製造業是國家綜合實力的象徵,是在全球化競爭中賴以生存的資本和保障。規模雄厚、結構優化、技術創新、質量優異、產業鏈國際主導地位突出的製造業是國民經濟持續發展和繁榮以及國家安全的基礎。

工業4.0的三個基本特徵

三個特徵

—垂直整合：各機器及生產線的自控系統、工廠的製造執行系統(MES)、以及ERP等系統的整合,打破資訊化系統與自動化系統之間的歷史鴻溝,使工廠與企業的生產製造能力得以優化。

—水平整合：企業內部及跨企業邊界的各業務系統之間的整合,使得資訊的共享、業務功能的組合可以跨越組織的邊界,使價值鏈的整體競爭力得以提升。

—端到端價值鏈的數字化整合：這是實現“智慧製造雲”的願景,使用者只要提交需求,就可以獲得所需的產品,而云端相關價值鏈各企業的製造與業務能力都以API的方式釋出,使得快速柔性組合與安全排程執行成為可能,最大化發揮生態系統的設計、製造、服務等多方面的綜合能力。

複雜命題

工業4.0是一個複雜的命題,從關鍵的使用者需求—工業4.0產品的角度切入,有助於理解其要義與精髓。

工業產品經歷了從傳統產品(包括機械與電氣部分〕,到智慧產品(增加了電控、感測、軟體與使用者互動介面部分〕,再到當下個性化、軟體定義、智慧互聯的產品(增加了網路連線,並得到後端產品平臺強大計算分析能力的支撐〕的演變。

特斯拉就是工業4.0產品的一個典型代表,其精緻的工業設計、 創新的電池動力系統、以及強大豐富的車載軟體系統,為使用者提供極致的個性化(大多通過軟體體現〕使用體驗。而其後端所連線的強大軟體平臺則提供了豐富的內容、服務、分析、應用等支援,是特斯拉汽車產品不可或缺的組成部分。從特斯拉的成功可以看出工業4.0產品是工業化與資訊化深度融合的結晶。

全系統變革

工業4.0意味著產品全生命週期乃至全價值鏈、全生態系統的變革。

工業4.0產品，推動了設計、生產、銷售與服務等各個環節以及相關價值鏈、 生態系統的變革與重塑。在生產的環節,需要通過物聯網的實施及從生產系統到ERP系統的垂直整合,以及與CRM,SCM等系統的水平整合,實現生產的自動化、柔性化、智慧化。使得整個生產的體系(包括上游材料與部件供應商〕能夠針對“多批微量”的訂單靈活組合各種材料、部件、能力與流程, 高效、大規模地完成個性化生產的任務,並聯動下游的客戶服務及上游的研發,使得客戶得到最佳的產品體驗與服務,並基於實時收集的客戶反饋與使用資料,實現產品的快速演進與創新,不斷提升競爭優勢。

我們認為工業4.0轉型,不是3.0時代MES，ERP，SCM，PLM，CRM等系統的簡單整合或更新換代；而是藉助新技術(物聯網、大資料等〕在多個維度對企業及價值鏈的革命性整合、重塑與創新。工廠不再是“黑盒子”,而是清晰透明的服務提供方。不只是工廠,整個產業鏈的參與者(研發、供貨、銷售、服務等〕的各種能力都用API的方式來發布、被呼叫、接受監管,形成一個 “Manufacturing as a Service”的開放、靈活、自主、優化的合作體系,這將使企業及其價值鏈具備核心競爭優勢。

“工業4.0”的挑戰和要求

在工業4.0的趨勢之下,現有工廠將面臨四大業務挑戰和五大管理要求。

四大業務挑戰

1. 質量成本壓力

2. 產量及獲利的不可預見性

3. 生產裝置的管理與維護費用壓力

4. 生產流程與裝置的自動化需求

五大管理要求

1. 工廠資訊：必須完整且實時可視，以支援智慧製造的多階段分析需求;

2. 裝置自動化：具備接受控制指令修改裝置屬效能力;

3. 裝置維護：由3.0時代的定期維護進化成4.0所要求的主動性維護;

4. 工廠耗能：實現智慧管理，增加對環境的綠色責任;

5. 互聯供應鏈：必須支援端到端的全面物聯網相聯。

而支撐以上挑戰與要求的手段,除了完善互聯機器自動化(Connected Machine Automation)及製造執行系統(MES)之外,還需配合大資料分析、雲端計算、移動裝置和資訊保安體系,以實現諸如生產線優化排程、產品質量早期預警、生產裝置預測性維護等競爭優勢。

全方位改變

當工業4.0的平臺充分執行的時候,其影響如草地自動灑水機一般,全方位地改變了周遭領域。

例如:

——社交媒體：由社交媒體接觸客戶,感知客戶；並由電子商務的方式活化營銷手段、價格優化管理;再由具備360度客戶畫像的呼叫中心支撐售後服務,提升客戶體驗。 這些影響提升了銷售服務

——客戶分析：依賴大資料的手段深入瞭解客戶,並預測進一步的產品需求;使用產品生命週期管理的方式,以市場為導向開發下一系列產品。這些影響提升了產品的研發設計。

——通過產品分析,早期發現並解決質量問題。一方面可以降低保修成本,同時提升客戶對產品、品牌的體驗;通過診斷維修分析,避免不必要的維護停機並提高首次響應完成的比例。這些影響優化生產運營的效率。這些提升、優化將直接影響業務層,不但增加產品的銷售,也增加了質保與服務合同的延伸,甚至相關其他產品的銷售。

變革戰略

常見的工業4.0轉型變革戰略實施路線圖包括如下三個階段。

第一階段:M2M(廠內與企業內廠際互聯)：工廠內系統、裝置與機器間在物聯網的基礎上互聯互通。逐步達到全企業內所有工廠間運營、監控和管理決策的完整聯絡。由此激發主要生產力的提升,並增強運營決策靈活性。

第二階段:B2B(價值鏈上所有企業互聯)：實現企業全方位供應鏈的互聯互通。包含上游所有各級供應商的相關係統 (系統內包含相關裝置的物聯網資訊〕以及下游各渠道的系統終端或裝置。 以此增加生產力,提升效率與靈活性。

第三階段:C2M(消費者與相關工廠間互聯)：此一階段又稱為“以軟體定義產品與製造”階段。在這階段中,產品方面的需求、設計、測試、上市,以及製造方面的工廠、製造、物流、服務,都在企業安全的架構體系之下全面地在雲端互聯互通。從而產生新的商機、新的業務模式和新的盈利模型。

轉型的支撐力

工業4.0的轉型主要需要三大核心支柱的支撐:

——全面物聯網建設。透過感測器、RFID、閘道器等技術的配置與建設,為全面自動化、智慧化打好基礎。

——工業4.0轉型途徑(Industry 4.0 Approaches)。工業4.0轉型途徑泛指公司管理文化的升級與改變。要以務實、嚴謹的管理態度,科學及資料分析的方法決策,精簡流程,快速反應。

——構建新的生態系統。全面C2M的環境建設,新的生態系統的搭建,為企業創新提供新的業務環境。此時企業憑藉新的能力、新的市場環境(包含產業市場、人力市場、資本市場等〕創造新的企業商業和服務模型。

業務價值與能力提升

工業4.0的轉型,將為企業帶來全面的業務價值與能力提升,主要集中在加速產品創新,優化生產運營及交付全新服務三個方面。

具體而言:

——企業具備生產製造的高靈活性和更能適應市場的生產流程。

——專業化聚焦能力。在完善全面產品生命週期管理,企業生產價值鏈互聯互動之後,企業已經具備針對特定使用者需求的專業化聚焦能力。

——提升以價值鏈為單位的整體競爭能力。歐美標杆產業通常由本身最具競爭力的產品線開始,穩定的掌握市場優勢。

工業4.0的七大切入點及轉型方法論

工業技術研究

工業4.0七大切入點

我們對邁入工業4.0提出7個切入點: 工程與軟體開發、產品合整合、智慧製造與運維、供應鏈視覺化、安全、智慧工廠的能源管理、創新服務與業務模型, 並形成了相應的切入點框架。

切入點架構圖左邊是供貨商端,右邊是提供給客戶的服務,企業本身由開發設計開始,經由車間生產過程並採集資料,同時整合企業內部系統,提供及時分析與未來預測,然後加以優化。這些環節也同時考慮了節能與安全的需求。這七個切入點可以視客戶的實際需求選擇最需要改善的環節開始,或由一到七循序漸進。

工程與軟體開發

強調在設計週期與客戶的合作。運用的技術包含: 持續工程(如: DOORS、 Rational Team Concert、Rational Quality Manager)、建模與模擬(如 Rhapsody、RSA)、產品生命週期管理、業務流程管理(BPM)與實時決策的規則引擎(ODM)。

產品與整合

強調車間整合 (shop floor integration)。運用的技術包含: IBM Integration Bus (Manufacturing Pack),高速檔案傳輸系統、可支援實時海量資料傳遞的系統(如MQTT、MessageSight)、超長距離通訊與低耗能的技術(如LoRa)。

智慧製造與運維

強調不同來源的殘次品檢驗、資源規劃與生產過程的實時優化。運用的技術包含: MAO/PMQ、企業資產管理 (如Maximo)、大資料分析平臺(如 BigInsight、Stream、Pure Data、SPSS、Cognos等)、業務規則與多變數規劃引擎(如iLOG Rule、CPLEX等)。

供應鏈視覺化

強調企業間的橫向整合。運用的技術包含: 供應鏈管理(如Transparent Supply Chain)、整合皮膚(如GiView)、企業製造執行系統(MES, 如 SiView、LCDView) 、智慧採購管理(如Emptoris)。

安全與隱私保障

強調實時監測安全漏洞,預防網路攻擊。運用的技術包含: 認證授權與加密 (如IBM Access Manager)、資料與隱私保護(如Guardium、Optim data musking)、入侵檢測預防(如IPS/IDS)、多因子生物辨識系統、智慧安全系統 (如:QRadar)。

智慧工廠的能源管理

強調降低工廠能耗。運用的技術包含: 企業物業管理與智慧行綠色建築(如 Tririga) 提供了一個單一的系統來管理裝置的生命週期。它提供業務分析、關鍵警報和自動化流程來提高知名度,控制與房地產管理,資本專案,空間管理,設施維護和能源管理的自動化。它提供了一個整合的工作場所管理系統,以提高設施運營、財務和環保效能。PMQ預測維護與預防的實現,也能節省工耗。

創新服務於業務模型

強調挖掘新價值、創造新服務。運用的技術包含:移動互聯平臺(如MobileFirst Platform)、移動裝置管理與安全(如MobileFirst Protect)、移動客戶體驗 (MobileFirst Engage)、物聯網雲平臺(如IBM IOT Foundation)、API管理(如 IBM API Management)、勞動力與人才管理(如Kenexa)、對公對私的電商平臺及B2B整合(如IBM Commerce、Sterling Commerce)。

工業4.0的轉型方法論

不同企業的目標與所處的環境都不盡相同,難以一概而論。如果企業能設定未來5至10年的目標,評估目前自身的能力與不足,然後參考業界的典範與技術,則能合適地制定出未來的架構,以及及實踐的步驟。針對這一過程, IBM提出了工業4.0轉型方法論。

首先,從各行業的業務元件模型(Component Business Model)中選取相對應的所屬行業業務模型。在“策略”、“控制”、“執行”三個水平層面,與 “設計”、“製造”、“銷售”、“服務”、“供貨商管理”、“客戶關係管理”、“人事”、“財務”等業務垂直領域中分析成本效益,找出與工業4.0程式相關的熱點(hotspot)業務模組。然後找出現在(as-is)的功能與業務流程,並訂出改善後 (to-be)的功能與流程。

以類似的方式,找出現有的作業面流程,以及改善的方式。在技術層面與基礎架構層面面亦然。比如當我要達到生產線自動化時,現有裝置能不能用? 需要加裝感測器、加強可程式控器(PLC)?還是換代成具備多功能且能收集生產資料的智慧機器人?有沒有車間整合系統(shop floor integration)?裝置間能互相溝通嗎?資訊裝置呢?是否能接到不同車間系統,還能串起整個鏈呢?這可能包含各後臺系統 (如財務、人事、銷售、服務、供應鏈等)的整合與業務流程的控制。

工業4.0與智慧製造的實踐_大咖分享

工業技術研究

開篇案例

陳敏智總經理在主題報告中詳細解讀了智慧製造的典範—西門子安倍格數位化（Amberg）工廠。西門子安倍格數位化工廠，擁有1,000 多種不同型號的產品，月產量1 百萬，並且可程式設計控制器產品，自動化程度程度高達75%，Siemtaic生產執行系統每天採集過程點達到5千萬，產品合格率達99.9988%，首檢通過率達到99.5％，裝置可用率達到85％。物理製造世界與虛擬製造世界正在進行融合，使得企業各部門在產品生命週期和生產生命週期採用數位化手段進行規劃。是什麼使得Amberg工廠如此成功？陳總引用了西門子北美工業部CEO Helmuth Ludwig的話——“是三個特定的關鍵製造技術的整合：產品生命週期管理（PLM），製造執行系統（MES）和工業自動化”，與此同時，陳總還現場揭示了Amberg工廠的成功祕訣和祕密武器。Amberg工廠的成功祕訣將兩個生命週期整合為一個數位化平臺，Amberg工廠的祕密武器是“人工+自動化+MES + 工藝模擬+BOP”。“數字化+自動化=大規模定製” 是Amberg工廠給我們最直觀、最有價值啟示。

圖一：西門子安倍格數位化（Amberg）工廠成功祕訣

數位化企業

數位化改變一切那麼，數位化企業是什麼？

數位化是一個數字流程，通過將掌握產品資訊及其生命週期過程的數字思路,將所有階段（產品創意、設計、製造規劃、生產和使用）銜接起來，並連線到可以理解這些資訊並對其做出反應的生產智慧裝置，旨在構建滿足工業4.0需求，並迭代發展的“數位化企業”。並提出數位化工廠是唯一能為機械軟體和電子設計提供產品數字孿生模型的公司。

如何來實現“數位化企業”？

西門子擁有50多年自動化經驗和50餘年數位化經驗，是全球唯一擁有和整合所有數位化工廠能力於一體的公司。利用IOT 平臺，將各類資產進行分析，並提供反饋建議，持續優化價值鏈，打造整個價值鏈的強大數位雙胞胎模型。陳總從產品設計、生產規劃、生產工程、生產執行和服務五大環節講解如何打造數字化企業。產品設計環節注重展示西門子無理行為模擬、電子系統設計與模擬和產品的數字孿生模型；在生產規劃環節展示生產工藝規劃、建立產線佈局並選擇裝置、生產工藝模擬與優化、工作條件模擬模擬場景；生產工程環節展示自動生成用於博途的PLC程式碼、PLC程式碼虛擬驗證、快速高效的工程與除錯；在生產執行環節展示排產、工藝操作和質檢、通過TIA博途實現高效安全生產；實現服務環節產品與服務的對話。

圖二：整個價值鏈數位雙胞胎模型構建關鍵環節

與此同時，報告中展示西門子數位化企業與智慧製造鳥瞰圖。簡要介紹西門子基於雲端的開放式物聯網作業系統和包羅永珍的應用程式生態系統，擁有眾多強大的合作伙伴。

經典概括

立足西門子今日的專業技術水平，展望未來，陳總提出整合整合的“數字流(Digital Flow ) = Digital Thread (數位匯流排)”論斷。與此同時高度概括工業4.0的特徵。

圖三：工業發展階段及工業4.0特徵

陳敏智先生的主題報告，再現西門子在智慧製造的深厚造詣，使隱藏在實踐案列背後邏輯和寶貴經驗與到會專家慷慨分享。

人工智慧賽博物理作業系統

AI-CPS OS

“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧）分支用來的今天，企業領導者必須瞭解如何將“技術”全面滲入整個公司、產品等“商業”場景中，利用AI-CPS OS形成數字化+智慧化力量，實現行業的重新佈局、企業的重新構建和自我的煥然新生。

AI-CPS OS的真正價值並不來自構成技術或功能，而是要以一種傳遞獨特競爭優勢的方式將自動化+資訊化、智造+產品+服務和資料+分析一體化，這種整合方式能夠釋放新的業務和運營模式。如果不能實現跨功能的更大規模融合，沒有顛覆現狀的意願，這些將不可能實現。

領導者無法依靠某種單一戰略方法來應對多維度的數字化變革。面對新一代技術+商業作業系統AI-CPS OS顛覆性的數字化+智慧化力量，領導者必須在行業、企業與個人這三個層面都保持領先地位：

1. 重新行業佈局：你的世界觀要怎樣改變才算足夠？你必須對行業典範進行怎樣的反思？

2. 重新構建企業：你的企業需要做出什麼樣的變化？你準備如何重新定義你的公司？

3. 重新打造自己：你需要成為怎樣的人？要重塑自己並在數字化+智慧化時代保有領先地位，你必須如何去做？

AI-CPS OS是數字化智慧化創新平臺，設計思路是將大資料、物聯網、區塊鏈和人工智慧等無縫整合在雲端，可以幫助企業將創新成果融入自身業務體系，實現各個前沿技術在雲端的優勢協同。AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量與行業、企業及個人三個層面的交叉，形成了領導力模式，使數字化融入到領導者所在企業與領導方式的核心位置：

1. 精細：這種力量能夠使人在更加真實、細緻的層面觀察與感知現實世界和數字化世界正在發生的一切，進而理解和更加精細地進行產品個性化控制、微觀業務場景事件和結果控制。

2. 智慧：模型隨著時間（資料）的變化而變化，整個系統就具備了智慧（自學習）的能力。

3. 高效：企業需要建立實時或者準實時的資料採集傳輸、模型預測和響應決策能力，這樣智慧就從批量性、階段性的行為變成一個可以實時觸達的行為。

4. 不確定性：數字化變更顛覆和改變了領導者曾經仰仗的思維方式、結構和實踐經驗，其結果就是形成了複合不確定性這種顛覆性力量。主要的不確定性蘊含於三個領域：技術、文化、制度。

5. 邊界模糊：數字世界與現實世界的不斷融合成CPS不僅讓人們所知行業的核心產品、經濟學定理和可能性都產生了變化，還模糊了不同行業間的界限。這種效應正在向生態系統、企業、客戶、產品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量通過三個方式激發經濟增長：

1. 創造虛擬勞動力，承擔需要適應性和敏捷性的複雜任務，即“智慧自動化”，以區別於傳統的自動化解決方案；

2. 對現有勞動力和實物資產進行有利的補充和提升，提高資本效率；

3. 人工智慧的普及，將推動多行業的相關創新，開闢嶄新的經濟增長空間。

給決策制定者和商業領袖的建議：

1. 超越自動化，開啟新創新模式：利用具有自主學習和自我控制能力的動態機器智慧，為企業創造新商機；

2. 迎接新一代資訊科技，迎接人工智慧：無縫整合人類智慧與機器智慧，重新

   評估未來的知識和技能型別；

3. 制定道德規範：切實為人工智慧生態系統制定道德準則，並在智慧機器的開

   發過程中確定更加明晰的標準和最佳實踐；

4. 重視再分配效應：對人工智慧可能帶來的衝擊做好準備，制定戰略幫助面臨

   較高失業風險的人群；

5. 開發數字化+智慧化企業所需新能力：員工團隊需要積極掌握判斷、溝通及想象力和創造力等人類所特有的重要能力。對於中國企業來說，創造兼具包容性和多樣性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。”  《論語·子路》雲端計算、大資料、物聯網、區塊鏈和 人工智慧，像君子一般融合，一起體現科技就是生產力。

如果說上一次哥倫布地理大發現，擴充的是人類的物理空間。那麼這一次地理大發現，擴充的就是人們的數字空間。在數學空間，建立新的商業文明，從而發現新的創富模式，為人類社會帶來新的財富空間。雲端計算，大資料、物聯網和區塊鏈，是進入這個數字空間的船，而人工智慧就是那船上的帆，哥倫布之帆！

新一代技術+商業的人工智慧賽博物理作業系統AI-CPS OS作為新一輪產業變革的核心驅動力，將進一步釋放歷次科技革命和產業變革積蓄的巨大能量，並創造新的強大引擎。重構生產、分配、交換、消費等經濟活動各環節，形成從巨集觀到微觀各領域的智慧化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式。引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式，實現社會生產力的整體躍升。

產業智慧官  AI-CPS

用“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧），在場景中構建狀態感知-實時分析-自主決策-精準執行-學習提升的認知計算和機器智慧；實現產業轉型升級、DT驅動業務、價值創新創造的產業互聯生態鏈。

長按上方二維碼關注微信公眾號： AI-CPS，更多資訊回覆：

新技術：“雲端計算”、“大資料”、“物聯網”、“區塊鏈”、“人工智慧”；新產業：“智慧製造”、“智慧金融”、“智慧零售”、“智慧駕駛”、“智慧城市”；新模式：“財富空間”、“工業網際網路”、“資料科學家”、“賽博物理系統CPS”、“供應鏈金融”。

官方網站：AI-CPS.NET

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