生产的技术上，规模化生产向着柔性化生产，能够适应多品种、小批量的定制化生产。与此同时，生产模式的改变也带来了商业模式的变化，服务模式进一步延展。工业4.0最大的特征就是数据和数据的在线化，这是商业模式转变的诱因。随着数据化程度的提高，工业4.0趋势下，制造业普遍面临着从卖产品到卖产品和服务两边延伸，对制造业来说也是机遇，通过提供服务和个性化定制生产提高利润，增加收入。

机遇和挑战往往都是并存的，所以在把握数字化转型机遇的同时，也需要正视当今制造业生产的现状，明确面临的挑战。目前中国制造业多数尚处在工业2.0阶段，部分达到3.0，信息化和自动化没有完全对接，自动化和信息化程度还都存在很大的提升空间。中国制造的重点既需要谋划工业4.0、抢占技术高地，还需要弥补基础不足和历史欠账，开创新路，实现跨越式发展。

从我从事工业领域智能制造提升改造以来，发现很多行业领先的制造业企业已经开始重视自动化和信息化改造，谋求数字化转型之路。比如，一些机加工行业，用机器人来替代人工，大大提高了生产效率和生产质量，产品的良品率有了很大的提高，避免了人工、物料、时间的浪费。数据在生产的工序中得到了流转，发挥出了云计算和大数据的价值，实现产品追踪溯源，大大提高了企业的竞争力。不光如此，在工业生产的检测环节，由于人工检测具有不准确性，精确度也不够，而且人工检测很大程度上受到检测人员情绪的影响，进而影响检测结果。但运用机器视觉和深度学习技术实现的检测设备和在线检测系统，就能够在很大程度上克服人工检测的弊端，同时也能够把检测数据进行回收处理，实现精益生产、预测性维护。在企业自动化水平已经到达一个程度的时候，信息化改造能够为生产管理带来便利，也能够给企业创造更多的价值，工业物联网MES系统的应用和数据的分析运用就是很好的体现。MES系统的重要之处在于能够消除企业生产管理系统之间的信息孤岛，有效打通ERP、PLM、WMS……让信息和数据在生产中发挥出重大作用。

制造业的数字化转型策略落地要遵循数据驱动制造的三步走策略。第一阶段是M2M（厂内与企业内厂际互联），即工厂内系统、设备与机器间在物联网的基础上互联互通。逐步达到全企业内所有工厂间运营、监控和管理决策的完整联系。由此激发主要生产力的提升，并增强运营决策灵活性。第二阶段是B2B（价值链上所有企业互联），就是实现企业全方位供应链的互联互通。包含上游所有各级供应商的相关系统（系统内包含相关设备的物联网信息）以及下游各渠道的系统终端或设备。以此增加生产力，提升效率与灵活性。第三阶段是C2M（消费者与相关工厂间互联），即软件定义产品与制造阶段。在这阶段中，产品方面的需求、设计、测试和上市，以及制造方面的工厂、制造、物流、服务，都在企业安全的架构体系之下全面的在云端互联互通。从而产生新的商机、新的业务模式和新的盈利模式模型。