《智能制造的本質》:制造業數字化轉型升級的未來之路

                          發布時間:2021-11-08 16:00    來源:機械工業出版社

                          關鍵詞:《智能制造的本質》 未來之路 制造業數字化轉型升級

                          摘要:智能制造作為第四次工業革命的核心,已成為各個國家制造業轉型升級和高質量發展的關鍵。第四次工業革命給了我們絕佳的機會,中國近代以來第一次有機會與發達國家幾乎在同一條起跑線上起跑。但我國智能制造仍存在一些問題,簡單來說就是中國制造“大而不強”“缺芯少魂”,尚未掌握核心技術,沒有自己的集成電路和工業軟件,致使我國智能制造面臨困境。因此正確理解、全面認識智能制造,對我國制造業乃至國民經濟的發展具有極其重大的現實意義和歷史意義。

                            工業和制造業是大國的命脈,是大國核心競爭力的重要來源。“工業強則國家強”是全人類的共識。制造業作為一個國家經濟的原動力,左右著一個國家經濟的發展和人民生活水平的提高,同時推動著人類文明的進步。2020年,新冠疫情席卷全球,各行各業都陷入了停滯狀態,一些失去了基礎制造業支撐的國家幾乎喪失了基礎防疫物資的生產能力。

                            我國自1978年改革開放、2001年加入世貿組織后,2010年工業增加值超越美國,成為世界第一制造大國。隨著中國的崛起,繼西歐、北美之后,東亞成為世界工業和制造業的第三極。我國已連續11年成為世界最大的制造業國家,目前我國制造業對世界制造業貢獻占比已接近30%。

                            智能制造作為第四次工業革命的核心,已成為各個國家制造業轉型升級和高質量發展的關鍵。第四次工業革命給了我們絕佳的機會,中國近代以來第一次有機會與發達國家幾乎在同一條起跑線上起跑。但我國智能制造仍存在一些問題,簡單來說就是中國制造“大而不強”“缺芯少魂”,尚未掌握核心技術,沒有自己的集成電路和工業軟件,致使我國智能制造面臨困境。因此正確理解、全面認識智能制造,對我國制造業乃至國民經濟的發展具有極其重大的現實意義和歷史意義。

                            為此,本書作者、中國航空工業集團信息技術中心原首席顧問、工信部首批兩化融合專家、國家復雜產品智能制造重點實驗室學術委員會委員寧振波研究員通過對智能制造的定義、內涵、本質、架構、技術、未來等進行系統、深入的論述,對傳統制造業數字化轉型進行深刻的剖析,對實現路徑、模式和方法進行全面探討,以期助力傳統制造業的升級、產業數字化轉型、數字中國建設。

                            本書作者認為,智能制造的核心就是產品本身的智能化、產品系統結構定義的數字化、產品研制生產過程的數字化,以及龐大的零部件供應鏈的網絡化。

                            智能制造的目的是通過集成知識工程、制造軟件系統和控制技術對工人的技能和專家知識進行建模,使智能機器可在沒有人工干預的情況下實現定制化批量生產。

                            智能制造的本質,簡單來說可以歸納為三句話,第一,軟件化的工業技術;第二,軟件定義的生產關系;第三,生產關系的優化和重構。簡而言之:用軟件控制數據流,解決復雜產品的不確定性,這就是智能制造。

                            本書還將智能制造的實現架構分為五層,分別是企業聯盟層架構、企業管理層架構、生產管理層架構、控制執行層架構、智能設備架構層。

                            針對智能制造的實現精要,本書總結出了十六字箴言,即狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行。

                            要實現中國制造業的數字化轉型升級,第一步要做的就是“連接”,而連接的核心是工業互聯網平臺;第二步是“連續”,是產品研發的數字化,在這一步,知識產權保護是核心;第三步是“測量”,也就是生產現場采集的數字模型和理論上的數字模型的比對;第四步是“優化”,即根據比對結果,優化生產流程和設計方法。這四個步驟持續迭代,不斷優化循環。以此提升中國制造業企業的“創新驅動”和“提質增效”能力。堅實地走好這些步驟,經過幾十年的努力,中國的制造業數字化轉型一定能夠走到世界前列。

                            在新一輪科技革命的大背景下,本書對于當前產業數字化轉型、數字中國建設具有特別重要的意義,是一本既有理論高度,又有實踐深度的好書,會給處于數字變革不同階段的廣大企業提供很多新思路,特別推薦從事工業和制造業、智能制造、工業互聯網、數字化轉型、工業軟件開發的企業、研究機構、政府機關、科技及產業管理部門以及理工科大學的相關老師和同學們研究學習。

                            本書因其學術價值和實踐價值獲得了中國工程院院士李培根、中國科學院院士陳潤生、中國工程院院士劉永才、華為公司董事陶景文等眾多大咖的傾情推薦。相信本書的出版能給更多從事智能制造研究、實踐工作的人帶來更多啟發。

                           

                          延伸閱讀:《智能制造的本質》新書介紹

                          主書名:智能制造的本質

                          從源頭到本質、從方法到實踐系統論述智能制造的本質,李培根院士、陳潤生院士、劉永才院士等傾情推薦

                          星級:★★★★

                          ISBN:978-7-111-69036-8

                          作者:寧振波 著

                          定價:99.00元

                          出版時間:2021.10

                          開本:16開

                          頁數:300頁

                          出版社:機械工業出版社

                          上市時間:2021年10月

                           

                          ◆主要賣點◆

                          軟件化的工業技術

                          軟件定義的生產體系

                          生產關系的優化和重構

                          從源頭到本質、從方法到實踐系統論述智能制造的本質

                          中國工程院院士、華中科技大學原校長李培根;中國科學院院士、生物物理研究所研究員陳潤生;中國工程院院士、中國航天科工集團科技委委員劉永才;中國船舶集團有限公司總經理楊金成;中國工程院制造業研究室主任、國家制造強國戰略咨詢委員會委員屈賢明;華為公司董事、首席信息官陶景文;中國工程院戰略咨詢中心制造業研究室外聘專家、國家智能制造標準化專家咨詢組副組長董景辰;清華大學軟件學院院長、教授王建民;哈爾濱工程大學黨委副書記、教授夏桂華;一汽解放集團股份有限公司董事長胡漢杰;中國航空研究院科技委主任孫俠生;北京聯訊動力咨詢公司總經理林雪萍傾情推薦

                          ◆目標讀者◆

                          • 制造業管理及研究人員

                          ◆上架建議◆

                          智能制造

                          ◆ 名人推薦 ◆

                          寧振波先生在數字化、智能化設計與制造領域有很深的理論素養,且有豐富的實踐經驗。更難得的是,他在諸多問題上有自己的獨到見解?!吨悄苤圃斓谋举|》一書,總結了他學習智能制造的心得,也凝結了他在實踐中的感悟。這本書值得廣大從事智能制造相關工作的人士學習參考。

                          ——華中科技大學原校長、中國工程院院士,李培根

                          數字化轉型的顯著特征,正給各行各業帶來前所未有的變化。數字化技術和制造業的深度融合是進入智能制造大門的金鑰匙。寧振波老師在本書中結合自身的深入研究思考和前瞻洞見,對智能制造的本質展開了一系列深入系統的論述,對廣大制造企業的數字化轉型和智能制造的進步有很強的指導性,值得一讀。

                          ——中國科學院院士、生物物理研究所研究員,陳潤生

                          《智能制造的本質》一書是作者基于長期從事飛機設計制造的實踐所積累的豐富、深刻認識,對智能制造的定義、內涵、本質、來源、演變、發展及落地實施進行了系統、精辟的論述,書末還附有作者對飛機設計技術發展的系統總結。該書對于當前數字經濟發展、數字中國建設具有特別重要的意義,非常值得閱讀、學習。

                          ——中國航天科工集團科技委委員、中國工程院院士,劉永才

                          智能制造的本質一書解讀了智能制造的內涵,對隸屬于人文社會科學領域的智能和自然科學領域的工業和制造做了詳細的解剖。從飛機這個復雜產品入手,從產品策劃、概念設計、方案設計、產品設計、試制、試驗、批生產、交付以及交付后的運營、維護維修,以及各類管理和決策等方面,系統性地分析了智能制造,是一本有自己獨立思考和創新思想的好書,對當今中國工業和制造業的數字化轉型有著深刻的意義,特此推薦。

                          ——中國船舶集團有限公司總經理,楊金成

                          《智能制造的本質》一書,從工業革命歷程開始,重點放在復雜產品研制流程的解析上,并把先進的數字化技術廣泛應用于制造業,提升制造業的產品質量,提高企業效益,最后完成傳統制造業的升級改造。這也是國家推動的數字化轉型的內涵。因此,現階段把智能制造的本質、實質和內涵定義為數字化是準確的。特別推薦從事工業和制造業的工程師、技術人員和管理人員學習。

                          ——中國工程院制造業研究室主任、國家制造強國戰略咨詢委員會委員,屈賢明

                          智能制造通過引入數字技術,打破物理與數字空間邊界,從而實現貫穿產品設計、制造和運行(維護)的產品全生命周期重定義,從設計態到運行態實現全要素的連接和實時反饋,加速圍繞快速變化的用戶需求和提升用戶體驗所做的創新,是制造業數字化轉型的核心關鍵。本書結合作者在航空工業多年的實踐經驗,從源頭到本質,從方法到實踐,對智能制造進行了清晰和卓見的闡述。推薦此書給開展企業數字化轉型的同仁們。

                          ——華為公司董事、首席信息官,陶景文

                           

                          什么是智能制造?這個問題從國內引入智能制造這個概念開始,一直是業內討論的熱點。作者長期從事航空工業的智能制造實踐,有豐富的實戰經驗?,F在將自己的切身體會上升到理論的高度,對智能制造的本質做了深入淺出的表述,必將對學術界和企業界起到很好的指導作用。

                          ——中國工程院戰略咨詢中心制造業研究室外聘專家、國家智能制造標準化專家咨詢組副組長,董景辰

                          本書從作者幾十年飛機研制的實踐出發,尤其圍繞20多年前中國第一架全數字樣機的研制工作,是攻堅克難后積累的經驗和知識點的深刻總結。從飛機研制的設計、工藝、制造、試驗、保障全過程的角度,對智能制造的定義、內涵、本質、架構、技術、未來等進行了系統、深入的論述。本書對于當前產業數字化轉型、數字中國建設具有特別重要的意義,特別推薦從事工業和制造業、智能制造、工業互聯網、數字化轉型、工業軟件開發的企業、研究機構、政府科技與產業管理部門以及理工科大學的相關老師和同學們研究學習。

                          ——清華大學軟件學院院長、教授,王建民

                          本書從飛機研制入手,深刻解讀了智能制造一詞的本質,是我看到的第一本從工程實踐總結提升到如此理論高度的著作。中國工程院發布的中國智能制造的發展路徑是“機械化-電氣化-自動化-數字化-智能化”五部曲,本書深入淺出地闡述了為何必須打好企業數字化轉型這一仗:企業數字化程度越高,就離智能制造越近。然而,智能制造的基礎是工業軟件的系統化應用,高端工業軟件是國家間競爭的重要領域,作者的前一本書《鑄魂:軟件定義制造》對此有全面的論述。本書面向理工科大學的研究生和制造業企業技術人員,能夠開闊視野、增長知識、提高能力,是一本難得的好書。

                          ——哈爾濱工程大學黨委副書記、教授,夏桂華

                           

                          寧振波老師在本書中瞄準智能制造的起源、發展和未來, 結合自身在飛機設計制造行業的實踐經驗和對智能制造的深刻思考,對“數智轉型”這一時代熱點課題進行了精彩獨到的回應,對智能制造的本質、核心、關鍵均做了系統闡述。在新一輪科技革命背景下,對于各企業轉型轉什么、如何轉等都有很強的指導和借鑒意義, 是一本既有理論高度又有實踐深度的好書,會給處于數字變革不同階段的各企業提供很多新思路,十分推薦。

                          ——一汽解放集團股份有限公司董事長,胡漢杰

                          以智能制造為主線的工業體系轉型升級是全球大勢。如何準確、全面、深入地理解智能制造? 作者結合自身幾十年來從事飛機研制的經歷、長期思考與實踐,給出了一個合理的答案;20 世紀80 年代以后,波音公司引領的飛機數字化研發體系的建設就是一個很好的案例,智能制造的本質就是數字化, 就是工業軟件的大規模應用與推動。因此推薦本書給從事制造業的管理者、工程師以及理工科大學教師和學生學習。

                          ——中國航空研究院科技委主任,孫俠生

                          智能制造是一個超越時代的熱點話題。它在為工廠現場提供答案的同時,也拋出了很多棘手的問題。憑借多年的飛機制造經驗與廣泛調研的知識沉淀,寧老師以非凡的勇氣和寬廣的視角, 伸手接住并回答了這樣的困惑, 從而讓工廠的實踐變得更加豐滿。立體剖析,絲絲入扣,值得一閱。

                          ——北京聯訊動力咨詢公司總經理,林雪萍

                          ◆關 鍵 詞◆

                          智能/制造/本質

                           

                            ◆編輯推薦◆

                            軟件化的工業技術

                            軟件定義的生產體系

                            生產關系的優化和重構

                            從源頭到本質、從方法到實踐系統論述智能制造的本質

                            中國工程院院士、華中科技大學原校長李培根;中國科學院院士、生物物理研究所研究員陳潤生;中國工程院院士、中國航天科工集團科技委委員劉永才;中國船舶集團有限公司總經理楊金成;中國工程院制造業研究室主任、國家制造強國戰略咨詢委員會委員屈賢明;華為公司董事、首席信息官陶景文;中國工程院戰略咨詢中心制造業研究室外聘專家、國家智能制造標準化專家咨詢組副組長董景辰;清華大學軟件學院院長、教授王建民;哈爾濱工程大學黨委副書記、教授夏桂華;一汽解放集團股份有限公司董事長胡漢杰;中國航空研究院科技委主任孫俠生;北京聯訊動力咨詢公司總經理林雪萍傾情推薦

                            ◆內容簡介 ◆

                            本書對智能制造的定義進行了分級解讀。制造是工業體系,隸屬于自然科學領域;智能是人類的特有屬性,隸屬于社會科學領域。理解智能制造的本質,首先要解剖這四個字。“造”僅僅是生產的概念;“制”則含有系統的思想,也是制度、標準、規范、方法;制造不同于生產。制造包含了產品策劃、概念設計、方案設計、產品設計、試制、試驗、批生產、交付及交付后的運營、維護維修,以及管理和決策的方方面面,制造包含生產。人工智能是把人類已經擁有的、常年積累的算法、方法和知識,轉變成軟件和模型,由計算機執行的過程。人類通過工業革命積累了大量有關產品研制的設計知識、工藝知識、生產知識、設備維修知識、管理和決策知識等,而且這些知識經過反復驗證被證明是成熟的。人類把這些知識轉變成工業軟件和數字化的產品模型,這些軟件和模型在計算機上的執行,實現了對數字產品和物理產品更好的控制,對制造資源更優化的配置,形成了全新的產業形態,這就是智能制造的本質。

                            ◆作者簡介◆

                            寧振波

                            研究員,中國航空工業集團信息技術中心原首席顧問,工信部首批兩化融合專家,國家復雜產品智能制造重點實驗室學術委員會委員,曾任航空工業西安飛機設計研究所研究室主任、航空工業301研究所副總工程師、金航數碼科技有限責任公司副總經理、西北工業大學兼職教授,2019年出任中國船舶獨立董事。

                            多年來擔任多個行業和企事業單位外聘專家,參與CCTV多個工業制造的電視片制作專訪欄目。參加多型飛機研制,多次獲科技進步獎,榮立多級別的一、二、三等功十余次。

                            2002年參與飛機制造業數字化工程并編制八冊數百萬字系列叢書。近15年來,發表有關制造業數字化設計、制造、試驗、管理以及智能制造的學論文數百篇,被國家圖書館收錄多篇。2017年參與編寫中國工程院周濟院長主持的《中國智能制造發展戰略研究》。著作有:《三體智能革命》(2016年)、《智能制造術語解讀》(2018年)、《鑄·魂:軟件定義制造》(2020年)。2004年獲國家科技進步二等獎,2019年12月12日在人民大會堂獲“2019第15屆光華龍騰獎·中國設計貢獻獎金質獎章—新中國成立70年·中國設計70人”。

                            ◆圖書在版編目(CIP)數據◆

                            智能制造的本質 / 寧振波著. -- 北京 : 機械工業出版社, 2021.9

                            ISBN 978-7-111-69036-8

                           ?、? ①智… Ⅱ. ①寧… Ⅲ. ①智能制造系統-制造工業-研究-中國 Ⅳ. ①F426.4

                            中國版本圖書館CIP數據核字(2021)第178059號

                            ◆目錄 ◆

                            自 序

                            第一章 制造技術的發展、演化、進步和變革

                            第一節 秦始皇一統天下的秘密

                            第二節 蒸汽機:第一次工業革命的基礎

                            第三節 電力和流水線:第二次工業革命的進步

                            第四節 計算機與核能:第三次工業革命的起飛

                            第五節 走向智能:第四次工業革命的曙光

                            第二章 智能制造的本質

                            第一節 什么是智能制造

                            第二節 智能制造的體系和架構

                            第三節 軟件化的工業技術

                            第四節 軟件定義的生產體系

                            第五節 生產關系的優化和重構

                            第三章 智能制造溯源之路

                            第一節 深入認識BOM和BOP

                            第二節 從數字化產品定義(DPD)開始

                            第三節 嵌入式軟件是產品構成

                            第四節 復雜產品的解耦與重構

                            第五節 企業流程與持續優化

                            第四章 打好基礎,落地生根

                            第一節 PLM:產品全壽命周期概覽

                            第二節 數字化:從工程研制階段開始

                            第三節 上甘嶺:從數字樣機到MBD

                            第四節 提性能:用數字仿真指導試驗

                            第五節 制產品:企業的MBD 戰略轉型

                            第六節 保運行:從MBD到IETM再到MRO

                            第五章 理清概念,輕裝前行

                            第一節 模型及其演變過程

                            第二節 從CPS(賽博物理系統)到HCPS

                            第三節 數字孿生的過去與未來

                            第四節 數字化主線串起制造產品的整個流程

                            第五節 “兩化融合”“工業互聯網”和“智能制造”

                            附錄

                            飛機設計技術的發展和展望

                            飛機研發全壽命周期簡述

                            飛機設計的發展歷程

                            先進飛機設計技術的發展

                            結束語

                            專業術語表

                            后記

                            參考文獻

                            ◆前言◆

                            工業革命是人類永遠的話題。作為一個飛機設計工程師,我對工業和制造業有著常人難以想象的關心和熱愛。近幾年我發現了一本好書,這本書就是2017 年上海社會科學院出版社出版的《拼實業:美國是怎樣贏得二戰的》,作者是美國的阿瑟·赫爾曼。這本書的內容讓我極受感動,因此我也推薦給了很多關心工業和制造業的好朋友,得到了一致的好評。這里我把這本書前言中的部分內容和大家共享:“這本書是有關第二次世界大戰中那些被遺忘的美國英雄們的故事,在戰爭之中,這些英雄們并沒有身穿軍裝,他們身上穿戴的是職業正裝,是粗布工作服和法蘭絨上衣,是眼鏡和闊邊高頂氈帽,是小禮帽和安全帽,是白大褂,是電焊皮手套,是帶有圖案的頭巾。”

                            “他們是美國的工業界人士、工程師、生產經理和產業工人,這些平凡的男男女女,裝備了有史以來最令人敬畏的戰爭機器。這樣一支產業聯軍武裝了同盟國的軍隊,擊敗了軸心國的大軍。生產了8.6 萬輛坦克、250 萬輛卡車和50 萬輛吉普車、28.6 萬架軍用飛機、8.8 萬艘海軍艦艇、5600 條商船、4.34 億噸鋼鐵、260 萬挺機槍和410 億枚各式炮彈子彈;當然還包含了原子彈。”“許多人為此付出了極為沉重的代價。在涉及戰爭方面的產業就業的美國工人傷亡很大,其數字是同時期美國軍方人士傷亡數字的20 倍。為保證美國贏得戰爭的最后勝利,僅通用汽車公司一家企業就有189 名高管在戰爭期間以身殉職。”工業和制造業是國家命脈,“工業強則國家強”是人類的共識。

                            第一次工業革命發生在18世紀的英國,英國發明了蒸汽機,經過不斷的改進完善,加上珍妮紡紗機,奠定了第一次工業革命的機器基礎,以此帶動西歐國家進入了工業革命時代。隨著歐洲大量人口移民北美,美洲大陸的開發拓展以及歐洲和北美的交通需求促成了第二次工業革命。這一次工業革命發生在美國,是以電力革命為代表的。第三次工業革命也發生在美國,是以計算機為代表的一系列的技術如航空、航天、核工業、生物醫學、激光等技術進步為標志的。這些多學科的學術、多門類的技術進步,引領并持續帶動人類踏入了新一代的工業革命的大門。第二次世界大戰后,隨著日本、韓國工業和制造業崛起,中國自1978 年改革開放、2001 年加入世貿組織后,2010 年工業增加值超越美國,成為世界第一制造大國。隨著中國的崛起,繼西歐、北美之后,東亞成為世界工業化和制造業大發展的第三極。

                            2021 年3 月1 日,在國務院新聞辦公室舉辦的新聞發布會上,工業和信息化部部長肖亞慶稱:“回顧過去5 年,中國工業增加值由23.5 萬億元增加到31.3 萬億元,我國連續11 年成為世界最大的制造業國家。制造業的占比比重對世界制造業貢獻的比重接近30%。”

                            中國工業和制造業的快速發展,逐步形成了全球的三大工業區:西歐、北美、東亞。有意思的是這三大工業區都處于地球上的北溫帶。近十多年的數據表明,工業化國家也面臨著極大的挑戰:工業國家人口持續的老齡化;制造業持續的創新和技術進步,帶來了難以消化的產能過剩;加速融合的全球化也促進了競爭加??;各工業化國家普遍面臨經濟增長乏力的困境。這一切都亟待新一代創新和技術革命加以解決。不約而同地,全球都把眼光盯在了數字化轉型這個大方向上來,德國于2013年在漢諾威工業博覽會上發布的“工業4.0”、美國的“工業互聯網”、中國于2015年提出的“中國制造2025”等國家級工業體系轉型升級規劃都是為了解決以上難題提出的解決方案,這就是數字化轉型的“為什么”。

                            數字化轉型“是什么”?2016年9月出版的《三體智能革命》一書中,作者群體在世界上第一次明確提出了“物理實體、意識人體、數字虛體”的概念以及內涵解讀,2017年中國工程院《智能制造發展戰略研究》中提出“從智能制造的二元論CPS走向智能制造三元論HCPS”,也把人類創造的“數字虛體”作為重要的研究對象。我們認為:數字化轉型不是簡單地把電子計算機技術和工業軟件應用到傳統的工業管理模式和產品研發體系中,嚴格地說它應該是一場徹頭徹尾的革命。

                            為了說清楚這個問題,我們以網約車打車為例:過去我們出行,站在路邊等候出租汽車,一直等到有空車駛過我們身邊才可以上車,然后告訴出租車司機目的地的地址?,F在整個游戲規則變了,打車者要在自己的手機上進入打車App,確定上車地點、到達地點,發出呼叫,附近的空車得到指令,司機師傅就會趕到叫車的地點接指定的客人。如果別人在路上攔這輛車,是不可能成功的。實際上這就是數字化轉型的典型案例。以前,出租車公司也會用計算機和軟件來實現人事管理、財務管理、車輛管理、維修管理等各項事務性工作,但那些僅僅是計算機技術的簡單應用而已。

                            作為數字化轉型的體現,網約車打車實際上是我們人類重新構建的一個基于計算機和通信技術、軟件技術、AI技術的虛擬數字空間,所有車輛、司機、顧客都在這個數字空間的控制下運行。從這個案例我們可以看到:系統性的數字虛擬空間建設才是數字化轉型的核心。

                            回到我們制造業,數字化轉型“轉什么”?我們就是要構建一個虛擬的數字空間,具體來說對離散制造業就是構造完整的數字樣機(DMU),以此來指導我們的產品設計、工藝設計、生產制造、試驗測試、質量檢測、維護維修等復雜過程,支撐企業管理和決策。以此提升我們的產品質量、降低研制成本、縮短產品研制周期。這已經為眾多的成功案例所證明。

                            對制造業來說,數字化轉型該“怎么轉”?筆者認為:要針對企業的主價值鏈下手,從產品策劃、產品研發、工藝、生產制造、產品交付、市場銷售、客戶服務等做起,當然這也是最難的,有了企業的主價值鏈上的準確的數據、完整的數據、實時的數據,管理和決策就容易了。很多企業往往感到非常困難,喜歡繞道走,先做數字化管理和決策支持等,這就會進入誤區,很多失敗案例已經證明,這里不做細節描述。

                            工業和制造業企業數字化程度越高,工業軟件集成度越高(當然應用的工業軟件數量越大、用的面越廣),這家企業離智能化就越近。實現了數字化轉型的企業,實現智能制造就是臨門一腳的事情。因此,本書起名為《智能制造的本質》,其核心就是產品本身的智能化、產品系統結構定義的數字化、產品研制生產過程的數字化,以及龐大的零部件供應鏈的網絡化。因此,《智能制造的本質》就是高水平數字化技術的大規模應用。

                            我們中華民族在世界人類歷史上和工業革命從來沒有如此之近,并深深參與且融入全球第四次工業革命中,這是我們中華兒女近幾十年拼搏和努力的結果。

                            筆者一生從事離散復雜產品設計制造工作,對流程行業了解不多,因此本書只對離散行業進行了重點闡述,而沒有對流程行業進行描述。當然,制造業領域博大精深,即便是離散制造業,限于知識與閱歷,筆者對離散制造業的認識也并不全面,不當之處,請各位讀者多多指導。

                            是以為序。

                            中國航空工業集團公司信息技術中心原首席顧問

                            中國船舶獨立董事

                            寧振波

                            2021 年6 月1 日

                            ◆精彩摘要◆

                            智能制造是國際公認的實現工業體系轉型升級的新一代工業技術,能夠從根本上提升我國復雜產品的創新能力和研制水平,因此正確理解、全面認識智能制造,對我國制造業乃至國民經濟的發展具有極其重大的現實意義和歷史意義。

                            現代工業體系可以分為39 個工業大類、151 個中類、525 個小類。中國是世界上唯一全部工業門類齊全的國家。但是,由于中國與第一次、第二次以及第三次工業革命的黃金時期失之交臂,使許多高端技術都掌握在西方國家手里,中國制造“大而不強”。第四次工業革命給了我們絕佳的機會,中國第一次可以和發達國家幾乎在同一條起跑線上起跑。我國制造強國的國策就是以兩化深度融合為主線,以智能制造為突破口。但是我國智能制造所存在的問題,簡單來說就是“缺芯少魂”:集成電路芯片是“芯”,工業軟件是“魂”。不能掌握核心技術,沒有自己的集成電路和工業軟件,我國的智能制造是難以實現的。

                            在過去很長一段時間里,許多人錯誤地認為智能制造就是自動化的生產方式。認為機器人換人、無人工廠、黑燈工廠就是智能制造的“代表”。實際上,這是對智能制造非常片面的認知:機器人換人,解決的是生產現場的手工勞動問題;無人工廠、黑燈工廠解決的是生產線的人工控制問題。類似的,無人倉儲、無人物流也不能代表智能制造。

                            自動化設備在得到手動或自動輸入的控制指令后,通過系統閉環,根據傳感器所獲取的反饋信號,就可以依照人的意愿自動執行一系列任務。在整個自動化系統中,最重要的依舊是控制端。它離不開人的控制,什么時候開始、什么時候結束,都需要由人來決定。自動化系統可以替代人完成繁重的體力勞動,甚至輔助人完成一些簡單的腦力勞動,但終究無法替代人做出最終的決策。也就是說,無論是機器人換人、黑燈工廠還是無人倉儲,都是在工作現場實現了無人化,并不是真正地實現了智能制造。要說清楚智能制造是什么,我們就必須從源頭講起。

                            什么是制造

                            要正確理解智能制造,首先必須理解什么是“制造”。制造,包含了“制”與“造”兩層含義。“造”相對比較簡單,就是生產。但制造不僅是生產,首先“制”在英文中有“系統”的含義,在中文釋義中,也包含有制度、方法、標準和規范等意思。由于“制”的含義非常廣泛,宏觀的“制造”包括產品策劃、方案設計、產品設計、工藝設計、生產過程、生產交付、運行、維護維修、管理、決策等重要環節和復雜管理體系。

                            改革開放初期,我國浙江、江蘇、福建和廣東沿海涌現出大量的“三來”加工,它們使用國外的設備、國外的原材料、國外的圖紙和工藝進行產品加工,最后再銷往國外。這里所說的“三來”加工,就是代生產,或者叫轉包生產。在“三來”加工過程中,從原材料的采購、入庫、出庫、運輸,到工人根據圖紙和工藝手冊操作相關的設備,把原材料加工成滿足需求的各類產品,這個完整的過程都根據國外已經規定好的相關標準進行,所以只能稱之為“造”,并不是嚴格意義上的“制造”。

                            制造并不等同于生產,兩者不能混為一談。生產僅僅解決產品生產過程中的具體問題,而制造涉及產品研發、產品設計、工藝設計以及生產過程,同時還涉及產品生產過程中的管理、產品的交付,以及交付之后的維護、維修和運行。除了產品的研發、生產、交付及服務,企業的運行也必須符合整個制造體系。

                            企業非常復雜,一個工業企業包括產品供銷、財務管理、質量管理、生產管理等一系列流程。我國制造業大而不強,根本問題就出在研發能力不足上。而研發能力歸根結底就是創新能力。

                            “智能”是什么

                            《三體智能革命》和《機·智》這兩本書描述了人類智能、機器智能、人工智能。智能制造就是為傳統的制造賦予智能,這里的“智能”就是指“人工智能”。傳統的人工智能,通俗地講就是將專家學者的知識、經驗、方法等驗證無誤的內容編譯成軟件,由計算機執行的過程,也就是說人工智能是把人的知識轉化為計算機的知識。計算機支持軟件運行,生成模型,完成工業產品的研制、生產、運行、綜合管理等復雜過程。

                            研發是產品創新的源泉,制造業過去是基于實物制造,也就是愛迪生的試錯法,而今后的制造,實際上是在千百年來人類大量知識積累的基礎上,進行的“智能制造”。如果沒有實物產品制造的知識,就沒有產品知識、工業知識、設計知識、工藝知識、生產制造知識、設備維護維修知識、管理知識和銷售服務知識等,我們把人類經反復驗證后成熟的知識編制成工業軟件,由計算機來執行,這就是智能制造。

                            探討知識管理和知識工程,我們需要學習西方提出的DIKW(D 即數據Data;I 即信息information;K 即知識knowledge;W 即智慧wisdom 或智能intelligence)模型,我的解讀就是:把數據采集出來、提煉形成信息,信息關聯起來形成知識,再優化迭代成了知識體系,知識升華就會產生智慧和智能(圖2-2)。在智能制造體系建立過程中,工業軟件是必不可少的一部分,是工業識的結晶?!惰T魂:軟件定義制造》(機械工業出版社,2020 年)就是從工業體系著手認識工業和工業軟件的一本書。

                            所有的產品創新,首先是研發,然后才是生產,這是一個復合性的過程。生產能力必須要提高,才能夠按照產品研發的思路,制造出符合研發過程所制定的質量標準的產品。這樣才能形成一個完善的工業體系。

                            按照管理學的理論:企業可分為三層架構,第一層是決策層,第二層是管理層,第三層是執行層。一個工業企業,它的智能體現在決策層和管理層,而不是執行層。企業的執行層,包括庫存、物流配送以及生產線在內,即便使用大量的機器人、數據采集分析設備,仍然屬于自動化范疇,而非智能化范疇。

                            術語的解讀非常重要,云計算、大數據、移動互聯網、物聯網和人工智能的基礎都是集成電路和軟件。首先我們要有大量的傳感器來做狀態感知的工作,采集的天量工業大數據通過工業互聯網和物聯網傳遞到云平臺上做實時分析,實時分析的數據結果再通過由人的大腦和計算機相結合產生的人工智能做出決策,然后反饋到一線的執行層以實現精準執行。2016 年5 月17 號,中國工程院周濟院長親自主持了《三體智能革命》的院士和專家技術研討會,其核心就2016 年我們撰寫的《三體智能革命》中提到的智能制造的16 字箴言:“狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行”。

                            智能制造是什么

                            智能制造是將人類長年累月積累的制造經驗編制為軟件,將原來由人執行的任務轉為由計算機來執行。因此,智能制造就包含了產品研發、產品設計、工藝設計、生產過程管理、批生產交付、運行維護、大修維修等,當然它還涉及復雜的管理體系。所以說,即便是在全自動化車間、無人工廠、黑燈工廠中,生產線、物流配送全由機器人負責,甚至庫房也實現了全自動化,依舊不能算智能制造。

                            智能制造是一套復雜的技術和管理體系,僅僅講生產過程的智能化是不夠的。因此機器人換人不是智能制造,黑燈工廠不是智能制造,自動化的工廠不是智能制造,當然無人工廠也不是智能制造。明確了智能制造的內涵,我們就會明白智能制造是今后幾十年都要干的事情,不可能一蹴而就。必須認識到兩點:第一,智能制造是馬拉松長跑,不是六十米短跑比賽;第二,從全國范圍來看,我國尚未全面實現工業化,因此我們和西方相比差距巨大,換句話說:如果把智能制造比喻為一次馬拉松賽跑的話,中國制造作為其中一名運動員,正在熱身,尚未上場。

                            智能制造的本質,簡單來說可以歸納為三句話,第一,軟件化的工業技術;第二,軟件定義的生產關系;第三,生產關系的優化和重構。簡而言之:用軟件控制數據的自動流動,解決復雜產品的不確定性,這就是智能制造。下面我們分節詳細論述。

                          (責編:yangbo)
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