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           數據在智能工廠自動流動需要過“幾關”？

      本文為朱鐸先先生發表于中國互聯網協會會刊《互聯網天地》（月刊）2016年6月號文章，由《走向智能論壇》微信首發。朱鐸先是北京蘭光創新科技有限公司總經理，智能工廠名家，《三體智能革命》作者之一，是《走向智能論壇》核心專家顧問團隊成員。作者認為，數據自動流動是工業4.0的精髓。將數字化設備、產品聯入網絡，聯接一切可以聯接的數字化事物。聯接產生價值，聯接產生新的商業模式。未來的企業是價值驅動的企業，是數據自動流動的企業，而數據自由有序的流動是智能工廠的前提與基礎。

數據在智能工廠自動流動需要過“幾關”？

How can data flow in smart factory automatically?

 

1   引言

智能生產需要實現兩種不同性質的自動化，一種是生產裝備的自動化，另一種是數據流動的自動化。

生產裝備的自動化對制造企業而言是非常容易理解的，它是通過自動化的機床、機器人等各類自動化設備實現生產設備的過程自動化，但數據流動的自動化又該如何理解？在智能工廠中，數據是如何自動化流動的？需要經過“幾關”？

2   數據自動流動是工業4.0的精髓

在德國工業4.0戰略中，有縱向集成、端對端集成、橫向集成3項集成，這是工業4.0中非常重要的概念，是實現企業內、企業間價值流集成的關鍵。

縱向集成主要是將各種不同層面的IT系統集成在一起，例如，執行器與傳感器、控制、生產管理、制造和執行及企業計劃等不同層面（摘自德國工業4.0戰略計劃實施建議）。從信息化角度來看，就是在企業內實現研發、計劃、工藝、生產、服務等各環節間的數據自動流動，如圖1所示。

圖1縱向集成和網絡化制造系統

 

端對端集成則是通過產品全價值鏈和為客戶需求而協作的不同公司，使現實世界與數字世界完成整合。端對端集成更加突出了以產品的研發、生產、銷售、服務等為主線，實現企業間的數據自動流動，如圖2所示。

圖2 端對端集成

 

作為3項集成中的層次，橫向集成是指將各種使用不同制造階段和商業計劃的IT系統集成在一起，這其中既包括一個公司內部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司間的配置（價值網絡），即以產品供應鏈為主線，通過數據在企業之間的自動流動，實現一種社會化協同生產，如圖3所示。

圖3 橫向集成

 

由圖3可知，在企業內部的市場、銷售、管理、計劃、生產、工程各環節以及外部的設計人員、客戶、供應商、分包商等眾多角色之間實現了數據的自動有序流動。

通過德國工業4.0對3項集成的定義可以看出，工業4.0愿景中，在企業內部、企業之間、社會化的智能制造及服務中，數據自動有序的流動是實現智能制造的重要技術。

3   企業內部的數據自動流動是打造智能工廠的基礎

未來的企業是價值驅動的企業，是數據自動流動的企業，而數據自由有序的流動是智能工廠的前提與基礎。

3.1   機器聯機器暢通數據流

現在的電腦、手機等終端都接入了網絡。試想一下，如果這些智能終端不能聯網工作而只能單機工作，單是影響工作效率不說，幾天下來，我們就可能要崩潰了：沒有網絡，怎么工作？同樣，一臺機器即便自身的智能化程度非常高，能發揮的作用畢竟是有限的。

通過專業的設備物聯網系統，將網口、串口等不同的接口形式，不同的數字控制系統，數控銑床、數控車床、加工中心、機器人等不同的數字化機器進行聯網，實現機器的互聯互通，可徹底改變以前機器信息化孤島的局面，從而可以發揮機器集群控制的優勢，形成機器群體的數字化、網絡化、智能化，實現集約化、網絡化、柔性化的生產模式，如圖4所示。

圖4設備物聯網

 

聯網實現了機器與機器的通信，而機器遠程采集則實現了機器與人的交互。通過通信協議、傳感器和網絡等技術，對數控機床、熱處理設備（如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設備）、機器人、自動化生產線等各類數字化機器進行數據的遠程自動采集，可監控每臺機器的實時狀態和異常情況，對故障停機、關鍵工藝參數超差等重要事件，可通過計算機系統或手機短信等形式及時送達相關人員，實現機器狀態透明化、實時化的管理。通過機器的遠程診斷與主動式預測性維護，智能系統就像醫生一樣，在機器還沒出現故障之前就得到及時預警、保養、維修，為機器的健康、經濟、高效運行提供了保障。

機器互聯互通使得以前的“啞機器”能與外界交流，變得“耳聰目明”了，這也是智能化中“聯接促進智能”的一個典型應用。機器的數字化和網絡化，加速了賽博物理系統（CPS）的形成。“機器+CPS”讓機器具有了群體協作能力及智能化的認知能力。

3.2   人、機、物間數據自動流動，自組織的智能制造

通過互聯網+制造模式，實現人、機、物相互聯接和自組織的制造。在這方面，有些先進企業已經進行了很多有益的探索，并取得了良好的應用效果。

博世是德國智能制造的一個樣板企業。在洪堡的物流中心，設備與工件之間已經借由互聯網和傳感器建立起了實時聯系：每個工件或者裝工件的塑料盒里都有記錄產品信息的無線射頻識別電子標簽（RFID），每經過一個生產環節，讀卡器會自動讀出相關信息，反饋到控制中心由工作人員進行相應處理，絕大部分生產活動都可以實現自組織。比如，工件在什么位置，在什么機床上加工，加工的時間長短，物料庫存情況以及是否需要補料等。這些信息直接與生產管理軟件無縫集成在一起，生產過程中的所有數據均可在網絡上實現高效、實時的流動和可視化展現，可輕松有效地解決生產過程中遇到的問題。新系統投入使用后，工廠庫存減少了30%，生產效率提高了10%，由此節約的資金可達幾千萬歐元。

在博世北京工廠中，所有的機床也實現了互聯。一臺計算機管理所有的數控機床，程序集中存儲在中心服務器中，每臺機床需要加工程序時會遠程自動下載，機床的狀態一目了然，開機、關機、運行，加工什么產品，加工產品數量，故障信息，機床的利用率等，所有信息都自動、準確地顯示出來，實現了生產過程的透明化和自組織。

人、機器、物料是企業生產的三要素，通過數字化手段實現互聯互通和物理實體世界與數字虛體世界的深度融合，從而將制造業逐步推向智能化。聯接產生協作，聯接產生效益，聯接產生自組織，聯接產生智能。

3.3   虛擬世界與現實世界間數據自由流動，打造中國經濟“雙引擎”

2016年5月25日，李克強總理在貴陽出席“中國大數據產業峰會暨中國電子商務創新發展峰會”時指出，大數據新業態代表的創新理念要和傳統行業長期孕育的工匠精神相結合，推動虛擬世界與現實世界融合發展，重塑產業鏈、供應鏈、價值鏈，促進新動能蓬勃發展、傳統動能煥發生機，打造中國經濟“雙引擎”，實現“雙中高”。

4   互聯網+實現企業內外的數據自動流動

現在，互聯網+已經深入制造業，通過互聯網+，可以消除企業與消費者的距離，實現零距離交互的營銷等商業活動，更可以發揮互聯網在社會資源配置中的優化和集成作用，形成更先進的生產管理新形態。

（1）互聯網+數據流動，實現制造端與消費端的零距離交互

為實現從大規模制造向個性化定制的轉型，早在2012年海爾就開始了互聯工廠的實踐，致力于打造按需設計、按需制造、按需配送的體系。海爾通過“去中介化”、“去產品化”與用戶零距離地打造了用戶交互定制平臺，用戶可以遠程查看自己所購產品生產的全過程。定制選擇、訂單流轉、生產過程、物流運輸等各個環節中，用戶都將不再是被動的等待者，而是全流程的參與者、監管者。智能化的交互定制平臺將用戶、企業融為一體，極大地拓展了企業智能制造的范圍，企業內外互聯互通、協同生產，用戶與企業的關系更加緊密。

（2）互聯網+數據流動，重構企業生產管理新模式

隨著用工成本快速升高、市場需求頻繁變化、競爭進一步激烈以及數字化、網絡化、智能化等新技術的快速普及，為適應市場發展，滿足個性化、社會化、敏捷化的智能制造模式的需要，將來的工廠一定會改變當前“麻雀雖小，五臟俱全”的局面，一定會向充分利用社會資源方面發展，包括訂單、人員、物料、設備的共享，也一定會淡化工廠之間的邊界，甚至推倒橫亙在工廠與社會之間的圍墻，打破封閉、獨立的生產模式，構建成開放的、服務型的平臺，數據將在工廠內外、人機物之間、信息系統與機器之間通暢地流動，工廠不只是生產產品，更是生產數據，數據將成為企業的核心競爭力，工廠將不再是今天的工廠。

在這方面，青島海爾模具公司走在了行業的前面。為解決企業接單能力與企業人員成本這對矛盾，該公司于2013年開始著手打造“模具云設計平臺”，以期達到充分利用社會資源，改變以前工作全部由企業員工完成的封閉局面。現在，在這個平臺上，活躍著數百位經過技能認證、信用審核通過的企業外部工程師，企業將工作分解后在平臺上發布，這些被稱為“云端資源”的工程師會根據技術要求、價格、工期等信息實現遠程接單，任務交付并驗收通過后，通過在線實時支付薪酬，整個工作全部通過網絡實現了聯接、協作。這樣，通過“眾包”這種社會化協作模式，社會上各種技能的技術人員，包括國企、外企、民營企業以及學校中有初級技能的學生，均可利用自己的時間資源和智力資源，承接與自己技能匹配的工作，獲取相應的報酬，實現自身“剩余智慧”的價值。對企業而言，通過互聯網+的思想，在不增加員編制的情況下，可以將企業人力資源迅速提升數倍乃至數十倍，企業在效率提升、成本降低以及市場競爭力、抗風險能力等方面，都有了質的提升。

這種“云設計平臺”是一個典型的以工廠為中心，眾多“云端資源”配合的社會化協作模式。將來的工廠為解決供需信息不透明、不匹配的矛盾，避免工廠產能過?；蛴唵握也坏胶线m工廠的情況發生，必然要打破自身組織的“圍墻”，將自己的訂單、設備、物料、人員等信息通過社會化的平臺進行分享，實現企業—企業、企業—個人等多組織形態的社會化協作，構建“網狀”的社會化制造生態圈。

如同青島海爾模具公司探索的這種商業模式，未來，企業將不再是一個相對封閉的組織，而是一個可充分利用社會資源的、社會化的、具有高度智能調度和超級加工能力的組織。該組織不屬于任何企業，可以隨時隨地把他們的加工能力分享出去，承接世界上任何人、任何組織的訂單。

5   智能工廠，數據自動流動無極限

未來的工廠，一切以客戶價值為導向，承載知識的數據沿著產品價值方向而自由流動，從市場需求、產品研發、生產計劃、生產執行、市場營銷到售后服務，數據在收集、分析、決策、執行中增值，虛實精準映射，數字虛體世界指導、控制著物理實體世界的生產，解決了物理實體世界中的不確定性、多樣性和復雜性等問題，確保正確的數據在正確的時間發送給正確的人和機器，并進行正確的執行。同時，物理實體世界又通過反饋優化著數字虛體世界。虛實兩世界相互融合，共軛發展，共同實現智能化生產。

6   結束語

將數字化設備、產品聯入網絡，聯接一切可以聯接的數字化事物。實現企業信息化之間、設備之間、信息化系統與設備之間以及企業內外之間的信息化集成與聯接，賽博空間、物理實體通過數據流動而深度融合，并相互促進。

虛虛聯接、實實聯接、虛實聯接、內外聯接，網聯一切可以聯接的數字化事物。聯接產生價值，聯接產生新的商業模式。

未來的企業是價值驅動的企業，是數據自動流動的企業，而數據自由有序的流動是智能工廠的前提與基礎。

作者簡介：

朱鐸先，男，北京蘭光創新科技有限公司創始人、總經理，主要研究方向為數字化車間/智能工廠。

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