4.1 行業普及： 中國製造2025和工業互聯網（2018）_風聞

  2018年夏天，被約稿要給各省經信委的工作人員出本書，但出書好友們時間和工作付出都不夠，便獨自編稿，怎奈節奏太慢沒跟上出版社流程，導致出書失利。後來畏懼正規出版社的流程和麻煩出版意願劇減。鑑於工業互聯網事業如火如荼，獨樂樂不如眾樂樂，不想稿件爛在電腦裏面，決定在網上貼出來和大家分享。最近剛買到觀察員的身份，沒想好要寫啥，先拿到觀察者網上曬曬，以饗讀者。2019年中美貿易戰大熱，但科技發展目測還沒超出2018年的內容範圍，還是可以給大家普及下此行業的基本知識。生活在這個時代，見證着這時代發生的巨大變化。希望此係列能給觀察者網的好友們一定幫助和啓發，有利於你們現在從事的事業和項目，更好的建設我國的製造業能力和國家能力。某在企業管理諮詢和企業信息化圈裏面浸淫多年，很樂意幫助有需要的讀者，若有問詢指教可以直接回復和私信。本稿本着天下文章一大抄，抄來抄去有提高的精神非百分百原創原撰。所以有見到相看似相識的段落，請勿為怪！還有本人很多圖就是借來的。

e-works的黃培博士出品的這張圖很好的反映了工業企業初步數字化的一個樣子。但是還是從管理層出發。現在的工業互聯網要求大家從底層出發。下圖屬於“雖不中，亦不遠矣。”數據服務總線是個臨時過渡，將來就是走向基於工業互聯網架構的工業大數據平台。

第四講 工業互聯網的數字基礎

    工業互聯網平台出現以前，多數工業企業已經通過某些系統軟件的實施和過去的兩化融合建設積累出一定的數字化基礎，本講會對這些數字化的情況做基本的鋪敍和介紹。企業在從事工業互聯網平台建設時，應妥善利用已建成的信息化資產，妥善集成已有的數據資產，加速工業互聯網平台的建設和降低平台建設總成本和週期。已建成管理系統內含的信息會成為工業互聯網平台的寶貴財富和工作基礎。為了利用這些已有的信息資產，工業企業可以引進類似企業應用總線的成熟軟件，做好系統集成和數據貫通，把這些信息化系統改造成虛擬數字化設備接入工業互聯網平台。工業企業還要加強生產線，生產設備的數據採集上網，只有管理系統的數字化是不足以支撐智能製造和數字經濟的。企業基層生產現場數字化發展不充分，企業全局數字化發展不均衡的現象要在新時代得到扭轉。設備層的數字化依賴於設備本體的數字化升級和改造，對於企業而言應該前瞻性的普及有數字化能力的設備和產線建設。

第一節  工業產品的數字化

一、工業產品數字化設計

數字化就是把各種各樣的信息用數字來表達，更加精確地説，指的是計算機使用二進制運算帶來的數字化技術。數字化設計就是數字化和設計的緊密結合。設計是設想、運籌、計劃和預算，它是人類為實現特定目的而進行的創造性活動。設計具有多重特徵，廣義的設計涵蓋很大的範圍,狹義指的是控制並且合理安排視覺元素、線條、形體、色彩、色調、質感、光線、空間等，涵蓋藝術表達和結構造型。設計是特殊的藝術，其創造的過程是遵循實用化美學法則的。設計還有其獨特的科技特性，受到時代生產技術發展的制約，設計和技術有着密不可分的關係。

工業設計的範疇，廣義上包括工業產品設計、環境設計及視覺傳達設計；狹義講，就是所有由機械化批量生產的工業產品的設計。它不僅包括對工業產品的功能、結構、材料、工藝以及形態、色彩、表面處理、裝飾等方面的設計，同時還要從社會的、經濟的、技術的、藝術的及人的各方面因素進行綜合處理，從而使現代工業產品既符合當代人羣的物質需求，同時還滿足人們的精神需求。工業設計是人類科學技術、社會經濟、美學藝術綜合且有機統一的創造性活動，是現代科學技術與人類文化藝術發展的產物，也是工業時代的一門新興科學。

目前大量設計工作已經採用計算機輔助設計，以計算機技術為輔助手段進行產品的藝術化工業設計，是對批量生產的工業產品的材料、外型、色彩、結構、表面加工等方面的設計工作。互聯網的產生，數字技術可以將有形的設計轉變成光速傳遞沒有重量的比特數據流，數據通過互聯網傳播，任何設計都可以跨越地理傳遍整個世界。

產品的三維造型設計通常有正向設計和逆向設計兩種。

正向設計是指通過工程師深度理解待開發產品概念後來進行的產品設計，即由概念到圖紙或數字模型的過程。正向設計講究的是創意和工程材料和生產工藝的推敲選擇，通常開發週期較長、成本高，推崇原創性和獨創性。

逆向設計從已有產品或實物模型出發，反求產品原始設計參數，並在此基礎上進行產品的設計開發。逆向工程不僅可大大縮短產品的開發週期，降低產品開發成本，還可實現許多正向設計無法解決的問題。某些產品外形非常特別，其數學模型非常難以推定，用逆向方法可迎刃而解，可實現一般正向設計無法實現的產品設計，最簡單時就是對成功產品的複製，開發成本一般較低。

計算機輔助工業設計（CAID）的一般過程有市場調查、產品概念、草圖設計、彩色效果圖設計、三維效果圖設計、三維造型設計、產品零件圖和技術要求説明等。CAID在最近幾年蓬勃發展，尤其是我國沿海發達地區的小家電、電動工具等行業增長十分迅速。日益激烈的競爭環境迫使企業走出單純模仿的傳統的產品開發道路。企業認識到要通過先進的設計來贏得客户和市場，產品必須擁有原創的特色才能在市場中佔有一席之地，而不是簡單的通過價格戰佔領市場。

20世紀80～90年代，計算機輔助設計(CAD)在我國已經開始應用。早期主要是採用計算機繪圖技術來替代手工紙版製圖，三維設計代替二維設計。計算機輔助製造(CAM)則發展遲緩與數字化加工技術的滯後發展有關。近年來我國以數控加工中心及相關軟件為核心的計算機輔助設計與製造(CAD/CAM)得到較快的發展，正在快速地促進生產力的提高。計算機輔助設計與計算機輔助製造現在已密不可分，在許多領域尤其是模具業，對於其單件或小批量加工的生產特性，採用CAD/CAM技術生產有明顯優勢。 

CAD/CAM主要採用先進的計算機軟硬件手段進行產品三維造型、結構設計、裝配仿真、加工仿真、數控加工編程等。產品三維造型的基礎完成後，從CAD三維模型到數控加工程序的生成通常不需人工干預，可由CAM軟件自動產生。當產品設計用到逆向設計，就要用到三座標測量(CMM)及計算機輔助檢測（CAI)。逆向設計首先要對樣件進行三維測量或三維數字化。三座標測量和檢測是相伴而生的，測量的目的有二，一是求得某幾何參數，二是比較測得值與理論值的差別。計算機輔助檢測最近幾年才廣泛應用。一半以上的三維掃描測量是為快速檢測產品的三維是否達標，比較產品與設計間的尺寸誤差。CMM常見的數字化方法包括三座標測量機測量、光柵掃描、以及最新的三維激光掃描等。簡單的手工測量或通用三座標測量機(CMM)，所得數據較少。採用激光掃描作為測量工具，數據量就大到百倍以上，需要大數據處理軟件，來對數據進行處理。

 快速成型(RP)採用激光等技術將樹酯、熱固塑料、聚碳樹脂等材料按產品的三維造型進行快速燒結併成型。這種成型技術可以不必製造模具就做出完整的樣品，不僅大大加速了新產品的開發進度，還可節約大量成本。目前在我國已有眾多廠家可提供快速成型系統或服務。

二、工業產品數字化製造

數字化製造就是指製造過程的數字化，它是製造技術、計算機技術、網絡技術與管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果，也是製造企業、製造系統與生產過程、生產系統不斷實現數字化的必然趨勢。數字化製造從總體上要滿足數字化、網絡化、系統化、集成化、可視化這些基本要求。數字化製造各應用系統之間獲取、處理和發送的信息，應是數字化的文本信息或基於計算機系統的數據庫數據。數字化製造過程包含高速可靠的計算機網絡、數控設備網絡和生產物聯、物流網絡，所有信息相關者均可實現基於網絡的互聯互通。數字化製造都具有以MES系統軟件為中樞，覆蓋各項生產任務的過程信息系統。數字化車間的各信息子系統應實現內部集成，大生產計劃應與企業ERP系統集成，物料數據和PLM系統集成。數字化製造的過程可以通過車間級通訊與監測系統，實現製造管理的透明化和可視化。可視化管理驅動各工序間流轉，快速實現數字化製造生產流程和工藝切換實現快速換產。

數字化製造精華就是高級計劃與排程（APS）。一個企業的製造部門如果可以利用APS的詳細排產功能對車間級別，機台級別的生產計劃做出直接指令才算得上真正的數字化製造企業。詳細排產是為滿足車間生產計劃要求，根據產品工藝路線和可用資源，制定工序作業計劃的過程。APS會綜合考慮當前計劃完成情況、車間設備、工人、模具、治具等資源可用性狀況，使所有生產性資源獲得最佳利用。高級計劃排產形成作業計劃發送給生產調度；已有計劃未按時完成會對詳細排產造成擾動；計劃員要將未盡生產重新納入計劃範圍，再次排產以滿足車間生產按計劃交付的要求。APS生成導出的作業計劃會凍結和牽動生產設備、人員、物料等生產要素的管理安排，比如對設備維護保養計劃進行重排。APS排產是數字化製造能完成柔性化個性化定製生產的必備條件。

數字化製造的APS排產都是基於精益生產理論來實現均衡化混流生產。

u  生產總量的均衡：將連續兩個時間段之間的總生產量的波動控制到最小程度。減少生產量波動所造成的設備、人員、庫存及其它生產要素的高配置浪費。

u  產品品種數量的均衡：在生產期間合理安排不同產品的投產順序和數量，消除不同品種產品換產的波動，減小對早期工序和庫存的影響。

最終數字化製造和各種生產要素的管理相配合能達到如下效果：

l  能夠快速地適應每月、每週、每天的市場需求量的變化，做到產品交期穩定；

l  成品庫存數量保持低水平但可以總體和及時滿足客户需求做到交貨量穩定。

l  工序間的在製品數量最小化，逐漸實現中間品、產成品“零庫存”。

數字化製造信息裏包含最重要的全製造過程動態信息，這些信息是真正對製造業水平和產品質量提升有意義的細節信息。

2019筆者點評：進入數字化領域的工業企業，這兩年都在補課，最大的痛點是找不到拿來就好用的工業設計和製造排產系統。這個“拿來就用”是個偽命題。其實所有的工業企業都需要結合自己的行業本質和工藝生產特點來定製化自己的數字化智能製造和設計系統。這方面我國有成千上萬的供應商能夠提供相應的產品和服務，但都是由於體量小，投資少，歷史短，很難形成氣候和有效的行業佔有率。工業互聯網架構和方法論呼喚在這個領域頭部企業的出現。估計2-3年以後，國內的軟件企業會有一定的頭部聚集效應出現。但是由於各個製造業細分行業的分散度很高。筆者的直覺是這個領域不會產生頭部，唯一可能出現的是領先型的工業互聯網建設服務企業。類似與現在中建，交建企業的存在。