我們常常說(shuō)工業(yè)4.0。工業(yè)4.0的本質(zhì)是什么？

通過(guò)資料可以知道：

2012年美國通用電氣提出"工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)"的概念，2013年德國提出"工業(yè)4.0"，2015年中國提出"中國制造2025"，這三者，最重要的目標就是建立智能工廠(chǎng)。相同的目標，但基礎和的環(huán)境是不同的，所以實(shí)施的途徑不同。

智能制造首先講智能，我查閱了百度上的關(guān)于"智能"和"智能制造"的定義：

●智能：從感覺(jué)到記憶到思維這一過(guò)程，稱(chēng)為"智慧"，智慧的結果就產(chǎn)生了行為和語(yǔ)言，將行為和語(yǔ)言的表達過(guò)程稱(chēng)為"能力"，兩者合稱(chēng)"智能"，將感覺(jué)、記憶、回憶、思維、語(yǔ)言、行為的整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為智能過(guò)程，它是智力和能力的表現。--百度

●智能制造，就是面向產(chǎn)品全生命周期，實(shí)現泛在感知條件下的信息化制造。通過(guò)智能化的感知、人機交互、決策和執行技術(shù)，實(shí)現設計過(guò)程、制造過(guò)程和制造裝備智能化。--百度

●智能制造系統是一種由智能機器和人類(lèi)專(zhuān)家共同組成的人機一體化智能系統，借助計算機模擬人類(lèi)專(zhuān)家的智能活動(dòng)進(jìn)行分析、推理、判斷、構思和決策等，從而取代或者延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)。同時(shí)，收集、存貯、完善、共享、集成和發(fā)展人類(lèi)專(zhuān)家的智能。--百度

此外，還有業(yè)界人士給出的相關(guān)定義：

趙敏認為："智能制造，基于CPS（賽博物理系統）技術(shù)構建'狀態(tài)感知-實(shí)時(shí)分析-自主決策-精準執行-學(xué)習提升'的數據閉環(huán)，以軟件形成的數據自動(dòng)流動(dòng)來(lái)消除復雜系統的不確定性，在給定的時(shí)間、目標場(chǎng)景下，優(yōu)化配置資源的一種制造范式。" 該定義所涉及的各項基本要素包括：

●智能機理：狀態(tài)感知-實(shí)時(shí)分析-自主決策-精準執行-學(xué)習提升；

●操作對象：數據（信息與知識的載體）；

●使能：軟件中的算法與規則（數字化知識）；

●本質(zhì)：數據自動(dòng)流動(dòng)，并因自動(dòng)流動(dòng)而形成知識泛在；

●目的：消除復雜系統的不確定性；

●約束：給定時(shí)空場(chǎng)景；

●價(jià)值：優(yōu)化配置制造資源。

Stephen J.Ezell（美國信息技術(shù)與創(chuàng )新基金會(huì )資深分析師）認為：先進(jìn)制造并不等同于智能制造，在本質(zhì)上，先進(jìn)制造包括兩方面的概念：先進(jìn)產(chǎn)品的制造，以及先進(jìn)的、基于信息通信技術(shù)的生產(chǎn)過(guò)程。而智能制造則主要指的是后者。

《2016年北美能源安全和基礎設施法案》（S.2012）法案中定義智能制造如下：

在信息、自動(dòng)化、監測、計算、傳感、建模和網(wǎng)絡(luò )方面的先進(jìn)技術(shù)：

1、數字模擬制造生產(chǎn)線(xiàn)、計算機操控的制造設備、生產(chǎn)線(xiàn)狀態(tài)的監控和交互、全生產(chǎn)過(guò)程中能源消耗和效率的管理及優(yōu)化。

2、廠(chǎng)房能源效率的建模、模擬和優(yōu)化。

3、監測和優(yōu)化建筑的節能性能。

4、產(chǎn)品能源效率及可持續化性能的建模、模擬和優(yōu)化，包括使用數字模型和增材制造加強產(chǎn)品的設計。

5、將制造產(chǎn)品連入網(wǎng)絡(luò )以監控和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )性能，包括自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )操作。

6、供應鏈網(wǎng)絡(luò )的數字化連接。

從本質(zhì)上講，智能制造就是將制造-生產(chǎn)-使用的各個(gè)環(huán)節的信息同制造相結合。

Shinbara(美國制造技術(shù)協(xié)會(huì )(AMT) 的技術(shù)副主席)認為：智能制造的四個(gè)層級如下：

第一層級，是智能機器本身，通過(guò)加裝傳感器的方式使用于成型、剪切、鍛造、沖壓的各種特定機器形成信息流并融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。

第二層級，是數字線(xiàn)程通過(guò)工藝鏈的聯(lián)接，將分散于獨立機器之間的信息實(shí)現跨車(chē)間的信息流整合（創(chuàng )建出覆蓋整個(gè)企業(yè)范圍的制造系統）。這表示原本彼此獨立的工藝鏈通過(guò)信息和通信技術(shù)的整合構成企業(yè)整體的制造生產(chǎn)體系。

第三層級，要在這個(gè)龐大的"制造信息"體系中通過(guò)數據分析來(lái)優(yōu)化制程，并通過(guò)迭代的方式設計智能化產(chǎn)品。

第四層級，則是智能化的CEO或者高管，在建立了企業(yè)信息系統和部門(mén)的基礎上被授權對生產(chǎn)水平、生產(chǎn)地點(diǎn)、生產(chǎn)設置等實(shí)施優(yōu)化和實(shí)時(shí)決策。

美國提出CPS是智能制造的本質(zhì)。

彭瑜認為：智能制造系統/智能工廠(chǎng)綜合集了"精益制造"、"柔性制造"、"可持續制造（綠色制造）"、"數字化制造"、"云智造"、"智能制造"、"全能制造"、"敏捷制造"等各種制造范式。

孔翰寧(Henning Kagermann，德國國家科學(xué)與工程學(xué)院院長(cháng)）給出的智能生產(chǎn)的定義：

第一個(gè)維度，橫向的一體化要做的更好，內部流程的打通和數字化，這意味著(zhù)我們要不斷改進(jìn)現在所做的工作，比如說(shuō)軟件、解決方案，3D打印的生產(chǎn)方式。第二個(gè)維度，改進(jìn)縱向一體化，這個(gè)問(wèn)題十到十五年前我們就在討論了，上下游的供應商合作伙伴怎么打通�，F在我們必須要實(shí)現橫向、縱向一體化的無(wú)縫對接。

第三個(gè)維度就是全生命周期的產(chǎn)品管理，從工程設計到產(chǎn)品生產(chǎn)和售后服務(wù)的生命周期，我們都必須統一管理。這方面過(guò)去已經(jīng)有很多管理軟件，但這些工具之間沒(méi)有什么聯(lián)系，數據結構也不一樣，需要打通和升級。

我認為，智能制造的典型特征歸納起來(lái)有五個(gè)方面：

1.敏捷感知：敏捷感知市場(chǎng)和客戶(hù)輸入的實(shí)時(shí)狀態(tài)；

2.實(shí)時(shí)分析：對感知的實(shí)時(shí)狀進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和計算；

3.自主推理：按照設定的規則，根據數據分析的結果，自主作出推理和選擇；

4.快速反應：根據推理和選擇的結果，快速地作出本能反應；

5.學(xué)習創(chuàng )新：利用人工智能，自學(xué)習，作出創(chuàng )新的方案。

二、企業(yè)徹底數字化

我一直在提倡企業(yè)要徹底數字化，數據和信息就是工業(yè)4.0中流動(dòng)著(zhù)的"血液"，而數字化就是將數據轉變成信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )化和智能化的決策，創(chuàng )造有用的價(jià)值。所以說(shuō)數字化制造是智能制造的基礎。沒(méi)有數字化制造的基礎，智能制造是空中樓閣。目前企業(yè)最大的浪費就是數據的浪費，一個(gè)企業(yè)生產(chǎn)了幾十年的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)了多少個(gè)產(chǎn)品在銷(xiāo)售，但是留下的數據卻幾乎沒(méi)有，除了一些圖紙、工藝以外，沒(méi)有留下產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程、生產(chǎn)過(guò)程、使用過(guò)程的任何數據，這就是最大的浪費。如果哪個(gè)企業(yè)把三十年來(lái)的數據全部綜合起來(lái)，那么現在開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品、定制化產(chǎn)品，肯定是得心應手的。硬件可以山寨化、可以拷貝，但是這些數據是無(wú)法拷貝的。

約翰·惠勒提出一句話(huà)"it from bit（萬(wàn)物來(lái)自信息）。"其中it指代物質(zhì)，而bit指代信息。簡(jiǎn)單來(lái)講，傳統工業(yè)就是原子的重組，制造業(yè)做的事情幾乎就是把每個(gè)原子再重組，這當然很重要，而且是基礎。今天數據科技和互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，來(lái)源于數據和信息的重組。未來(lái)很大的趨勢是數字化、網(wǎng)絡(luò )化和智能化，重組數據和信息比重組原子獲益更加巨大。

2014年10月10日，李克強總理在柏林同德國總理安格拉·默克爾共同主持第三輪中德政府磋商。雙方?jīng)Q定發(fā)表了《中德合作行動(dòng)綱要：共塑創(chuàng )新》。共110條，"工業(yè)4.0"合作有4條，其中第41條是：工業(yè)生產(chǎn)的數字化（"工業(yè)4.0"）對于未來(lái)中德經(jīng)濟發(fā)展具有重大意義。雙方認為，該進(jìn)程應由企業(yè)自行推進(jìn)，兩國政府應為企業(yè)參與該進(jìn)程提供政策支持。

1.數字化工廠(chǎng)是工業(yè)4.0與智能制造的基礎

數字化工廠(chǎng)的主要特征包括：

●數據化：企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的活動(dòng)建立共享的數據庫和知識庫；

●信息可視化：通過(guò)數據處理，形成有用的信息，并按需顯示；

●模擬仿真優(yōu)化：利用相關(guān)數據和信息，模擬仿真實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，達到最優(yōu)化的生產(chǎn)過(guò)程；

●監控實(shí)時(shí)化：監控與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程同步，實(shí)現虛實(shí)結合的CPPS（Cyber Physic Production System）；

●協(xié)調決策智能化：對實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現的干擾和波動(dòng)，進(jìn)行協(xié)調，其決策是最佳的。

數字化工廠(chǎng)的建設任務(wù)包括：

●建立網(wǎng)絡(luò )系統（互聯(lián)網(wǎng)、以太工業(yè)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)）；

●建立數據采集與監視控制系統SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)；

●建立縱向和橫向集成的業(yè)務(wù)模型與組織；

●選擇合適的工業(yè)應用軟件系統（ERP、PLM、MES、CAX）；

●進(jìn)行員工的培訓；

●制訂生產(chǎn)規范標準；

●安全保障制度。

數字化工廠(chǎng)的主要目標為：

●縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期；

●產(chǎn)品按時(shí)交貨；

●降低庫存；

●提高產(chǎn)品質(zhì)量；

●快速響應市場(chǎng)需求；

●產(chǎn)品個(gè)性化定制。

2.MES是企業(yè)生產(chǎn)管理集成的核心軟件

30多年來(lái)，我國在企業(yè)數字化/信息化也開(kāi)展了大量的研究和實(shí)施，但大多數企業(yè)未能獲得預期的經(jīng)濟效益，究其原因種種，我認為主要是：

●規劃方案與企業(yè)經(jīng)營(yíng)模式和業(yè)務(wù)流程不一致；

●認識錯誤：只是紙面數據轉換為電子數據、以及擔憂(yōu)失去工作崗位等人為因素；

●計劃與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程脫節，或失控。

中國制造2025戰略的一條主線(xiàn)就是信息化與工業(yè)化的融合、互聯(lián)網(wǎng)+和智能制造。其基礎就是企業(yè)必須先實(shí)現數字化工廠(chǎng)，而數字化工廠(chǎng)的核心是制造執行系統（MES）。2016年4月25日，工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)了《關(guān)于開(kāi)展2016年智能制造試點(diǎn)示范項目推薦的通知》，在智能制造試點(diǎn)示范項目要素條件中提出了五種模式，都與制造執行系統相關(guān)，特別是離散型智能制造模式和流程型智能制造模式必須建立制造執行系統（MES），將MES提到了極其重要的地位。

MES是1990年美國先進(jìn)制造研究協(xié)會(huì )(Advanced Manufacturing Research，AMR)首次提出制造執行系統的概念（manufacturing execution system，簡(jiǎn)稱(chēng)MES）。1992年成立了國際MESA組織�，F在，MESA定義為Manufacturing Enterprise Solutions Association，即制造企業(yè)方案協(xié)會(huì )。

實(shí)際上MES不僅僅是執行系統，它相當于一個(gè)工廠(chǎng)里的CEO，董事會(huì )負責決策，而CEO負責執行董事會(huì )的決議，同時(shí)他還要指揮這個(gè)企業(yè)的運作。同理，MES是執行上層的，如ERP的計劃，同時(shí)MES還要負責協(xié)調整個(gè)生產(chǎn)、管理、車(chē)間層面的協(xié)調調度，所以我認為MES不僅僅執行系統，它是一個(gè)生產(chǎn)指揮系統。90年代我在德國開(kāi)發(fā)MES系統的時(shí)候，當時(shí)我們把MES翻譯成生產(chǎn)指揮系統，現在看來(lái)我越來(lái)越覺(jué)得這個(gè)翻譯比較準確，MES是生產(chǎn)管理的核心軟件。

3.制造執行系統的發(fā)展趨勢

MES軟件未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊，復合增速保持在40%左右。2014年全球MES行業(yè)市場(chǎng)規模約為416億元，過(guò)去5年保持年均21.65%的高速增長(cháng)，到2020年，MES行業(yè)市場(chǎng)規模有望達到931億元，未來(lái)保持年均18%的復合增速。

MES在中國的需求較為旺盛，2014年MES行業(yè)市場(chǎng)規模約為26億元，同比增長(cháng)25%，預計到2018年市場(chǎng)規模將達到100億元，未來(lái)平均增幅保持在40%左右，并且從增速對比，國內MES市場(chǎng)相對于國際市場(chǎng)增速顯著(zhù)更高，這得益于國內較大的工業(yè)自動(dòng)化改造實(shí)踐。

制造執行系統（MES）是在工業(yè)3.0的背景下產(chǎn)生的，它在智能制造框架下是一個(gè)什么樣的角色？如何打通ERP、MES及設備端等信息化孤島？

首先，根據企業(yè)的實(shí)際需求，扎扎實(shí)實(shí)地開(kāi)展MES的技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)施工作，為工業(yè)數字化打下堅實(shí)的基礎。

其二，MES作為企業(yè)生產(chǎn)管理的核心軟件系統，必須與上層ERP系統、底層生產(chǎn)設備和自動(dòng)化系統實(shí)現無(wú)縫的連接。

其三，MES是工業(yè)3.0的基礎上發(fā)展起來(lái)的，但在工業(yè)4.0和中國制造2025的背景下，需要進(jìn)一步發(fā)展，歸納起來(lái)是以下"八化"：

●標準化，即ISA95標準、VDI5600標準等。ISA-95標準是由ISA(儀器、系統和自動(dòng)化協(xié)會(huì ))和ANSI(美國國家標準協(xié)會(huì ))共同發(fā)起制定的。德國工程師協(xié)會(huì )（VDI）制定了VDI5600標準。指出了持續改進(jìn)過(guò)程的潛在發(fā)展可能性；

●模塊化，即參數化可配置, 可重構、快速實(shí)施；

●精益化，即與精益生產(chǎn)相結合，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程；

●智能化，即與智能制造相結合。智能制造的基礎是企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程徹底的（完備的）數據化。智能制造的五個(gè)特征中，都離不開(kāi)數據，必須將數據轉換成信息，形成知識，為智能制造打下堅實(shí)的基礎；

●輕量化，即可使用移動(dòng)終端，如手機、iPad，分散式控制；

●協(xié)同化，即與云平臺相結合，實(shí)現生產(chǎn)協(xié)同；

●大數據化，即與大數據技術(shù)分析相結合，通過(guò)數據挖掘，實(shí)現數據增值；

●動(dòng)態(tài)化，即根據CPS的原理，實(shí)現作業(yè)計劃動(dòng)態(tài)優(yōu)化和智能調度。