CPSHUB为基础物联网应用平台为核心重塑智能制造体系

PTCЇࢁ৻঩۩ћ͹١֫ୂջતࢽি800-819-9950Їࢁ١ࡽБୣֽИ૨68՚ޞї୐壝Иڶ10-12F,200120ऄઢ͹021-61060606ޕૼݰО঎ГԖݰࠆړȔCPSHUBȕОׂॅ澝Ȕ࣒৻ৠځऀٵՖȕО߾ڶ୍ͫ⸾޴ਈӲଭѽ঩ӫޏूՇԤ૞Ӳଭݽ݈߆ԇ޴㘸঒ࣲInnovativedesignӫޏूՇBrilliantmanufacturingԤ૞ӲଭAgileserviceݽ݈߆ԇIntelligentmangement޴㘸঒ࣲIBAI࣒৻ৠͪځऀٵՖ解析大国制造战略　　——以I2OT融合为核心的两化新思维探索中国智造体系　　——以CPSHUB为基础的四种新模式智造新主线·两化新模式1编者按：智能制造是美、德、中等制造业大国的未来主攻方向，如何正确地理解智能制造，并正确地规划和建设适合企业自身发展的智能制造体系，成为目前制造业企业面临的主要挑战。本文对美、德、中的制造业发展战略及智能制造体系进行详细解读，以“CPSHUB”为基础、“物联网+应用平台”为核心，提出智能制造的应用框架，并对智能制造未来业务蓝图进行了展望，最后给出了实施路径参考。新主线智能制造不仅仅是一些先进技术的组合，也不仅仅局限在生产制造的业务领域。其体系是以融合了当前最新技术，贯穿研发、制造、客户服务等端到端价值链的全新业务主线。新体系智能制造体系需要一个新的应用体系提供支撑，以打通横向供应链、纵向企业各层次、端到端价值链等多个方面的集成，在实现互联互通、虚实映射的基础上，快速构建新主线的业务体系。新模式企业战略决定商业模式的方向，智能制造新应用体系决定商业模式的创新实现基础。智能制造体系将从创新研发、卓越制造、敏捷服务、智慧管理四个方面，推动业务模式的转型升级。制造业是立国之本、兴国之器、强国之基。信息化驱动新工业化是共同特点。实体经济空心化、虚拟经济比重过大成为欧美发达国家的严峻挑战。美国、德国、英国、法国等发达国家各自提出了“再工业化”战略，以振兴制造业，重新占领价值链高端。中国已经成为制造业大国，但是存在高端制造业竞争力不足，并面临发达国家“高端回流”和发展中国家“中低端分流”的双向挤压。为此，中国提出了“中国制造2025”战略规划，推进制造强国建设。美国、德国、中国等国家的制造业发展战略的核心是借助信息化的新技术手段，打破传统的制造业发展模式，重塑制造业体系和行业边界，并拓展新的商业模式，从而占领价值链高端。经分析得出，虽然各国发展重点有所不同，但是均具有如下的共同目标：大国制造业发展战略及目标2两个核心1)围绕客户为中心当今市场已经由以产品为导向的模式，逐步转变为以客户为导向的模式，快速响应客户需求、研制高质量智能产品、提供差异化和个性化服务成为企业的核心竞争力和新的利润增长点。在满足客户个性化需求方面，工业4.0[1]中特别强调允许在设计、配置、订购、规划、制造和运营等环节能够考虑到客户的特殊需求，并且即使在最后阶段仍能变更需求；在客户参与方面，客户可以对产品研制的过程进行全程参与、互动和优化；在产品服务方面，产品即服务的模式成为一种趋势，智能互联产品成为价值传递的载体，使得制造商可以持续为客大国制造业发展战略的共同目标：围绕客户为中心，重塑行业边界及产业结构，借助新技术体系，实现价值链活动的转型升级，交付智能互联产品，占领价值链高端。图1　大国制造业战略共同目标ؚۯ޴ਈл৻фս୍⸾੧ЏଆउՃфЏৈߣџқ୥૴ֺޏ܉ߐѽ঩户提供价值，并从中获利。2)交付智能互联产品制造业战略的最终目标是打破传统产品定义与竞争的限制，使企业能够交付满足客户定制化需求的智能互联产品，并依托智能互联产品为客户提供智能互联的服务。在为客户实现价值的同时，也为制造企业带来新的竞争力。智能互联产品可以是物理产品，也可以是联接产品的系统。三个转变1)重塑行业边界及产业结构[2]随着产品特性的不断变化，使得制造企业具备了向体系化发展的基础。未来行业的边界将不断扩展，行业竞争的基础将从单一产品的功能转向产品系统的性能，进而发展为包含不同子系统的产品复杂体系，而单独的企业只是其中某个系统的一个参与者。新的产品复杂体系将重塑传统的产业结构，以建立体系化运作结构、新竞争格局和新商业盈利模式。这将成为制造业企业进行战略选择和业务转型的出发点。2)构建新的技术体系[2]如何围绕客户为中心、提高客户服务满意度？如何构建或融入新的产品复杂体系？如何帮助企业在产品复杂体系运作中脱颖而出？传统的技术基础设施仅能满足产品导向型研制模式和单一产品而非产品体系化运作机制，难以解决上述问题和挑战。为此，企业需要借助最新的物联网、大数据分析、云计算、增强现实等技术，构建全新的技术体系，以支撑服务转型、智造新主线·两化新模式3行业边界扩展和产业结构优化。3)实现价值链活动转型升级[3]传统的业务及技术体系，聚焦在产品研制，并支持研制各环节的集成、协同和信息共享，以提高研制效率和质量。未来新的技术体系将打破传统的面向单一产品、单一环节（设计、制造、服务等）的技术支撑环境，从全体系层面考虑虚实资源的整合，并以此为基础构建以客户为中心的全新业务模式，从而重塑价值链中的研发、制造、客户服务等活动，推动企业业务转型升级。对智能制造体系的理解制造业企业的持续竞争力主要来自于成本、交付能力、柔性、质量等要素[4]，智能制造就是利用先进的技术和方法，以最大化综合优化上述要素[5]。因此，智能制造是一个复杂的生态体系，并具有跨领域、跨行业、高度集成、系统融合等特点[6]。结合中国、美国、德国对智能制造体系框架的描述，给出如下对智能制造体系内涵的理解：•智能制造覆盖全流程业务体系：智能制造不只是涵盖狭义的生产制造环节，还包括研发、运营、服务、报废等全生命周期环节；不只是聚焦在智能设备，还包括车间、企业、企业联盟、外部资源等多层次业务；不只是关注生产效率，还关注产品质量、客户响应敏捷度、可持续性（绿色制造等）、项目计划、成本等综合要素。美国先进制造业发展计划德国工业4.0中国制造2025发展基础制造业信息化水平全球领先，尤其在软件和互联网方面，全球10大互联网企业占有6个。工业自动化领域全球领先，精密制造能力强，高端装备可靠性水平高。制造业总量大，水平参差不齐。互联网应用基础好，全球10大互联网企业占有4个。战略重点关注设计、服务等价值链环节，强调智能设备与软件的集成和大数据分析。着眼高端智能装备，通过CPS(Cyber-PhysicalSystems，赛博物理系统）推进智能制造。提高国家制造业创新能力，推进信息化与工业化深度融合，强化工业基础能力，加强质量品牌建设，全面推行绿色制造。重点方向加大技术创新投资，建立智能制造体系，培育“再工业化”主体。建立智能工厂，实现智能生产。将智能制造作为主攻方向。技术举措工业互联网CPS互联网+，两化融合构建智能制造体系是大国战略下制造业企业共同的主攻方向不同的发展基础，决定了制造业大国不同的出发点和不同的技术举措。但是，在制造业企业层面构建智能制造体系是满足制造业发展战略共同目标的共同方向。表1　美、德、中制造业发展战略对比•智能制造需要新应用体系支撑：传统的工业软件重点解决信息孤岛问题，以实现企业内或企业间的协同、共享和集成；传统的工业自动化控制系统则重点解决数据采集及自动化控制问题，以实现智能设备的自动化生产。工业软件与工4业自动化控制系统之间缺乏有效整合，而智能制造将借助物联网、大数据、增强现实、虚实映射等新技术，重新构建新的应用体系以实现二者的快速融合及柔性调整。•智能制造催生业务模式创新：智能制造不是在传统业务模式上的新技术引入，其目标是引入先进技术、先进理念和方法，以推动业务模式的转型升级，也催生一些新的业务形态，从而创造制造业企业和行业的新价值增长点。新的模式如：产品即服务（ProductasaService，PaaS）、众创、个性化定制、云制造、远程运维等。•智能制造推动组织体系变革[3]：智能制造价值链体系上的业务活动及管理流程将发生历史性的变化，各部分的职责定位及协作流程也将随之变化，并使得组织体系不断进化。如：大数据中心管理需要新的业务部门，传统的IT部门也需要与设备运营管理部门进行整合，产品运营方式的转变也需要新的客户服务部门提供远程运维等。智能制造应用体系及其共性特点推进智能制造的目标是打破传统业务体系，催生新的业务模式，推动企业的业务转型升级，这势必将对应用体系进行重新地构架和边界定义。而传统的信息化应用体系由端到端的业务应用系统（PLM、ERP、MES等）组成，这些业务应用都具有明确的定位和界面关系，其建设重点是打通上述应用环节，重点解决协同、共享和集成的问题，以实现信息流、物流、资金流的顺畅流转。如何打破上述传统应用之间的固化定位，构建面向智能制造的未来应用体系成为实施智能制造的先决条件。目前，美、德、中智能制造相关的技术研究及标准制定机构从应用体系构建和落实层面已经形成了一定的成果，现分别分析并进行共性提取，以明确智能制造应用体系的构建方向。1）美国工业互联网架构美国工业互联网联盟IIC发布的工业互联网参考架构IIRA中给出了未来工业互联网系统的三层技术架构，如图2所示。•边界层（EdgeTier）：该层集成资源、边界设备、传感器和控制系统等边界节点，并从边界节点收集数据。边界节点可以利用边界网关实现不同类型网络之间的交互。智能制造是先进信息技术与先进制造模式融合后构建的先进制造体系，包括业务体系、技术体系、组织体系。基于该体系，可以推动产品智能化能力增强、软硬件装备水平提升、业务模式创新、产业及组织结构优化。智造新主线·两化新模式5•平台层（PlatformTier）：该层主要实现资源集成、数据分析、大数据管理等，并通过应用使能平台支持看板、提醒、通知、移动APP、GUI（图形用户界面）的创建。该层除了获取边界层资源及数据外，也支持与边界层的控制数据交互。•企业层（EnterpriseTier）：该层主要实现专业领域级的应用、决策支持系统，并为终端用户提供基于角色的应用界面。该层从边界层和平台层获取数据，并产生控制数据传递给边界层和平台层。2）德国工业4.0架构德国中央电子技术与电子工业协会ZVEI给出了德国工业4.0的参考架构，如图3。该架构从业务、功能、信息、通讯、集成、资源六个层次，对生命周期和价值链、企业垂直层的标准体系进行了分类。图2　美国工业互联网技术架构[7]图3　德国工业4.0参考架构[8]图4　德国工业4.0技术架构[1]结合参考架构以及图4的技术架构，可见德国工业4.0同样强调资源聚合、服务封装以及对新业务模式的支持。63）中国智能制造系统架构工信部和国家标准委员会2015年12月发布了《国家智能制造标准体系建设指南》，给出了智能制造的框架体系，如图5所示。该框架包括三个维度：生命周期维、系统层级维、智能功能维。其中，生命周期维是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合；系统层级维包括设备层、控制层、车间层、企业层和协同层；智能功能维包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态等五层。图5　中国智能制造系统架构[6]•信息（Information）：实现数据采集、转换、存储、分析。•服务（Service）：基于SOA（ServiceOrientedArchitecture）实现业务功能服务化封装，并支持服务的云端部署。•应用（APP）：面向未来业务模式的APP应用，重塑全生命周期价值流活动。智能制造体系的融合进展及核心观点智能制造应用体系的共性特点使企业可以减少对未来应用体系路线选择的担忧，对企业规划及建设智能制造体系具有现实指导意义。并且，随着国际上对智能制造体系及标准的不断融合，未来将在这些共性特点基础上不断地深入细化。例如，2015年秋季在瑞士，美国工业互联网联盟、德国联邦经济事务和能源部、德国联邦教育与研究部以及行业代表，对工业4.0参考架构模型RAMI4.0与工业互联网参考架构IIRA进行了详细研讨和共性映射，如图6所示。美国工业互联网与德国工业4