图2 制造模式的

图3 制造业的数字化转型

德国工业4.0涵盖了很多技术，如自动化、机器人、系统集成、工业物联网、边缘计算、雾计算、云计算以及工业安全，还包括大数据分析、增材制造、仿真技术、增强现实技术等等。图5来自美国密西根大学金炯华教授的分享，可以看出美国人理解的智能制造也包括了智能的产品、智能的装备、智能的生产、智能的管理和智能的服务。智能制造是工业4.0的一个核心，企业应具有极具竞争力的产品，高度柔性化的工厂和运营，同时应带给社会可持续化的影响。

图5 德国工业4.0的核心要素（左）    智能制造是工业4.0的核心（右）

    美国人总结的实现智能制造的三个阶段：连接，柔性、自主，未来的企业将是一个自主化的企业。在推进智能制造过程中，我们认为工业软件站在了一个核心的位置。图6是处理订单的Y型结构，我们需要供应链管理系统、ERP系统（根据销售计划来制定采购和生产计划）；右边代表产品，任何一个产品都要建立一个产品创新平台，从而建立准确的产品数据。这两者的交互则通过制造执行系统，所以制造执行系统是一个重要的枢纽。CPS（cyber physical systems），通过3C（Computing、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，打通自动化数据与IT数据，实现工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。最底层即是实时的智能工厂。

图6 工业软件是智能工厂的枢纽

    图7是智能电子工厂的实例。企业面临质量成本压力、产量不可预见性、生产设备管理与维护、流程与设备自动化的挑战。这里应用了很多新兴技术，如下：

• 解析现有历史信息，变更记录，排程，维护事件等；

•     基于云平台的制造执行、机器控制与数据分析：提供工厂片区级的可视度，分析可行的工具任务分配以及开始时间。基于来自传感器的实时数据，创造智慧调度；

•     复杂生产系统的人机交互：在高科技的生产设施中，人机互动的直观操作与复杂的生产系统/工具的协调运行；

•     保障互联生产设备的安全：保障生产设施与操作的安全可控，同时保障工人的安全。

图7 智能电子工厂

我们可以看到，各行各业都在思考如何实现工厂的智能化。最近去日本考察参观了三菱电机名古屋制作所，图8所示第一张图是二十年前的一条电磁阀全自动生产线，当时设计的生产节拍是5s一个电磁阀，三个工人，正常运转率是60%。这个生产线长35m，宽8m，设备占地面积太大，面积生产效率低（部分供给装置占大部分），由于部件切换等转化工艺流程时间过长，无法提高运转率。国内好多生产线都是这样的。之后，他们将其改造成了长9m，宽4.9m的回字形生产线，通过人与设备的融合，形成了高运转率、省空间、高品质的生产系统。

图8 三菱电机名古屋制作所：从自动化到智能化产线

    图9是对新旧两条生产线的对比。由此看出，日本企业在对自动化生产线改造时还是很精打细算的，节拍并不是越快越好，而是要保证生产线的高运转率和高可靠性。

图9 新老两条生产线的对比

图10 增强现实技术的应用