什么是智能制造？

智能制造即工业4.0

智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。

关于“智能制造”，在此之前，我国曾经就“智能制造”展开了热烈的讨论，这是一个具有战略意义的决策；在德国，它被称为“工业4.0”；在美国，这个名字叫做“工业互联”，但是这三个概念都是相同的，与传统制造业相比，其特征就在于万物互联与大数据分析。

智能制造对日常生活及生产制造的影响

关于基因测序，数据显示早在十年前，一次检测费用就高达5千万美元且检测时间长达几年，但如今检测费用已经降到了1万美元，只需几天便能得到结果，这就是智能制造对人类的巨大贡献。

而且据了解，目前人类智能手机每天所发布的文本信息量已经超越了全宇宙的人口数量，并且，每两天所产生的信息量就会远远超过公元元年到公元年的总和。不可否认，人类已经创造了海量的数据。

智能制造，“智”在何方？

企业需要智能制造做什么？

以中药制药行业的胶囊原料为例，假设按照传统制造方法可以每天生产一万颗胶囊，但利用智能制造技术可以每天生产十万颗胶囊，毫无疑问，一部分人认为这就是我想要的智能制造。但是，如果一部分的企业市场需求量很小，那么大规模的生产过程就会造成库存浪费等问题，进而占用企业的净运营资金。那么从这个层面来看，可能就不是大众所期盼的智能制造。

工业4.0的技术景观流程图

对于任何一家企业来说，一般工业4.0的技术景观流程图分为三个层面。

第一个层面为经营管理层，是属于企业高层所运用到的系统，主要包括企业资源管理系统（ERP）、市场部销售团队所运用的客户关系管理系统（CRM）和供应链管理系统（SCM）等；

第二个层面，从深层制造的环境来说，需要分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）等，它们的下面还会有各种实时传感器，如：温度变送器、压力变送器、仪表、各种阀门等；

而且在最顶端的企业资源管理系统（ERP）与底端的传感器分布式控制系统（DCS）之间，有一个桥梁，叫做生产制造执行系统（MES），以上所述被称为完整的智能制造环节。

智能制造的整体数据流向，首先是从传感器采集现场的数据，然后通过分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）进行读取，对现场设备进行实时的控制，进而产生海量的数据。在理想状态下，通过对这些数据的可视化分析，然后供管理层系统进行决策。

那么我们如何真正有效地利用这些数据？并且在企业资源管理系统（ERP）与其他数据系统之间架起一座桥梁，来实现实时性且无偏差性的沟通执行，这些都涉及数据的可靠性和实时性概念。

智能制造的关键因素

·自动化以及物料的流向。自动化是指机器人、AGV小车等机器设备；物料的流向是指原材料从加工、检验、装配、试验、存储、运输直到产品出厂的全过程，始于从供应商装运物料或零部件，终于将制成品或加工产品交付给顾客。通过这一系列的数据注入，才会有后续的可视化分析，所以底层数据很重要。

·如何进行数据可视化分析。

·如何进行数据的管理以及集成化。需要建立企业资源管理系统（ERP）与其他数据系统的联系，进而让管理层做出正确的决策。

工业4.0的四个阶段

按照共识，工业4.0即智能制造，被分为四个阶段。工业1.0是蒸汽机时代；工业2.0是电气化时代，其实早在年已经有一些比较简单的可编程逻辑控制器（PLC），仅可以对单体设备进行控制。例如，机器人只负责单一的生产平台，与其他的设备、人员、管理等没有任何关系；工业3.0是信息化时代，这时出现了生产制造执行系统（MES），它把分布式控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）线上所生产的数据与企业资源管理系统（ERP）进行连接；

工业4.0是智能化时代，用英文表达即productive，预测的含义。前三个阶段是属于被动性生产，而工业4.0是基于机器的学习以及其他手段进行预测，它会运用到大量的、先进的传感器，比如射频识别（RFID），对库房内的各种成品、原料进行位置的实时跟踪。

·从维修的角度出发，工业4.0会对关键设备进行提前的正确判断，例如何时需要维修？

·从生产的角度出发，工业4.0也可以进行自动的正确判断，例如批处理时间（BCT）会按照目前的温控压力控制，预测它会何时结束以及生产的产品是否合格。

对于企业来说，所划分的四个阶段并不意味着段位越高越好，这是一个误区。如果一个企业仅仅需要获得矿物原材料、与小苏打混合、碾碎、烘干、包装和销售，那么综合我国国情的人工成本方面的先天优势，完全没有必要去利用工业4.0的手段。

探究智能制造应从“需求”出发

从价值链的整体观点来看，主要包括以下流程：研发-商务-采购原料供应链-制造-产品交付供应链。那么整个过程中，要始终保持一个思维，就是“我们需要智能制造做什么？”

众所周知，产品的最终目的是为企业创造利润。一切活动都要根据客户需求（VOC）来优化生产流程，大致把这些需求分为三个部分：

·产品越便宜越好

·不仅便宜且质量要好

·生产中的灵活性

从这些需求出发，一般工厂制造流程中与智能制造息息相关的是物料与信息流管理、计划与排产、生产（核心制造环节）、维修和质量控制等。

·物料与信息流管理

在工厂，物料与信息流管理，有些是由供应链部门负责，有些则是属于库房的管理机制。物料与信息流包括四个部分，一是产品的进货出货，关于原料何时从仓库运送到生产区、运送多少等问题；三是由谁、用什么方法、什么时间运送到仓库；四是库房的内部管理。无论是哪个部分，整体制造流程关键就在于OTIF(即OnTimeInFull货物按时按量按质交付)，这个理念可以运用在库房、生产、维修、最终客户等各个方面。

目前，在物料与信息流管理上，智能制造技术已相当成熟，并起到了良好的成效。如果要将物料运送至工厂，卡车便要追求高效率，因此智能制造需要预先知道物料何时到达、停留时间长短、后续货物摆放的位置以及如何应对降级订单。

智能制造不仅可以对库房和劳动者能力进行最优化管理，在可持续性的战略管理上也取得了很大的进展，可持续性的战略管理主要是指对企业扩张模式的管理。

在智能仓库方面，智能制造可以确保货架的最大利用率。比如，运用智能制造的工具对包装形式进行优化，是选择绷带包装还是二十五公斤的小袋包装？经过前期的市场调查，了解到很多先进智能生产技术，可以对智能仓库进行优化，比如我们的国产品牌AGV小车，品质与稳定性俱佳；还有穿戴式手套扫描器，相较于传统手持式扫码枪，它们的效率和成本差不多。

另外，智能建议还可以为操作人员提供建设性意见，比如射频识别（RFID），对最终物料的实时位置进行跟踪，值得一提的是，射频识别（RFID）这个工具实际上并不能用于精确的智能追踪，以后在使用这项技术时要注意。

·计划与排产

计划与排产在企业中是非常重要的角色，其终极目标是可以最大限度的提高资源利用率和生产力。计划与排产不但是中小型企业的核心活动，也是一大痛点。

众所周知，工厂制造环节的核心部门就是生产团队，关键要确保设备的使用率和可靠性达到最佳。这样的话，就会涉及原料何时到达、维修的时间节点、原材料的在线监测等需求。但至今为止，还没有一款可以完美解决这个问题的智能制造软件。

目前这个软件都是源于企业定制，如果后续应用效果很好，才会推向市场。但遗憾的是，每个行业之间并不具有通用性，目前市面上众多的计划排产软件都来自电子行业或者汽车行业。

·生产（核心制造环节）

生产最核心的指标即OEE（总体设备效率），它是“最佳实践”指标，用于确定真正具有生产力的计划生产时间的百分比。OEE是以瀑布图的形式呈现，能够清晰的显示出制造各个环节的损耗，虽然目前一些智能制造软件可以做到这一点，但是智能制造的真正需求是如何运用最底层的设备来计算OEE（总体设备效率），比如已经花费两个小时了解到损耗发生在维修环节，那么所面临的需求是，如何把这两个小时缩减到最小值？

目前在外国领域，值得借鉴的软件有goldenbatch和trendminer。要在采集不同批次的数据后，自动进行机器的学习与判定，在判定达到一定速度量后，根据现有的控制方法，可以预测出批处理时间，如果系统的关键参数没有被控制住，系统就要自动发出警报。如果再用错误的方式来控制，继续进行提示，比如设备温度为度，压力控制在两公斤，会不会出现“产生废品”的警告。这种对“智能制造”的需求的思考，是我们必须要认真研究的问题。

·维修

维修是目前大部分工厂存在的痛点。维修分为常规维修、时间维修、条件维修和预测性维修。目前预测性维修具有很大的发展前景，虽然市场上已经涌现了很多预测性维修的软件，但也仅针对于关键设备和云端且价格十分高昂。

各种维修是基于一个比较完善的维修流程。当维修端出现问题后，生产部门会打电话通知维修部门，后续维修部门会进行优先级别划分，最后再进行相应的处理。

虽然维修与计划与排产也有相当大的关联，但维修也有属于自己的计划与排产。计划主要表现在，当维修出现故障时，工程经理会根据故障现状知道大概需要哪些资源、是否需要外面团队支持等；排产主要表现在，需要指定哪个技术员来做、排产的时间制定等。在整个过程中需要智能制造工具了解到技术员更换备件的时间、更换的何种备件、更换的成本，同时进行自主学习，分析出花费大量时间的原因，对团队提出非常中肯且实质性的建议。

如何运用智能制造创造更大效益？

·技术层面。利用智能制造优先配置现有资产来创造额外的价值，值得一提的是，并不是利用智能制造去购置额外的资产，而是要重点优化配置现有资产。

·管理层面。管理体系是以完成业务为导向，要更倾向于优化管理流程。

·理念层面。智能制造最终需回归到服务和满足人们美好的生活需求上来，对于企业来说，需要营造这种文化环境让员工更清晰地认识到智能制造的概念，才能有助于进一步提升企业的整体效能。

声明：本文由斯福瑞(南通)制药有限公司集团张永进在“中药绿色智能制药论坛”分享的《智能制造之我见》报告内容整理，经演讲嘉宾本人确认并同意公开分享。

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