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中國在2015年釋出製造強國戰略第一個十年的行動綱領《中國製造2025》，這是中國部署全面推進實施製造強國的戰略檔案。
按照《中國製造2025》的戰略，中國正加快推動新一代資訊科技和製造技術融合，核心是智慧製造，重點發展智慧裝備和智慧產品，推進生產過程智慧化，培育新型生產方式，全面提升企業研發、生產、管理和服務的智慧化水平。從業務和技術層面看，製造業數字化轉型的內涵是實現整個製造業價值鏈的智慧化，貫穿研發、工藝規劃、生產製造、採購、倉儲、營銷、服務等各個環節，在產品的設計、製造、使用的生命週期中，實現產品的持續創新，通過將軟體以雲服務的方式提供，實現應用軟體隨需而變，通過應需設計，實現個性化設計，通過數字設計與製造一體化，實現定製化生產，通過融入智慧感知裝置，實現產品效能持續改進。即：IT基礎設施服務：基於智慧感測器、邊緣計算建設智慧感知系統，基於虛擬化、雲端計算技術構建it基礎設施服務；個性化設計：通過網際網路獲取使用者個性化需求，通過靈活柔性組織設計、製造資源和生產流程，實現低成本大規模定製；智慧化生產：實現從單個機器到產線、車間乃至整個工廠的智慧決策和動態優化，顯著提升全流程生產效率、提高質量，降低成本；服務化轉型：通過對產品執行的實時監測，提供遠端維護、故障預測、效能優化等服務，推動產品的設計優化，實現企業的服務化轉型；數字化管理：通過設計、生產、售後環節的資源共享，實現業務協作、工作協同等為主線的協作平臺，並實現製造業務的全流程監控和管理。我們按照上面的總體目標，沿著設計、製造的核心流程，深入探討製造業數字化轉型的路線圖。製造業數字化轉型的前提是通過智慧感測器、邊緣計算等，構建感知系統，捕獲感知工廠底層資料： 基於工業網際網路，實現車間裝置、產線、工廠、產業鏈的互聯互通，實現互聯工廠；基於物聯網技術，實現物理世界數字化標識、提升數控裝置及數字化工藝的 比率；實現裝置、流程、工藝、人員的數字化。而後，製造業數字化轉型需要強健的IT基礎設施支撐，包括彈性的IaaS雲端計算平臺、三維設計SaaS雲端計算平臺等。首先，採用伺服器、網路、儲存虛擬化技術，構建底層的計算資源池、網路資源池和儲存資源池，然後，通過雲資源管理平臺將池化的資源以服務化的方式向外提供。最佳實踐是，伺服器虛擬化架構可以採用ESXi、Hypervisor或者KVM，儲存虛擬化架構可以採用集中式儲存或者分散式儲存，網路虛擬化架構可以採用SDN，雲資源管理平臺可以採用vCloud、Axure或者Openstack，實現自動化、一站式的IT基礎設施服務交付。最佳實踐的另一種場景是，以雲端計算平臺為基礎，採用docker構建容器雲，快速向使用者交付基礎設施服務。三維設計SaaS平臺支撐個性化設計等業務場景，它的核心目標是將三維設計軟體在圖形加速系統的輔助下以服務的方式提供給設計人員使用，關鍵技術是共享高效能GPU、三維圖形加速和遠端虛擬桌面。技術實現原理是，三維圖形加速軟體通過對OpenGL圖形庫的重新封裝，實現本地使用者呼叫遠端GPU資源，多個使用者同時共享GPU資源，配合遠端虛擬桌面，設計人員共享使用三維設計軟體，提高設計協同能力，設計部門可進行協同研發同一產品，解決了地理跨度的難題。技術實現過程是，三維設計軟體的應用主機接收客戶端發來的請求，進行高效能的資料計算，生成2D圖形，三維圖形加速軟體所在的渲染主機利用本地的圖形處理卡對命令進行3D資料計算和渲染服務，完成3D渲染任務，渲染主機得到的最終圖形通過遠端虛擬桌面傳輸到客戶端。最佳實踐是， 服務端採用高效能圖形工作站作為計算資源，DCV三維圖形加速軟體提供專業的3D資料計算和渲染服務，Inventor、Alias等三維設計軟體進行高效能的資料計算，遠端虛擬桌面可以採用realvnc，客戶端通過瀏覽器、DCV endstation、RealVNC client訪問SaaS平臺，獲取DCV渲染的3D圖形結果。另一種場景是，採用Autodesk公司的Fusion雲端計算平臺構建三維設計雲端計算服務。個性化設計和智慧製造要求在概念階段，充分考慮個性化需求，以使用者體驗為中心，重塑企業的設計、製造模式，精準行動，敏捷運營，生態協同與組織賦能，將工業自動化和資訊化高度整合，即整合網路資訊和物理系統，構建基於資源、資訊、物品、人相關聯的資訊物理系統（CPS，Cyber-Physical system）。業務模式是在設計資訊、生產資訊、使用者使用及反饋資訊高度智慧化整合的基礎上，通過智慧化方式產生需求，設計師基於基礎設計資料進行智慧化的使用者參與式設計，然後，將設計直接轉變為生產資訊並執行，完成智慧化的柔性生產。緊接著，為使用者提供產品的浸入式體驗進行營銷，最終通過智慧互聯的智慧產品為使用者提供產品即服務式的後服務，完成產品的完整生命週期。個性化設計的業務過程是，設計師根據訂單進行資料建模、設計，通過模擬模擬或者3D列印，以真實的觸控和感覺獲得反饋對設計進行驗證，開發和改進產品創意，自由地進行設計迭代。這個過程中需要貫徹標準化、系列化、模組化的思想，以支援大批量客戶定製或產品個性化定製。首先，企業需要使用面向研發設計服務的SaaS雲端計算平臺，通過平臺提供的CAD設計、CAE模擬及CAM工藝設計、Inventor、Alias等整套設計流程的軟體服務，同時利用PDM、PLM管理研發設計過程，基於正向產品研發，進行產品的概念設計，建立產品的三維數字化模型；然後，產品的全三維數字化模型貫穿產品的設計、製造環節，建立虛擬數字化樣機，深入應用虛擬模擬、拓撲優化技術；從生命週期的維度將各個環節的資訊進行整合，如三維模型為工藝設計、製造過程所利用，PLM、ERP、MES、WMS等系統實現無縫對接。個性化設計最佳實踐的一種場景是，應用分析工具，根據零部件的承載進行應力分析和拓撲優化，通過拓撲優化來確定和去除那些不影響零件剛性部位的材料，並在滿足功能和效能要求的基礎上，從多種結構優化的方案中找到功能和效能要求相同但重量更輕的結構，從而實現輕量化的創新設計。然後，再利用3D列印將這些複雜結構製造出來，從而實現整個創新過程。3D列印的最佳實踐是，通過FDM、PolyJet、立體光固化成型、鐳射燒結、金屬粉末層熔融等技術路徑，採用工程塑料、高效能塑料、光敏樹脂、金屬（鈦、鈷）等材料進行產品模型列印。製造企業基於產品設計，結合工廠三維設計及物流模擬工具，系統地規劃整條生產線上工業機器人的工作路徑和工作節拍，驅動智慧工業機器人進行柔性製造。業務過程是，產品設計被傳輸到備料部門後，由備料部門對產品所需材料進行備料，並將材料載入至智慧生產線，生產線上的智慧機器人訪問網路資訊和資料，自主切換生產方式和更換生產材料，在智慧生產線上實現個性化定製的工藝傳遞，機器人根據產品設計和工藝要求進行智慧裝配，完成生產。服務化轉型包含兩個部分，一是通過物聯網、大資料、雲端計算、人工智慧等新一代技術將企業服務由裝置生產銷售向裝置維護和診斷等服務轉移，實現企業商業流程和商業模式的轉變，幫助使用者“用好裝置、管好裝置”，提高裝置利用效率、降低企業管理成本；二是開展智慧營銷，為消費者體驗設計完整的流程，通過資料的智慧化採集、挖掘和分析，構建具有認知性的數字化體系。依賴物聯網、雲端計算技術的發展，通過在產品上安裝感測器，收集產品執行資料，對產品進行效能、質量實時監控，工程技術人員將更加充分了解當前產品的執行狀況，從而對預防性維護等服務進行分層，將其作為額外的服務提供給客戶，過渡到真正的產品即服務。智慧營銷的最佳實踐是，基於資料的洞察與分析，實現對核心客戶群體人員數量、消費頻次、消費頻率的精準統計，為消費者提供個性化和智慧化的服務，擴充進店營銷等前沿應用，通過資料分析、人工智慧等數字化技術打造營銷推廣系統。製造企業數字化管理的內涵是建立生產管控系統和運營管理系統，實現設計協同、計劃協同、供應協同和工廠協同，智慧排產和智慧排程。數字化管理的技術內涵是應用資訊化系統，根據業務需求和策略，進行生產過程鏈全生命週期管理等內容，實現製造企業的設計、排產、生產、銷售、服務等管理活動。技術實現是，整合生產環節各類製造資源、支援使用者線上開展生產計劃及任務管理，根據設計檔案、裝置資訊，進行生產派工；管理生產訂單、採購物料、物料及零部件出入庫、質量報表等；生產過程中，裝置情況、加工進度可線上檢視，並通過線上質量管理，保證最終產品符合要求；實現生產至銷售各環節的管理，幫助企業從雲端獲得標準業務流程管理規範，提升業務實踐能力。最佳實踐是，建設生產管控系統和運營管理系統，包括ERP、製造企業生產過程執行系統（MES）、進階生產規劃及排程系統（APS）、主資料管理（MDM）、人力資產管理系統（HCM）、客戶關係管理系統（CRM）、企業資產管理系統（EAM）、供應商關係管理系統（SRM）、業務流程管理系統（BPM）等系統，滿足企業生產製造過程中的資源管理、生產執行管理、資源資料採集管理等主要需求，實現生產執行過程的管理、生產資源保障以及生產過程中的裝置、人、物的管理。總體而言，製造業數字化轉型是一個完美的閉環，包括智慧感知、智慧決策、智慧生產、智慧服務、智慧分析（事後）、深度學習等過程。
關於作者：郭崑山，中國第一代Java程式設計師，擁有20年IT研發和管理經歷，曾在中科軟事業部任副總經理，曾組織、規劃、設計、研發、落地推廣中國排名前三的Saas石油勘探雲，曾管理一個40人的事業部從年度虧損400萬扭虧至600萬利潤。
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