對于智能制造的解讀，最近呈現多樣化的趨勢，其實對于處在轉型升級期的中國制造業(yè)來說，了解智能制造的內涵，明白當前所處的環(huán)境和機遇，以及如何實現智能制造，遠比研究智能制造本身更有意義。當下很多人認為，推動中國制造2025,需要大量的新技術作為支撐，如大數據、云計箅和移動互聯(lián)等。這些想法有各自積極的建設意義，然而這并不是中國工業(yè)系統(tǒng)升級的根本驅動力。面向中國制造2025,建立數字化知識化為基礎的中國工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，才是最為重要的國家戰(zhàn)略核企業(yè)需要面臨的問題。

　　一、中國工業(yè)系統(tǒng)缺什么?

　　大家都公認的是，德國2013年提出的工業(yè)4.0,基本等同于美國在2006年提出Cyber-PhysicalSystems(即虛擬網絡/信息一一物理一一系統(tǒng))。但實際上不為眾所周知的是，CPS概念是由中美學者首先倡議并明確的。早在2009年中科院出版的著名的科技發(fā)展系列報告叢書《創(chuàng)新2050》，就描述了“人-機-物”一體化系統(tǒng)，即社會物理信息系統(tǒng)CPSS(Cyber-Physic.al-SocialSystems)。顯然增加“人與社會”的因素，更適合于未來的制造產業(yè)。Social(人與社會的因素)在德國工業(yè)4.0被降低了一個層級，但卻被IBM這樣的公司認定為具有不亞于大數據的重要戰(zhàn)略地位。

　　國人將CPS翻譯成“信息物理系統(tǒng)”，本文作者覺得略有誤導或者不夠精確，因為CPS中的C代表Cyber，不僅僅是“信息”，其本意更強調的是“網絡控制”相關的意思，是雙層含義，強調了“具有控制性的網絡和信息”;P代表物理硬件層;System則是系統(tǒng)工程的層面。

　　美國的下一代工業(yè)升級版本，主要是以GE公司為代表提出了“工業(yè)互聯(lián)網”的概念，并在企業(yè)橫向聯(lián)合層面上，成立了工業(yè)互聯(lián)網聯(lián)盟組織，推動和發(fā)展系統(tǒng)間的集成和兼容。在這個層面上，美國有著絕對領先的優(yōu)勢。美國的頂層框架設計，在過去幾十年，已經成為政府(尤其是軍方)拉動行業(yè)標準的標準做法，同時軍工企業(yè)和民品企業(yè)也積極參與其中，從而形成了美國政、軍、企三方都熱衷于推動系統(tǒng)工程和頂層框架的發(fā)展。

　　在德國工業(yè)4.0的體系中，Cyber的雙層含義中，信息層比較強，但互聯(lián)網/物聯(lián)網層比較弱;在P層面，物理硬件非常強，是德國制造的優(yōu)勢所在;而S系統(tǒng)層面，德國制造業(yè)也比較弱，德國人的頂層框架和系統(tǒng)工程，做的遠遠沒有美國好。在這個意義上進行比較，就知道德國工業(yè)4.0的背景及其工業(yè)本質。德國工業(yè)有強大的工業(yè)體系、知識庫、產品硬件與設備、產品PLM全生命周期管理，這些都是世界上領先的;但在IT技術/互聯(lián)網/物聯(lián)網/大數據分析等這些“工業(yè)外套”上面，以及頂層框架的系統(tǒng)設計方面，德國的制造業(yè)是落后的。搶占這兩個制高點，是德國工業(yè)推進4.0的核心意義。

　　就CPS而言，中國制造業(yè)目前面臨的三個問題分別是：1)Cyber雙層含義中“信息化”有一定進展，但不夠徹底，相互之間有裂縫，系統(tǒng)內部往往通過強耦合連接，導致形成了實際上的信息孤島，系統(tǒng)之間數據的流通和連接非常弱--這主要是源于中國制造業(yè)的組織、管理模式的相對落后，工業(yè)系統(tǒng)自身的知識描述和行業(yè)知識庫的建設因為歷史原因斷裂;因此，雖然“網絡控制”涉及到的互聯(lián)網/物聯(lián)網/云計算等技術，中國并不落后，但是因為上述所言，控制的信息對象處于孤島狀態(tài)，導致網絡控制僅僅起到了表面上的作用;2)Physic層面物理硬件，通過進口設備，在裝備本身層面與全球同步，但使用層面處于知其然不知其所以然的被動使用狀態(tài);3)而S頂層框架和系統(tǒng)工程，自80年代以來幾乎沒有發(fā)展。

　　因此對于中國而言，同樣是追求工業(yè)系統(tǒng)升級，我們“中國制造2025”要補的課，跟德國工血4.0要補足和引為標桿之處，有實質性的不同。同時，中國工業(yè)體系來源于蘇聯(lián)體系，計劃經濟先天性的體系化、全面性以及曾經的自上而下的系統(tǒng)性,都有很多值得重新審視和汲取的地方。從歷史傳承和核心優(yōu)勢來考慮，“中國制造2025”也不能完全模仿美國工業(yè)互聯(lián)網，而是要建設中國自己的中國智造。

　　二、中國工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與智能制造

　　開創(chuàng)大歷史觀的歷史學家黃仁宇在《中國大歷史》一書中指出，農村基層的財務稅收的數目化管理與否，是區(qū)別于中世紀后歐洲國家意志蓬勃發(fā)展和中國幾千年君朝歷史螺旋性回落的根本性原因。缺乏基層數據的數目化和知識化管理，同樣也是目前制造工廠最為困惑和最亟需解決的問題。

　　目前在中國制造用著世界最先進的軟件和設備，但產出效率卻完全不能與西方現代制造工廠相媲美。為什么西門子在美國波音公司6500套基于產品管理的軟件，就可以支撐龐大的B787的“一體化”協(xié)同制造網絡，而在中國許多工廠反而就變成了一大堆局部使用的孤島?實際上，在波音公司的最底層的基礎工作，已經把飛機的數十萬個零部件全部數字化，同時采用模塊化而非零部件級的S級控制，形成了完全可控的數字化產品體系。這才使得信息化軟件發(fā)揮了為虎添翼的作用。

　　中國工業(yè)系統(tǒng)升級的過程.不必過分追求某些IT技術的先進性，也不要急于追逐德國的物理硬件能力，而是要深入制造業(yè)的基礎，探究能支撐制造業(yè)技術發(fā)展的數字化基因和知識化處理。基于中國制造業(yè)的歷史和實際，構建中國的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使得人、數據、知識、設備、產品等各種資源.能夠有效地重新加以配置，才是系統(tǒng)性解決中國智能制造的根本性因素。

　　智能制造的基本特征是協(xié)同化、微制造、低成本。協(xié)同化就是配置資源，并共享資源體系;微制造需要去中心化組織，實現小規(guī)模小批量的生產：而全新的低成本生產模式，才能有效支撐未來個性化的生產需求。

　　1、協(xié)同化

　　在下一代工業(yè)升級的體系下，系統(tǒng)變得復雜，協(xié)同關系變得分散化。制造由集中生產向網絡化異地協(xié)同生產轉變.信息網絡技術使不同環(huán)節(jié)的企業(yè)間可以實現信息共享，能夠在全球范圍內整合企業(yè)間的優(yōu)勢資源，在研發(fā)、制造、物流、售后服務等各產業(yè)鏈環(huán)節(jié)實現全球分散化的協(xié)同作業(yè)。任何一臺設備，任何一個工位。任何一個組織，只要在資源配置權限之內，都可以參與到網絡化制造的任務節(jié)點中去，實現復雜的任務協(xié)同。

　　2、微制造

　　微制造是指小批量、小規(guī)模、專業(yè)化的生產。這需要建設一種全新的、異于當前大規(guī)模生產的去中心化組織，實現多品種、小批量生產。工業(yè)4.0時代強調由集中式控制向分散式增強型控制模式的轉變，從而建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。

　　微制造有兩層含義，一個是微小企業(yè)的制造;一個是制造微小產品。前者是微小企業(yè)參與了全球化的云端資源配置。正如淘寶網可以讓一個一個的個體戶參與其中，將產品售賣到全世界一樣：后者是微小產品的專業(yè)制造，企業(yè)無論大小，可以只需專注于某一個細微產品'這種企業(yè)更容易產生實質性的創(chuàng)新，有效帶動“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)新”的局面甚至形成“隱形冠軍”，真正推動實現“中國制造2025”。

　　3、低成本

　　按傳統(tǒng)的技術模式，沒有批量就沒有低成本。這個悖論，在未來的制造時代，必須通過資源的優(yōu)化配置，實現低成本下的專業(yè)化和個性化服務，才能夠很好地實現。針對未來井噴式的個性化需求的多樣性問題，東京大學坂村健教授提出“昆蟲綱現象”，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)好像哺乳動物綱(只有5萬左右物種)，而工業(yè)4.0催生的新領域更像是昆蟲綱(多達500萬物種)。這就要求所有的資源、流程，都要被充分納人到系統(tǒng)優(yōu)化之中，實現低成本的制造需求;

　　三、產品本體建設與智能制造

　　協(xié)同化、微制造、小批量、低成本生產模式的基礎，根源于對產品歸一化描述和管理。目前企業(yè)在推進信息化和數字化的過程中，最為頭疼的就是數據的分散和知識經驗的碎片化。而在多年的信息化建設過程中，也產生了大量的數據裂縫和數據窟窿。智能制造要求所有產品都是單一數據來源，從設計、工藝到制造的各個階段的BOM(物料清單表)都需要統(tǒng)一;而且產品自身只有具備了自定義屬性和經驗的繼承，產品跟設備之間才能進行深度通訊和控制，智能產品才能成為可能。

　　1、產品結構的單一數據源描述

　　傳統(tǒng)企業(yè)的PDM和BOM管理存在著多種形態(tài)，即使是同一個企業(yè)不同生產階段，也在不斷發(fā)生變化。目前管理軟件都是非常成熟的，然而如何打通產品各階段的數據連接，卻成為一個大問題。以飛機制造為例，上百萬的零部件，每個零部件有幾十個參數，它們以不同的方式被不同的單位所產出和擁有，同時存儲在不同結構的IT系統(tǒng)和設備系統(tǒng)之中，又遵循不同的標準規(guī)范要求，同時還要跟數千個供應商進行交互，從而產生了一個“產品數據爆炸”。這使得企業(yè)不得不在局部層面按照項目實施的方法解決問題，完全無法建立系統(tǒng)級的數據維護和知識經驗繼承。

　　通過產品結構的單一數據源描述，所有的零部件，都將被徹底的數字化。零部件的各種信息，從圖紙，到有效性的標識，到狀態(tài)變更，都有一條完整的記錄體系;而它與周圍產品、系統(tǒng)所發(fā)展的變化關系，也將被有效地進行記錄。

　　2、產品的自我身份化

　　每一個創(chuàng)意，每一個被設計的部件，都擁有自己獨立的ID身份，就好像被分配了一個獨立的網址，進行自記錄。所有有關信息都在不斷增長和添加，跟所有其他外物的關聯(lián)，都形成互鏈接，進行交互識別。換言之，被設計的產品本身，是智能產品，具備了獨立的自我表達能力。無論哪個環(huán)節(jié)的信息，從創(chuàng)意，到設計，到部件，到制造，到維修，到終端用戶使用，都記錄在它的身份信息中。通過既有的物聯(lián)網技術、服務網技術、廣域域名分配技術、大寬帶網絡等，從而使得一個產品具有“生命感知”的特征。

　　當一個零部件，進人另外一個產品;當一個產品進入到另外一個系統(tǒng)中的時候，該產品的身份，將停留在網頁最后指向的位置。因此，整個系統(tǒng)將可以產生回溯的作用;從而使得未來的故障查找與診斷，具有高度智能的可回溯特征。

　　3、產品的本體化表達

　　有了產品自身結構的單一數據源描述，有了產品的自我身份化，就可以逐漸建立產品本體。也就是，對從應用中分離出來的目標領域做形式化的、明確的描述。當前大多數應用里，產品的描述，往往有大量領域概念(應用邏輯)、數據(產品和過程)以及信息表現(演示)所組成的混合物。只有基于制造業(yè)詞表體系建設和領域模型的構建，將知識本體、任務描述與物理邏輯分離，從而幫助實現產品完成智能化的跨越，構建產品本體。產品本體，就是一個解耦合的過程，使得產品知識能夠自由地流動和表達。而自體系自學習自優(yōu)化建設產品本體的過程，就是知識自動化，即形成可執(zhí)行的文檔、可計算的知識體系、可執(zhí)行的流程模板，從而形成大量的工程中間件，使得無論是知識工作者，還是制造與仿真的工程師，工作效率才會大幅度提升。這樣，人類實踐過程中所積累的知識和各種經驗模板，就可以有效、重復性地加載在產品上，會使得設計與制造人員大幅度提高工作效率。

　　四、總結

　　早在2005年，美國提出了“聰明加工系統(tǒng)SMS”，其中最為重要的兩點內容就是：一是系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化，也就是將相關工藝過程和設備知識加以集成后進行建模，進行系統(tǒng)的動態(tài)性能優(yōu)化;二是設備特征化，即開發(fā)特征化的測量方法、模型和標準，并在運行狀態(tài)下對設備性能進行測量和通信等。從這些研究成果可以看出來，如何解決知識沉淀和經驗積累的循環(huán)利用，是提高制造的“聰明度”的核心問題。在此基礎上，2011年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布實施包括工業(yè)機器人在內的“先進制造聯(lián)盟計劃”。美國企業(yè)隨即提出了工業(yè)互聯(lián)網的概念。這些高端制造的競爭，強烈刺激了歐洲制造商的神經，德國隨后高調推出德國工業(yè)4.0,一時間成為最為炙手可熱的概念。然而，工業(yè)產品的數字化知識化基因，卻是這些各種智能制造技術的核心底層。

　　德國工業(yè)4.0不是一個新技術，而是一個基于德國工業(yè)既有優(yōu)勢的新體系建設，強化在頂層架構設計和互聯(lián)網的作用;而解構美國CPS系統(tǒng)時，需要關注其在系統(tǒng)工程的先天性優(yōu)勢，和成熟的產品知識庫的建設。中國制造2025,不是一味地追求大數據、云計算等新技術，也不是魯莽地去和德國比拼物理硬件，而是立足中國制造業(yè)實際，重構歷史積淀，補足體系性不足，構建數字化知識化生態(tài)系統(tǒng)，推動中國智造，從而實現彎道超車。