智能制造到底是什么？20项技术你用了吗？

本文编译自Tab Wilkins在NIST网站上的文章“Five Steps to Being a Smarter Manufacturer”以及Steven Brand在CMTC博客上的文章“Don’t Get Left Behind, SMART Manufacturing is the Future for Small and Medium-Sized Manufacturers”，有删节。

在过去的几年，智能制造一直是业内专家、战略家和思想家间的热门话题之一。然而，尽管有很多媒体报道，许多制造业的前沿人士并不十分清楚智能制造到底是什么，或者为什么它们与企业组织相关。

简而言之，智能制造就是按照人和机器所需要的形式，使用实时数据和技术。

如果要寻找更全面的定义，有两个领先的组织提供了定义。

美国国家标准与技术研究院（NIST）的说法是，智能系统是“完全集成的协作式制造系统，能够实时响应，以满足工厂、供应网络和客户需求中不断变化的需求和条件。”

智能制造领导联盟（SMLC）将智能定义为“通过开放的基础架构来解决现有和未来问题的能力，从而使解决方案能够以业务的速度实施，同时创造有利的价值”。

智能制造的概念和成功实施预计将引发第四次工业革命。而且近年来还有许多其他的进步，都与技术连通性和数据访问、处理有关。

制造正在发展，业务也需要发展。 随着制造商将诸如物联网（IoT）、机器人技术、虚拟现实（VR）和人工智能（AI）等新技术融入其商业战略，第四次工业革命已经到来。智能制造—感知、测量、分析、报告和培训—将成为这一战略的重要组成部分。

麦肯锡全球研究院在其报告“物联网：超越假设的价值”中指出，到2025年，智能制造将产生3.9万亿美元到11.1万亿美元的总经济影响。报告指出，预计工厂是会对智能制造产生最大的潜在影响—每年高达3.7万亿美元。如果不前进，就会被淘汰。

幸运的是，不需要成为一家大企业也可以享受智能制造带来的益处。然而，人员、流程和技术需要保持平衡和协作才能达到效果。智能制造解决方案的其他关键组件包括：

• 设备和连接

• 数据采集

• 信息管理和可视化

• 数据分析和情报

• 商业决策

• 工作流执行

智能制造系统的大脑是制造中的数据。这为确定商业的健康状况提供了标记。然后使用这些数据进行一系列的分析规程，包括：

• 描述性：用于捕捉产品的状况，环境和操作

• 诊断：检查降低产品性能或失败的原因

• 预测性：检测即将发生事件的模式

• 说明性：确定改善结果或纠正问题的措施

关于智能制造的一个常见误解是，它将要求组织机构彻底改变他们目前的业务，投资先进的技术。而这些技术往往太复杂企业无法适应。一些改变是必要的，但实际上智能制造通过建立在制造商当前的能力基础上，大大简化了这一转变。

所涉及的关键概念之一是认识到数据的价值，是开发和管理的关键资产。换句话说，对于分析数据的系统来说，关键资产不是分析系统本身，而是数据。用生成的数据来构建和验证分析。对数据的这种强调使得我们对于在哪里集中资源有不同的思考。

对于任何运营目标，都需要有相关数据源。数据源可以像传真机、平板电脑或智能手机一样基本，或像广域传感器网络一样复杂。重点是，数据在运营目标的背景下是有价值的，而不是传感器的复杂性。有许多非常有价值的应用程序可以利用数据。

基础设施的变化需要适应在智能平台上使用和操作数据的应用程序，为制造商的基础设施最小变化提供便利。随着时间的推移，智能制造将会导致商业机会和运营的重大变化。

中小型制造商，距离“智能”有多远？

如果只是一个小型制造企业，那么提升改进流程的策略是什么呢？想要达到什么目的增加销售额、降低成本、提高效率、或者拥有更灵活的供应链？可能购买了硬件或软件以及使用该技术的许可证来帮助实现一个或多个目标。它还提供了与上游和下游供应商更有效协作的能力。

这里列出了成为智能数字企业的四个步骤。

首先，是网络安全。

网络安全是一个潜在的智能、值得信赖的商业合作伙伴。 越依赖制造业的数字平台，对于客户、供应商和投资者越希望有更高的安全性。

其次，了解智能制造。

国家标准与技术研究院（NIST）和智能制造领导联盟（SMLC）有两个智能制造的官方定义。 从本质上说，智能制造是将所有技术整合在一起进行监控、管理和改进的一种理念。

第三，意识到任何供应链都可能传递智能制造。

Capgemini咨询集团的数据表明，大多数美国乃至全球的大型制造商和零售商都在投资智能技术。他们发现，76％的大型制造商有智能制造计划，而56％的企业在过去的五年投资了1亿美元以上。随着大公司的投资和部署，智能制造业很可能渗透到供应链中，像及时、精益、ISO 9000一样成为规定或事实标准。

第四，列出清单，评估智能状态。

佐治亚州对500多家制造商的调研中，发现了20种重要的技术被广泛使用，用以推进智能制造的发展。包括用于库存和仓库跟踪的RFID，或用于计划、库存控制或采购（如ERP）的软件。

图1 制造商技术实施情况

如图1所示，紧随ERP、CAD之后，预防性维护已经成为制造商优先实施的第三个技术实施选项。

有了四个简单问题，可以帮助企业评估当前状态。更进一步的问题，包括是否在制造过程中安装了传感器，以及是否对这些元素连接和整合，从而进行数据访问和监控，并有效分析。

最大的挑战是人，而不是技术

早期成功的一个主要原因是与公司文化和团队成员的承诺相关。要记住，如果将技术的整合和使用与那些不能理解新技术如何让自己的工作变得更容易，而不是更难的员工结合，将会毫无用处。

对于一条成功的智能路径来说，员工支持非常重要，这也是智能制造实施过程中最大的障碍。

编译

杨晔：清华大学机械工程系博士，赛迪智能制造工程技术中心咨询顾问

编审

林雪萍：南山工业书院创始人、北京联讯动力咨询公司

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扒一扒：究竟是哪些智能制造技术，支撑了日本的装备制造业？

小姐姐有话说：

日本制造常常给人以质量可靠、做工精细、经久耐用的印象。自19世纪以来，日本工业经过200多年的发展，不断融入创新的管理理念、先进的科学技术，奋力追赶并居于世界制造舞台的前列。

相比于美国、德国等工业强国，日本工业制造偏重于高端制造业和精密制造领域，汽车及零配件、机床、机器人和电子电器已成为日本工业制造四大支柱产业，尤其在数控精密机床和机器人制造上独树一帜。日本机床品牌众多、技术最高，利润也是最高，其中大部分机床巨头有近百年甚至超过百年的历史。

当前，智能制造热潮席卷全球，日本企业已在其智能工厂的实践中迈出了一大步。今天就分享一下日本制造基业常青的奥秘。

01 行业专注、扎根制造

这次考察的日本企业，无一不是经过了数十年的发展，甚至走过数百年的风雨，然而，经过漫长的岁月，仍然坚守在自身的优势领域，发展壮大成为行业佼佼者。这些企业在发展中，不断吸纳最新的技术服务于自己的产品，并不断扩展产品的外延为客户提供新的服务，实现基业常青。现在，他们又利用新兴的物联网、传感器、机器视觉、人工智能技术，使产品越来越智能化，并围绕产品提供延伸的解决方案，继续走在行业的前列。

川崎重工开发的协作机器人可在一人的空间里与人协作，非常灵活；牧野机床利用IoT技术自主研发ProNETConneX系统，帮助客户最小化停机时间，延长设备寿命；

FANUC基于IoT技术的零宕机（ZDT）功能，在服务器上集中管理机器人的作业信息，通过移动终端对产品进行远程监控和故障预警等，实现零停机，提高机器人的运作率；

FANUC基于物联网的零宕机（ZDT）服务

Mazak iSMART Factory解决方案，实现设备互联，通过IoT技术采集设备运转的大数据，实现生产过程可视化，提高设备的OEE。

Mazak iSMART Factory解决方案

02 柔性化制造单元

源于扎实的数字化基础

柔性化制造单元在日本企业得到广泛应用，以适应多品种不同批量的制造需求。

在MAZAK，我们看到由加工中心、物流导轨、上下料机器人、自动化工装输送线组成的柔性自动化产线，自动完成零件的机加工过程，实现了720小时无人值守，诺大的车间里，只看到机器人忙碌的身影和物流车在轨道上回来穿梭，却很少看到工人的作业；

牧野机床通过由两台大型卧式加工中心、自动化去毛刺、清洗设备以及物流导轨组成的柔性制造系统（FMS），高效完成大型铸件的精密加工；FANUC的机加工工厂里由一组机器人、加工中心、在线检测装备、物流装备组成的独立单元完成部分工序的制造或装配，机器人负责上下料、物料定位、物料转运，并且实现了机器间的对话以完成单元内各工序。

马扎克大口工厂的FMS产线

而上述柔性自动化单元的背后实际上是扎实的数字化基础。 首先是三维模型贯穿于设计、制造环节。在牧野机床，铸件毛坯在加工前通过三维扫描仪拍照识别、与设计模型比对，自动生成加工参数，实现全自动的加工过程；

在FANUC，通过机器视觉识别毛坯，加工中心自动调用加工程序完成作业；在MAZAK，柔性制造单元可以根据加工要求从刀具库中自动调出刀具。

其次是二维码的大量应用，实现了以二维码为载体的制造过程和物流的自动化，MAZAK钣金件上的二维码承载加工参数、图纸信息，工人可根据二维码调出工艺。再一点就是模块化基础，FANUC的数控系统、机器人本体和智能装备都强调标准化、系列化、模块化，形成了完整的产品谱系，正是由于有了这样的基础，才有适合于不同谱系的制具，才有可能实现加工过程100%的自动化。

牧野机床的大型铸件精加工FMS

03 注重前沿技术的研究，应用取得实效

一周多日本工厂的走访发现，传感器、机器视觉、物联网、数据采集技术已作为成熟技术得到广泛应用。

三菱电机制造过程中机器视觉的应用

MAZAK iSMART Factory解决方案里充分利用物联网技术、数据采集技术，实现对全球工厂设备的实时监控；FANUC推出的零宕机服务以及牧野机床的ProNETConneX系统，都是利用物联网技术对所有的机器人或机床设备进行远程监控，通过收集和分析运转数据，实现预测性的维修维护，减少非计划性停机时间，从过去的事后维修转变为事前预防。

三菱电机的工具防错

三菱电机的智能工厂“e-F@ctory解决方案实现了利用IoT技术采集生产现场的数据，利用边缘计算技术加快数据处理与反馈，提高设备保养等业务的实时性能力。此外，对于新技术的研究也非常重要，三菱电机专门设置了前沿技术的研究部门，参与到新产品的设计中，推动产品与工艺创新。

04 不一味追求无人工厂，强调人机协作、人机共融

这次考察还发现，日本企业在产线设计与改造方面，注重成本与效率的平衡，对于新产品，在产品设计的同时就着手产线的改造规划，一次建成，减少重复投资，对于老产品的产线则是结合精益思想，从细节上一点一点优化。在新产品研发阶段，充分考虑自动化需求，三菱电机的伺服电机工厂利用定子结构优化的设计专利，实现了定子自动绕线，既提高绕线的效率又保持质量的稳定性。

此外，有选择地实现自动化也是成本与效率平衡的体现。虽然机加工工艺的自动化率可以高达100%，但在装配环节，由于多品种小批量、可能涉及到线缆等柔性配件的安装等因素，无法实现自动化，需要在自动化装配与手工装配中取得平衡。三菱电机的经验是结合产品产量、技术可行性以及投入产出比等因素有选择的使用自动化。

可儿工厂将生产线单元化，生产单元划分为三类：全自动、半自动、纯手工组装多种模式的产线，每一单元完成一部分组装，每一单元可组装20种以上的不同产品，不同生产单元的组合可以最优化的生产方案满足不同批量、不同产品的生产需求，还能达到均衡生产的作用。

川崎重工明石工厂采用一个流+单元生产+混流生产的模式，采用分段式的装配单元也有异曲同工之妙，通过自动物流装备搬运物料，人工装配，一天可完成40多台机器人，一条产线可生产上千种型号的机器人。

05 质量至高无上

日本产品，不管是工业产品还是日用消费品向来广受青睐。而产品高质量的背后，是质量管理的理念和质量保证的手段，新兴技术的应用进一步帮助企业提升质量管理效率。牧野机床基于质量第一的理念，在产品开发上工程师专注于产品质量不妥协，在制造过程上合理利用自动化技术保证质量稳定性。

FANUC强调产品可靠性，专门建成了产品可靠性实验室，采用专业的手段进行各种复杂、恶劣条件下的对产品进行极限测试，保障产品的高可靠性。MAZAK实现了制造精度的自动化检测，并将制造过程的工序与工人代码绑定，如机床出现问题，可以追踪到操作工人。

FANUC的电波暗室，用于产品在电磁环境中正常运行且不对周围其他设备产生电磁干扰的试验

三菱电机的“e-F@ctory解决方案”的应用，实现了质量信息和错误信息的可视化，利用标准上下限对比方式迅速发现质量问题，通过计算加快问题的分析与处理，防止质量问题进一步扩散。

06 绿色制造，与自然融合

也许是土地资源和自然资源匮乏的原因，日本人非常珍惜每一寸土地的利用，街道两边每家每户，不管门前面积有多微小，都一定会放上一两盆植物装点。日本的制造业企业同样也注重对周围环境的保护与保持和谐，FANUC和牧野机床胜山工厂坐落在富士山脚下，自然地融入到森林中；

FANUC明黄色的厂房在树林中格外显眼

MAZAK大口工厂隐身于乡村，脱去装备制造业沉重的外在形象，与周围的稻田和谐共处。杜绝空间浪费，车间里的空间尽量利用，MAZAK在产线上方架设刀具运输的轨道，川崎重工的装配工位四周布满整洁有序的工具“收纳”架，既节约空间，又方便取放。机床制造企业存在大量的机械加工，会大量使用切削液和产生废液，为了不增加自然环境的负担，牧野机床、MAZAK都采用了切削废液回收、处理、循环利用的系统。

当前，国家正在大力推进智能制造，推出不少政策促进国内企业转型升级、提质增效，然而，智能制造的推进不能盲目，需要开放视野，走出去，多学习与借鉴国外的先进经验，冷静、理性地推进建设，避免盲目投资，达到预期效果。

以上。来源：搜狐制造业生态圈

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