圖11 產(chǎn)品智能化演進(jìn)過(guò)程

隨著互聯(lián)網(wǎng)，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，汽車開(kāi)始與更多的外圍設(shè)備、外圍系統(tǒng)互動(dòng)，傳遞信息、共享信息。通過(guò)與智能交通系統(tǒng)（ITS）聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)時(shí)獲取交通信息、道路以及加油站信息等；通過(guò)接收衛(wèi)星導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)豐富的定位信息服務(wù)；通過(guò)智能手機(jī)、平板電腦等外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)更加具有擴(kuò)展性的應(yīng)用。汽車已經(jīng)從一個(gè)“電子產(chǎn)品”進(jìn)一步變身為一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”。未來(lái)的汽車能否與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可能成為汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的決定性因素。

可以說(shuō)，信息技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著越來(lái)越重要作用。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)、飛機(jī)控制系統(tǒng)、汽車電子、家電、武器裝備、電子玩具等以嵌入式系統(tǒng)為代表的物理產(chǎn)品在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域廣泛存在。而它們隨著計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的發(fā)展，以及未來(lái)制造業(yè)需求的提高，都不斷地從物理產(chǎn)品演變成為“電子產(chǎn)品”或者“網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品”（圖12）。

圖12 產(chǎn)品意義的變化

網(wǎng)絡(luò)協(xié)同

通過(guò)互通互聯(lián)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)這些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，和以前的自動(dòng)化的技術(shù)結(jié)合在一起，生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)縱向系統(tǒng)上的融合，生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備之間，工人與設(shè)備之間的合作，把整個(gè)工廠內(nèi)部的聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成信息物理系統(tǒng)，互相之間可以合作、可以響應(yīng)，能夠開(kāi)展個(gè)性化的生產(chǎn)制造，可以調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)率，還可以調(diào)整利用資源的多少、大小，采用最節(jié)約資源的方式。

“工業(yè)4.0”的智能制造，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)，其核心就是在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用中，通過(guò)信息物理系統(tǒng)（CPS），利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、軟件技術(shù)和通信技術(shù)，加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性，從而實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、制造工藝及工業(yè)控制等全方位的信息覆蓋，全面控制各種信息，確保各個(gè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都能處于最優(yōu)狀態(tài)。從而引導(dǎo)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

【工廠內(nèi)的協(xié)同】

對(duì)于一個(gè)制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的信息是以制造為核心的，包括生產(chǎn)管理、物流管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員及工時(shí)管理等和生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)要素。傳統(tǒng)的制造管理是以單個(gè)車間/工廠為管理單位，管理的重點(diǎn)是生產(chǎn)，管理的范圍是制造業(yè)內(nèi)部。

但是，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，很多制造型企業(yè)在發(fā)展的不同時(shí)期，根據(jù)管理的不同時(shí)期的需求，不斷地開(kāi)發(fā)了不同的系統(tǒng)，并在企業(yè)內(nèi)部逐步使用，如庫(kù)存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)、供應(yīng)量管理系統(tǒng)系統(tǒng)等等。不同的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，有些系統(tǒng)采用自主開(kāi)發(fā)或不同供應(yīng)商的系統(tǒng)所組成。隨著企業(yè)的發(fā)展，要求不同的生產(chǎn)元素管理之間的協(xié)同性，以避免制造過(guò)程中的信息孤島，因此對(duì)各個(gè)系統(tǒng)之間的接口和兼容性的需求越來(lái)越高，即各個(gè)系統(tǒng)之間的內(nèi)部協(xié)同越來(lái)越重要。

例如，對(duì)于采用兩套各自獨(dú)立的系統(tǒng)來(lái)管理生產(chǎn)和庫(kù)存的話，生產(chǎn)實(shí)施之前，生產(chǎn)管理系統(tǒng)需要掌控某項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施以及物料資源的供應(yīng)，而如果庫(kù)存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同，生產(chǎn)所需要的物料信息不能反饋給庫(kù)存系統(tǒng)，庫(kù)存系統(tǒng)也不能得到生產(chǎn)所需要物料的需求信息。在生產(chǎn)完成之后，生產(chǎn)系統(tǒng)匯總生產(chǎn)結(jié)果與實(shí)際的物料使用信息，但是由于生產(chǎn)管理系統(tǒng)與庫(kù)存管理系統(tǒng)采用的是不同的獨(dú)立系統(tǒng)，庫(kù)存管理系統(tǒng)并不能實(shí)時(shí)得到物料使用信息，致使實(shí)際庫(kù)存情況和系統(tǒng)的結(jié)果不能保持一致。為了彌補(bǔ)信息的斷層，不得不從庫(kù)存管理系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的手工導(dǎo)入和導(dǎo)出，經(jīng)常進(jìn)行周期性的人工盤點(diǎn)，才能做到使用情況與庫(kù)存信息的匹配。

隨著對(duì)于制造的敏捷性及精益制造的要求不斷提高，靠人工導(dǎo)入導(dǎo)出信息已經(jīng)不能滿足制造業(yè)信息化的需求，這就要求在不同系統(tǒng)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，做到實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享。

【工廠間的協(xié)同】

未來(lái)制造業(yè)中，每個(gè)工廠是獨(dú)立運(yùn)作的模式，每個(gè)工廠都有獨(dú)立運(yùn)行的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，或者采用一套生產(chǎn)管理系統(tǒng)來(lái)管理所有的工廠的操作。但是隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)設(shè)置有不同的生產(chǎn)基地及多個(gè)工廠，工廠之間往往需要互相調(diào)度，合理地利用人力、設(shè)備、物料等資源，企業(yè)中每個(gè)工廠之間的信息的流量越來(lái)越多，實(shí)時(shí)性的要求越來(lái)越高，同時(shí)每個(gè)工廠的數(shù)據(jù)量和執(zhí)行的速度的要求也越來(lái)越高。這就要求不同工廠之間能夠做到網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，確保實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享（圖13）。

圖13 工廠與工廠之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同

在全球化與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，協(xié)同不僅僅是組織內(nèi)部的協(xié)作，而且往往要涉及到產(chǎn)業(yè)鏈上、下游組織之間的協(xié)作。一方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，消費(fèi)者與制造業(yè)企業(yè)共同進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)，滿足個(gè)性化定制需求；另一方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，配置原材料、資本、設(shè)備等生產(chǎn)資源，組織動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)制造。縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，滿足差異化市場(chǎng)需求。

“工業(yè)4.0”中的橫向集成代表生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合，這是一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈的集成。以往的工廠生產(chǎn)中，產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)只是一個(gè)獨(dú)立過(guò)程，之間沒(méi)有任何聯(lián)系，沒(méi)有進(jìn)一步的邏輯控制。外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造使得一個(gè)工廠根據(jù)自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)檔期，只生產(chǎn)某一個(gè)產(chǎn)品的一部分，外部的物流、外部工廠的生產(chǎn)，包括銷售等整個(gè)的全產(chǎn)業(yè)鏈能夠聯(lián)系起來(lái)。這樣一來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了價(jià)值鏈上的橫向產(chǎn)業(yè)融合。

全球化分工使得各項(xiàng)生產(chǎn)要素加速流動(dòng)，市場(chǎng)趨勢(shì)變化和產(chǎn)品個(gè)性化需求對(duì)工廠的生產(chǎn)響應(yīng)時(shí)間和柔性化生產(chǎn)能力提出了更高的要求。“工業(yè)4.0”時(shí)代，生產(chǎn)智能化通過(guò)基于信息化的機(jī)械、知識(shí)、管理和技能等多種要素的有機(jī)結(jié)合，從著手生產(chǎn)制造之前，就按照交貨期、生產(chǎn)數(shù)量、優(yōu)先級(jí)、工廠現(xiàn)有資源(人員、設(shè)備、物料)的有限生產(chǎn)能力，自動(dòng)制訂出科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃。從而，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品多樣性、縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，從而最終實(shí)現(xiàn)工廠運(yùn)營(yíng)的全面優(yōu)化變革。

生產(chǎn)智能化和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上就是“工業(yè)4.0”時(shí)代的重要標(biāo)志之一——在智能工廠，利用智能設(shè)備，將智能物料生產(chǎn)成智能產(chǎn)品，整個(gè)過(guò)程貫穿以網(wǎng)絡(luò)協(xié)同（圖14）。

圖14 智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系