中國制造業(yè)總量和規(guī)模已躍居世界第一，但制造業(yè)競爭力僅排世界第七，中國亟需借助從“制造”向“智造”轉變的契機，實現(xiàn)從“制造大國”到“制造強國”轉型。
以制造業(yè)為核心的實體經濟是保持國家競爭力和經濟健康發(fā)展的基礎，中國制造業(yè)總量和規(guī)模已躍居世界第一，但制造業(yè)競爭力僅排世界第七，中國亟需借助從“制造”向“智造” 轉變的契機，實現(xiàn)從“傳統(tǒng)模式下的業(yè)務提升”到“創(chuàng)新模式下的業(yè)務變革”的跨越，完成從“制造大國”到“制造強國”轉型的目標。
隨著信息化水平的不斷發(fā)展，以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命正掀起變革浪潮，中國政府也提出“中國制造2025”理念，新一代信息技術與制造業(yè)的深度融合正在引發(fā)生產方式、產業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經濟增長點變革，同時也對中國制造業(yè)向以“提質、降本、增效”為根本要求的精益管理轉型升級指明了新的路徑和方向。
何為智能制造？
智能制造是指將物聯(lián)網、大數(shù)據、云計算等新一代信息技術，與設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環(huán)節(jié)融合起來的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱，智能制造關注信息技術與制造技術的融合。
智能制造以智能工廠為載體，智能工廠就是“物理工廠+ 虛擬工廠”（見圖二），依靠自動化生產設備構建而成的物理工廠是智能制造的基礎，也是絕大多數(shù)中國制造工廠現(xiàn)階段轉型提升的重點，即實現(xiàn)生產自動化。在生產自動化的基礎上，通過應用物聯(lián)網和大數(shù)據，以端到端數(shù)據流為基礎，以互聯(lián)互通為支撐，構建高度靈活的個性化和數(shù)字化智能制造模式，實現(xiàn)信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行，這是虛擬工廠建設的重點，也是制造行業(yè)在生產自動化程度已經達到較高水平后，將裝備優(yōu)勢轉化為產品和市場優(yōu)勢、實現(xiàn)升級轉型和趕超世界先進水平的重點路徑。
◆ ◆ ◆
智能制造的兩個主角——“物聯(lián)網”和“大數(shù)據”
物聯(lián)網的核心價值，是運用新一代信息和通信技術，把傳感器、感應器等智能裝置（信息系統(tǒng)）嵌入到電網、交通、建筑、工廠、貨物等各種物體和環(huán)境（物理系統(tǒng)）中，通過有線和無線網絡加以連接形成物聯(lián)網，再通過網絡和云計算將物聯(lián)網和互聯(lián)網整合起來，將物體接入信息網絡，通過人、生產與產品的實時聯(lián)通與有效溝通，實現(xiàn)對實體世界的洞察和控制。
大數(shù)據分析應用是指，通過將企業(yè)內部全流程運營數(shù)據和外部移動互聯(lián)端、社交媒體端、社會化物聯(lián)網端，以及延伸到消費者的智慧化物聯(lián)網數(shù)據，納入到完整的“洞察- 響應- 提升”閉環(huán)式精益管理中來，幫助企業(yè)充分發(fā)揮大數(shù)據分析的輔助決策作用。
制造型工廠以提升質量、降低成本、提高效率為根本目標，聚焦產品的生產能力和保障能力。應用物聯(lián)網技術，在生產設備自動化的基礎上，讓制造過程中的各種數(shù)據源互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息流的自動化，使整個制造鏈條全程可視化，通過大數(shù)據分析將海量的隱形數(shù)據轉化為顯性數(shù)據，并將信息及決策建議實時提供給生產一線操作工人、主管和高級管理人員，幫助企業(yè)增強制造洞察力，提高IT靈活性，幫助工廠達成最具挑戰(zhàn)的運營目標：①生產柔性②質量優(yōu)質③設備穩(wěn)定④成本控制⑤能耗尋優(yōu)，從而確保制造過程與商業(yè)目標一致。
生產柔性：當今市場瞬息萬變，為了能夠應對與日俱增的市場競爭壓力，更好地滿足市場需求，企業(yè)生產模式也由以往的大規(guī)模生產向大規(guī)模定制和更高級的個性化定制轉變，這就要求工廠的生產線具備模塊組合能力；在模塊組合生產中，借助于物聯(lián)網技術，對生產模塊中混線生產的個性化定制半成品、成品進行實時追蹤與組合配置與調度，實現(xiàn)工廠的柔性化生產，并解決大規(guī)模生產向定制化生產轉型帶來的不確定性、多樣性和復雜性問題。
海爾集團沈陽冰箱廠通過物聯(lián)網技術，通過布設在門體、U殼等各模塊和總裝線之間的數(shù)百個RFID和數(shù)千個傳感器，實現(xiàn)各模塊生產與總裝線互聯(lián)。在接收消費者個性化需求訂單預定后，各模塊按照消費者個性化需求生產出相應部件，在總裝線混線裝配中根據訂單及產出的各部件關聯(lián)的消費者信息進行零誤差裝配，結果在生產周期縮短50%的同時，也讓消費者體驗到從 “購買者”到“參與者”的角色轉變。
質量優(yōu)質：為更好地響應市場需求，追求成本最優(yōu)，絕大多數(shù)公司會設立多家自有工廠或者使用代工廠。因此雖然是同樣的制造工藝及生產流程，但不同供應商存在原材料差異，且生產工藝易受氣候、溫濕度等眾多因素困擾，在這種情況下，如何確保在任何工廠或同一工廠的任何時間，按照同樣生產工藝流程制造出來的產品保持同一、優(yōu)質的產品特性，成為擺在質量工程師和工藝工程師面前的一道難題。
借助物聯(lián)網技術，對全生產過程的數(shù)據打上批次烙印，從原材料供應、生產的各個工藝環(huán)節(jié)直至成品最終送達消費者手中，整個鏈條每個環(huán)節(jié)彼此建立關聯(lián)關系，并記錄每個環(huán)節(jié)的關鍵參數(shù)，如關鍵工藝參數(shù)、設備參數(shù)、操作情況等。在任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)質量異常時，可精確追溯前段任意工藝環(huán)節(jié)，對各環(huán)節(jié)當時的參數(shù)進行獲取和分析，確定異常產生的原因，運用大數(shù)據分析工具建立質量預測分析模型，通過主動分析原材輔料質量檢驗數(shù)據、設備工藝參數(shù)變化等，發(fā)現(xiàn)潛在質量問題，及早做出預警，及時解決，從而實現(xiàn)產品質量的同一化與優(yōu)質化（圖四）。
在確保產品質量優(yōu)質方面，廈門煙草的企業(yè)實踐頗值得借鑒。該公司借助物聯(lián)網及大數(shù)據分析技術對卷煙生產物料、半成品、成品進行全程追蹤，并建立數(shù)據關聯(lián)分析模型對全過程質量數(shù)據進行關聯(lián)分析，以提高整體質量管控精細度及質量穩(wěn)定性。
設備穩(wěn)定 ：為適應客戶的不同需求，現(xiàn)在越來越多的制造業(yè)工廠同時擁有面向大批量生產的連續(xù)型流水線工藝設備、面向定制化需求的離散型多機臺工藝設備，以及管線型值守動力設備、區(qū)域型值守物流設備等。對于不同的設備類型，如何建立差異化的運維與保障策略，實現(xiàn)對生產工藝、產品質量的有效保障，已經成為大型生產制造企業(yè)普遍面臨的難題。
傳統(tǒng)的設備運維策略通常依據設備在生產系統(tǒng)中的重要程度、檢修時的復雜和精密程度、有無備用設備或采購的難易程度等，按照關鍵設備、重要設備和一般設備三大類進行劃分和制定，并按照事后維修、計劃性維修、預防性維護進行維修策略制定。埃森哲認為該種分類分級方式只是從設備本身出發(fā)，并未考慮設備特性及設備對業(yè)務的影響程度及維修成本，很難制定高效的設備運維策略，設備狀態(tài)參數(shù)的微小變動都可能是設備故障的前兆或帶來不易察覺的質量隱患，而只在設備出現(xiàn)故障后，簡單的依據設備重要性采取分類分級維修保養(yǎng)策略，并不能有效提高設備管理效率，也不能保證生產系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定，可能在故障發(fā)生時已有大批存在潛在質量風險的產品已經產出，精細化運維管理程度仍然不足。
力拓集團（RIO TINTO）是全球最大的資源開采和礦產品供應商之一，是世界第二大鐵礦石生產商。如何降低價值昂貴的礦山開采設備故障率，增加設備在線時間，是提高礦石開采產量和開采效率的關鍵。力拓集團攜手埃森哲，通過對設備歷史故障幾率、維修成本、業(yè)務影響程度進行分析，并結合設備屬性，對設備進行分類排序；根據設備歷史故障大數(shù)據分析，建立設備預知性模型，包括性能退化模型、可靠性模型、早期預警模型等，通過接收設備傳感器數(shù)據，實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)變化，利用預知性模型分析數(shù)據，對運行狀態(tài)進行分類，進行設備健康性實時分析，對設備故障出現(xiàn)概率進行分析，提前預知設備故障出現(xiàn)的時間和影響，安排檢維修計劃，減少設備故障率，增加設備的在線時間，避免計劃外的設備故障停機檢修造成的損失。設備預知性平臺上線后，設備非計劃停工時間最大減少至75%，設備生產效率提升5%到25%，設備總體成本降低至15%至30%，項目投資回報率超過10倍（見圖五）。
成本控制：成本管理是企業(yè)管理的核心和重點，成本控制也是智能制造的重要維度之一，決定著企業(yè)的生存與發(fā)展。通過把精益管理思想與成本管理思想相結合，按照財務維度逐層從車間、工段、一直明細到機臺和生產線，明確各層級崗位對應的可控成本費用范圍及成本目標。按照業(yè)務維度結合生產計劃和物料清單將成本目標分解到各產品規(guī)格，結合各產品的生產工藝，制定工序成本定額標準體系，輸出產品各工序定額成本，建立產品的目標成本；最終形成崗位成本自我改善目標，使企業(yè)獲得較強的競爭優(yōu)勢。
埃森哲與廈門煙草聯(lián)手，將制造工廠成本管理責任單元分為部門（車間）、區(qū)域、生產線（工段）、機臺4 個層級，逐級控制、層層負責，高一層級不僅對歸屬于本級的可控直接成本負責，在一定程度上對下一級的可控成本負有一定的間接管理責任；每一層級制定相關的指標和參數(shù)，準確及時地反映整個成本管理過程中可能存在的問題，將成本管理的事后控制轉變?yōu)檫^程控制，使管理層能及時采取相關措施對暴露問題進行解決，從而有效地降低成本，提高利潤率，實現(xiàn)成本管理上的精細化；通過構建統(tǒng)一的成本數(shù)據應用平臺，實現(xiàn)成本數(shù)據與業(yè)務現(xiàn)場數(shù)據的集成，使用大數(shù)據分析手段全面支持業(yè)務運作、成本管控和決策分析，實現(xiàn)崗位成本自我改善，幫助決策層更準確地評估企業(yè)成本狀況，以大大提高企業(yè)決策的成功率。
能耗尋優(yōu)：提高能源效率是節(jié)能減排、降本增效的主要手段。而企業(yè)的現(xiàn)實情況是，能效管理往往停留在統(tǒng)計報告、性能試驗、設備改造等環(huán)節(jié)，缺乏有效的能源計量；無法在線檢測整個企業(yè)的生產能耗動態(tài)過程，數(shù)據嚴重滯后，無法及時準確地發(fā)現(xiàn)用能過程存在的問題；大量能耗數(shù)據分散于各個車間、部門，無法實現(xiàn)整體管控，缺乏完整性、可靠性和連續(xù)性；在用能過程中，較大的能源浪費及其他損失無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，導致能源浪費較為嚴重，缺乏持續(xù)的管理。
埃森哲認為，在設備的設計和建造階段雖然已經確定基本能耗范圍，但借助物聯(lián)網對能耗進行監(jiān)控，運用大數(shù)據分析技術建立多維數(shù)據分析模型，通過關聯(lián)更多的維度和數(shù)據項，例如班組、人員等信息，揭示人因與能效控制目標的偏差程度，對設備運行參數(shù)和能耗歷史數(shù)據進行分析，及時發(fā)現(xiàn)能耗偏離計劃目標的情況，整合相關數(shù)據進行分析，挖掘能耗異常的根本原因，指導設備進行自適應調整、生產工藝優(yōu)化、節(jié)能管理措施實施等，不斷改進能耗表現(xiàn)。
華誼集團在化工生產過程中結合設備工藝數(shù)據，對蒸汽、燃料油、電及水等大量分散的能耗數(shù)據進行收集和大數(shù)據分析，幫助能源管理人員找到影響設備能耗的因素，通過物聯(lián)網對能源管網實行動態(tài)監(jiān)測，在線檢測整個企業(yè)的生產能耗動態(tài)過程，使整個能源消耗過程信息化、可視化，實現(xiàn)用能從粗放式到精細化管理的轉變；同時根據監(jiān)測狀況，對出現(xiàn)的能耗異常進行報警以及預處理及實時調整，實現(xiàn)對能源進行平衡、調度與優(yōu)化，避免造成大的能源浪費及其他損失，從整體上提高能效水平和能源管理效率，實現(xiàn)持續(xù)節(jié)能。
贏在智能時代
物聯(lián)網和大數(shù)據分析技術能夠幫助制造工廠應對轉型挑戰(zhàn)，但要想充分發(fā)揮其效能，需統(tǒng)一考慮物理層級與虛擬層級的能力建設要求，我們建議按照以下兩個方面進行能力建設：
首先推進生產過程數(shù)字化及管理流程智能化。在工廠規(guī)劃設計和技改過程中，通過安裝布設和升級傳感器、數(shù)據采集設備及工控設備，將連續(xù)的、沒有中斷的數(shù)據進行集成管理，實現(xiàn)設備的互聯(lián)互通，提高設備智能化水平。該階段關注的重點是提升管理及生產效率、產品質量和降低生產成本，在設備數(shù)字化的基礎上，利用物聯(lián)網技術和監(jiān)控技術加強信息管理服務水平，通過與MES和ERP系統(tǒng)等信息系統(tǒng)的融合，提高生產過程可控性，減少生產線人工干預，合理計劃排程，初步實現(xiàn)管理流程智能化。
其次進行決策智能化建設。在自動化和設備智能化的基礎上構建大數(shù)據分析能力，使“數(shù)據”轉化為“洞察”，再由洞察產生行動，不僅要從技術上提升洞察分析能力，也要從組織、管控、能力角度同步提升，真正實現(xiàn)“感知- 洞察- 評估- 響應”閉環(huán)的順利運作與循環(huán)提升。
埃森哲建議該部分分為三個階段、八個方面進行實施（見圖六）。
第一階段是數(shù)據管理：本階段聚焦于信息和數(shù)據管理，建立數(shù)據管理規(guī)則，指導海量數(shù)據辨識處理與信息提煉。
第二個階段是將信息轉化為洞察：這一階段建設重點是通過相應的運行機制、數(shù)據分析平臺和數(shù)據分析手段，利用數(shù)據分析挖掘根因，為管理決策提供支持。本階段需要從6個方面著手進行建設，包括
①支持和管控體系建設；
②組織和人才管理；
③獲悉洞察管理；
④洞察到行動的管理；
⑤服務與技術管理；
⑥平臺能力發(fā)展。
第三個階段由洞察產生行動：這一階段通過應用洞察分析結果，確保價值實現(xiàn)。本階段通過將分析洞察引入業(yè)務運營，實現(xiàn)最優(yōu)決策的相關工作流程及建立相關評價工具、方法與流程，衡量大數(shù)據分析帶來的業(yè)務洞察對業(yè)務產生的實際價值。
在設備智能化的基礎上應用物聯(lián)網和大數(shù)據分析技術，實現(xiàn)數(shù)據洞察驅動業(yè)務經營管理全面提升，幫助制造工廠商業(yè)實現(xiàn)商業(yè)模式創(chuàng)新、生產模式創(chuàng)新、運營模式創(chuàng)新和科學決策能力，以應對不同挑戰(zhàn)，從而讓企業(yè)真正贏在智能時代。
