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中国企业智能制造核心技术能力未来的持续竞争优势之源
新工业革命、工业革命4.0都提出基于智能技术系统的生产方式的变革,认为化生产、绿色生产、本地化生产将成为趋势.智能制造时代即将来临已经成为制造业强国的共识,德国、美国、日本等结合自己的技术优势提出概念和技术解决方案,试图在智能制造时代取得领先优势.
德国提出“高技术战略2020”,试图基于西门子、宝马等企业的先行实践,以及在生产设备领域的优势,成为新一代工业生产技术的供应国和主导市场,战略要点是积极推动智能制造企业实践、产学研合作推动,并从国家战略的高度来实施智能制造转型.美国先后提出了“重振美国制造业框架”、“先进制造伙伴计划”、“先进制造业国家战略计划”,强调再工业化和工业互联网,试图凭借思科、IBM、英特尔等企业在信息技术领域的优势,以互联网技术为依托引领智能制造,战略要点是用互联网激活传统工业、领先企业提供解决方案、政府推动创新.日本推动以3D造型技术为核心的产品制造革命,战略要点是人工智能、智能化生产线和3D造型技术,以机器人制造为基础,充分发挥已有优势.
我国已经是一个产业类别齐全的制造业大国,拥有联合国产业分类当中所有的产业类别,也是工业制成品的出口大国,当前的出口额当中80%是工业制成品.但我们还只是制造大国,不是制造强国,我们产业发展的核心竞争力不强、创新能力不足,在产业链上我们很多产业是处于价值链的中低端.面对智能制造时代的来临,我国制造业面临两个转型叠加的大挑战：一是制造业的转型升级,改变关键核心技术和装备受制于人的局面；二是向智能制造的转型升级,在智能制造时代取得主动地位,拥有核心技术.我国制造业要应对这个转型叠加大挑战,培育智能制造核心技术能力是关键.长期以来,我国制造业企业对核心技术的追求是明确的,一直在努力,但一直都有差距,而且缩小差距需要付出的努力越来越大.面对智能制造时代的到来,我国企业智能制造核心技术能力及其培育会有哪些新特点？本文试图回答这些问题.
企业智能制造核心技术能力
企业智能制造核心技术能力是企业在智能制造时代获得持续竞争优势之源,是企业拥有和（或）主导的独特技术知识网络,是企业利用信息技术重新配置知识资源形成的满足用户个性化需求的制造能力的技术内核.企业智能制造核心技术能力具有独特性（Different）、综合性（ I n t e g r a t i v e ） 、价值性（Valuable）、可扩展性（Extendable）,合起来英文首字母为DIVE,具体阐述如下：
◎ 独特性：企业智能制造核心技术能力的独特性有两层含义,一是具有鲜明的企业特性,体现企业的核心价值观,是独特性的内核,难以模仿；二是跟其他企业相比,拥有的核心技术能力具备优越性,所包括的知识体系是独特性的载体和外显,形成壁垒.
◎ 综合性：企业智能制造核心技术能力的综合性有三层含义,一是包含的知识元素具有多样性,二是涉及到企业内多个部门的知识流整合,三是能力的应用是多方面的.
◎ 价值性：企业智能制造核心技术能力的价值性就是满足客户需求、为用户创造价值,制造生命周期和产品生命周期都能够围绕客户的个性化需求展开.
◎ 可扩展性：企业智能制造核心技术能力的可扩展性包括灵活性和动态性两个方面.灵活性是能力可以应用于多个产品和服务,能够支撑企业当前和未来的多个业务发展,让企业能够为新客户群体或已有客户群体的新需求服务.动态性是能力可以随着时间发展变化,满足不断变化的用户需求,并且与环境变化相匹配.
企业智能制造核心技术能力形成具有累积性和路径依赖特性,是企业通过长期努力积累的技术能力与信息技术融合的结果.
中国企业智能制造核心技术能力的类型2015年以来,课题组对我国15家企业的智能制造实践进行了调查研究,包括海尔集团、青岛红领、珠海格力、重庆青山、吉林省通用机械、嘉兴加西贝拉、太原钢铁、中石油安庆石化分公司、大连冰山集团、中航一飞院、中远川崎船舶、三一重工、株洲电力机车厂、中车浦镇、沈阳机床等.这些企业在设计、零件加工、组装、物流、生产线或者生产厂等不同范围进行了智能制造实践.通过对这些企业智能制造核心技术能力的分析,根据能力的侧重点,可以观察到四类能力：智能产品核心技术能力、智能工艺核心技术能力、智能应用核心技术能力和智能用户核心技术能力.下面分别予以阐述.
智能产品核心技术能力
智能产品核心技术能力是企业把“智能产品”的实现作为核心技术能力的中心,产品智能是满足用户需求的关键.沈阳机床是一个典型案例.2007年以来,沈阳机床经过近10年的努力,从底层技术源代码算法做起,独立研发成功“i5”数控系统,实施“i5”战略,构建了智能工厂新模式.沈阳机床不仅开发出了基于“i5”数控系统的系列产品i5M1、i5M4、i5M8、i5T1、i5T3、i5T56,并在全国各地建立智能云工厂,接入ISESOL云平台,形成一个完整的闭环.
“i5”字义来自5个英文单词：Industry（工业）,Information（信息）,Internet（ 互联网） , I n t e l l i g e n c e （ 智慧） ,Integration（集成）的首字母.该系统是基于互联网条件下的底层运动控制系统,从智能的角度,使机床直接与互联网进行连接.i5包括智能编程、智能诊断、智能补偿,还包括模拟加工.i5能在加工过程产生数据,包括管理人员、财务人员需要的各种数据.这些数据可以解决车间管理难、成本核算难和摊销的问题.基于这些实时数据积累,可以建立智能工厂.智能工厂通过网络化的智能信息系统进行管理,称为WIS车间信息系统.WIS系统可以通过网络化完成车间的部分管理,实现智能分析和决策.沈阳机床推出的智能云工厂,可以让用户灵活地拥有制造能力,而不是去进行固定资产投资拥有一批机床.用户可以通过联网的机床按生产数据量（时间）交租金,也可以按制造工件数量或按创造价值量与沈机分成.例如,广东省江门市从智能制造产业基金中拿出4.5亿元,与沈阳机床合建“i5智能制造示范园区”项目,打造工业互联网、金融租赁、再制造等全新智能制造新生态链.这为乡镇中小民营企业灵活解决对设备的需求,而且解决了这些企业在使用过程中快速更新换代新机床的问题,让他们的生产系统具有满足下游用户需求的智能特性.
沈阳机床把握了工业互联网发展的机会窗口,选择了独立自主发展自有系统的技术道路,从技术、战略和组织层面都进行了跳跃式发展.战略上选择了自主独立开发,从底层技术源代码算法做起.技术上开创性地选择了互联网基因,天生符合工业互联的发展机制.组织上在上海招兵买马建起企业自己的研究院,起炉灶开发数控系统.沈阳机床在i5产业化的过程中大量持续投入,累积达到12亿.而且放养上海研究院,潜心开发新系统,容忍长期无产出,给科研人员较大的空间.
智能工艺核心技术能力
智能工艺核心技术能力是企业把产品“智能实现”作为核心技术能力的中心,用制造和物流过程智能来满足用户需求,尤其是在效率和质量上更能满足用户的需求.产品制造生命周期中的数据采集、分析建型和智能决策运用的环节多,能够让小批量、甚至单个产品的制造参数和过程实现个性化.中车浦镇、重庆青山、吉林省通用机械、太原钢铁、中石油安庆石化分公司、大连冰山集团都在这方面进行了努力.
中车浦镇从事铁路客车、城市轨道交通车辆及动车组等轨道交通装备研发与制造.浦镇公司为满足轨道车辆工位制节拍化流水线生产组织需要,运用信息化、智能化技术,再造、优化并固化物流管理主流程,推行储运一体化模式,实施物流全过程动态管控,推行从供应商到主产品生产线的准时配送,实现了生产过程中的智能化物流能力.中车浦镇运用RFID技术管控,物流全流程设置了6+1级条形码,让货位、物料、物料包、配送车、作业人员、工位地面、交接单据都通过条形码来进入物流系统,实现全流程数据采集,可以物料配送的各个节点动态跟踪和实时监控、对每个管理工位有效管控.员工也以条形码的方式进入物流系统,其操作实现了数据记录.中车浦镇的智能系统把员工和员工的操作系统都纳入进来,让人成为一个智能制造执行系统,不追求一个无人的智能系统,而是人与智能系统的有机融合,融合了中车浦镇重视一线操作员工的价值观,为操作员工在智能制造核心技术能力中找到了融合方式.中车浦镇是在总装环节实现智能制造的典型代表.重庆青山是零部件环节实现智能制造的典型代表.重庆青山作为汽车零部件制造供应商,以信息化、网络化、自动化、智能化为基础,建立订单拉动整个物流链运作的物流能力,包括：客户订单接收、供应商订单发放与内部生产排程；产成品与零部件包装标准化及集货、运输模式建立；内部生产线布局及物流路径（包括内外物流）规划；物流工艺设计及物流信息、数据管理；仓储与生产配送作业方式变革；供应物料的接收、成品发货及运输（监控）管理；例外与变更及信息沟通管理.
中石油安庆石化分公司、太原钢铁在流程型制造中针对部分工艺环节融合信息技术建立了智能工艺核心技术能力.吉林省通用机械、大连冰山集团在机械制造中针对部分加工环节融合信息技术和加工中心,建立了智能工艺核心技术能力.从这些企业的实践来看,我国企业结合自身的实际情况、建立了符合企业价值观的智能工艺核心技术能力.
智能应用核心技术能力
智能应用核心技术能力是企业把产品“应用过程中的智能”作为核心技术能力的中心,通过产品使用中的数据收集、分析建模和智能决策,让产品在应用过程中更好地满足用户需求.三一重工和珠海格力分别是工业设备和消费电器领域的典型代表.
珠海格力形成了以产品编码为主线来建立智能应用核心技术能力.珠海格力实现了设计数据、生产数据、销售数据、安装数据、售后数据的获取、集成、分析和应用,形成家电产品从设计、生产、销售到安装和维修的产品生命周期的数据管理.珠海格力为每一台空调产品设计了可识别的身份,这个身份信息嵌入在空调主板（控制程序）之中,这个主板是控制空调机组按用户设定功能正常运转的实际发出命令者,可以说是空调产品的中枢.珠海格力在空调主板中增加空调条码（生产流水码）与开机信息.条码与关联绑定,每一个条码对应一个；首次开机必须输入、自动检查无误后方能开机使用.通过对程序设置条码与,使生产ERP系统的生产数据能够和安装数据进行匹配,为建立产品档案提供编码基础.珠海格力在按客户订单生产组装空调时,生产线会将空调各个部件一一组装成完整机型,每个零部件及成品机的代码均有其特定的属性,通过这些属性可以对各机型进行识别.空调控制器主板烧录程序过程中,会根据珠海格力ERP系统与MES系统,自动查询核对每台空调的条码属性信息.当识别到ERP或MES系统提供的信息显示该台空调需要烧录条码与,则会将该空调条码对应的唯一烧录到空调主板中,该过程实现了与整机产品的绑定.通过实施条码追踪,珠海格力可以实施一个空调产品当前所在的生命周期管理,该产品在总部还是基地生产,在哪个分厂哪条产线生产,何时完成生产,当前是在公司库存还是在销售公司库存,甚至是通过物流配送至哪个销售公司的途中,以及是否已完成销售等待安装等信息.安装工人根据预约的安装时间、地址到客户家中,进行空调的安装与调试相关工作.调试中,需要通过“格力掌上通手机APP”对机组条形码进行扫描,根据要求填写工程信息等并提交上传,移动客户端会自动与后台数据服务器进行对接交互,获取其条码对应的,然后通过空调控制器将输入到空调主板中与原来生产烧录的进行对比验证.当安装调试工通过“格力掌上通手机APP”扫描机组条码,根据工程信息等提交上传内容时,格力掌上通系统会在后台将所有工程与机型的相关信息进行记录保存；并与该机组的生产信息、出入仓库信息进行匹配对接,实现机组生产、出库、销售、安装等信息的采集,以及用户信息的回传.通过GPRS模块的实时数据回传,珠海格力实现了对机组运行数据采集,可以监控已售出的空调机组的实时运行情况和历史运行记录,并可分析出该空调机组是否已经处于亚健康状态,在故障发生前提前预警,提前通知售后解决问题.建立了以产品编码为基础的智能应用核心技术能力,珠海格力通过对空调机组运行数据的分析,可以第一时间核查问题,并分析出问题原因,并根据分析主动联系用户,解决问题.
三一重工在2007年开始建设企业控制中心（ECC）,开启了车联网的应用,通过在智能产品上增加嵌入式的自主开发芯片,记录产品使用过程中的运行数据.通过这些数据,三一重工能够及时了解产品的运行情况,及时进行监控和故障排查.经过多年积累,三一重工通过ECC为至少20万台智能产品提供管理和服务,监控了五千多个参数.2014年,三一重工集团启动了大数据平台建设,自主研发了大数据储存与分析平台——ECC客户服务平台,实现了双向交互以及对设备的远程控制,可将20多万台客户设备实时运行情况的数据通过传感器传递到后台进行分析和优化,以实现低成本地海量设备数据接入与分析.借助ECC的数据积累以及自身良好的管理服务水平,三一重工在预测宏观环境、分析产品结构、预测设备故障、预测配件需求等方面有了很大的进步.三一重工还实现了企业平台与产品的双向交互和对设备的远程控制.用户可以通过网络查询机器各方面的状态.三一重工也能够运用这些数据及时提出判断和提示,对机器的状态做出快速反应.三一重工以智能应用核心技术为基础,融合供应链、设备智能化、流程数字化等领域,支撑了全公司向智能制造的转型.
智能用户核心技术能力
智能用户核心技术能力是企业把“用户需求的智能实现”作为核心技术能力的中心,通过不同程度的用户参与,用户需求可以作为参数纳入到产品生命周期和制造生命周期中的数据收集、分析建模和智能决策,让用户需求成为智能制造系统的有机组成部分.海尔是用户参与设计的典型代表,红领是用户参数匹配的典型代表,加西贝拉是用户引领设计的典型代表,中航一飞院、中远川崎船舶和株洲电力机车厂是用户单件的典型代表.
从需求端到制造端,海尔众创汇依托互联工厂实全流程可视化体验,让处于前端用户与后端互联工厂互联互通.用户从单纯需求者转变成为产品创意发起者、设计参与者以及参与决策者等,参与产品全流程,通过与众不同的全新体验激发用户潜在的创造力.海尔通过模块化、自动化、数字化、智能化来建立智能用户核心技术能力.模块化,是个性化的基础.产品通过模块化的设计,将零件变为模块,通过模块化的自由配置组合,满足用户多样化的需求.海尔从2008年开始探索模块化,通过制造的模块化倒逼全流程的模块化进而保障智能制造的达成：通过总装的SKD剥离倒逼模块设计,实现由零件到模块；通过模块的设计划分来实现用户个性化；通过大资源整合,吸引全球一流模块商事先参与模块设计,实现模块的竞争力和引领.海尔通过互联自动化实现用户驱动下的设备联动、柔性体验.海尔通过以iMES为核心的五大系统集成,实现物联网、互联网和务联网三网融合,以及人机互联、机物互联、机机互联、人人互联,最终让整个工厂变成一个类似人脑一样的智能系统,自动响应用户个性化定单,形成数字化架构.海尔的智能化涵盖产品智能化和工厂智能化.产品智能化方面,产品配置的智能Wi-Fi模块能够实现产品运行数据的实时在线采集.通过对大数据分析,对问题会自动预警,预警信息通过内置智能WI-FI模块,使用户家中的WI-FI网络,将信息传送至海尔云平台.海尔云平台接到预警信息后,会自动给用户推送提醒短信,同时给服务兵触发服务信息,服务兵抢单后提供上门服务.工厂智能化方面,互联工厂通过传感器,每天产生的制造大数据.通过这些大数据的分析,对整个互联工厂的运行情况进行实时的监控、异常实时预警.海尔通过互联网工厂建设,让大规模制造向着个性化转型,将用户需求融合在产品设计、制造和使用之中.
红领能够根据用户的身体参数,让生产系统能够智能设计和制造量身的服装,具备的核心技术能力可以实现用户参数和制造系统的智能匹配.红领自主研发专利量体工具和量体方法,采集人体19个部位的23个尺寸,并采用3D激光量体仪,实现人体数据在7秒内自动采集内完成,解决用户数据的采集问题.红领建立了体型数据库及服装设计智能化系统.用户体型数据的输入,驱动系统内近10000个数据的同步变化,能够满足驼背、凸肚、坠臀等113种特殊体型特征的,覆盖用户个性化设计需求.红领搭建了大数据智慧工厂前端大数据系统,建立工厂数据模型,接收用户个性化订单,结合智能分析,按照生产、供应等部门的工作标准,把个性化订单转换成各节点的标准指令,智能自动输出产品设计图、作业指导书、订单BOM,各工位通过信息终端下载操作指令.红领以订单信息流为线索,以射频芯片为载体,将订单全生命周期实现过程中的资源信息如人、机、物、料等通过射频识别技术自动采集,通过各节点相应的应用软件和网络有机地整合到统一的物联网综合数字化平台中,在统一指标管理体系下实现商务、生产、物流管理驾驶舱和公司层面上的运营决策支持系统,打破信息传导过程中的条条框框,以业务驱动、面向服务的体系架构适应企业快速反应的创新生产管理模式,构建一个战略性的企业级数字化运作平台,支持电子商务、研发设计、敏捷生产、用户服务等产生直接效益的基本活动,支持公司基础管理、财务、办公自动化、人力资源、采购供应等产生间接效益的运营活动,支持以RFID射频芯片为核心的物联网,以射频识别技术在生产执行过程中自动采集人、机、料等相应资源信息,高效率、低成本支撑战略的实现和生产执行体系的卓越.
加西贝拉是我国规模最大的冰箱压缩机制造供应商,建立了用户引领的智能核心技术能力.加西贝拉在战略用户西门子的牵引下,从工序的数据化开始,以质量控制为龙头,在一个个分离的工序逐步实现机器换人,实现从工序、车间的数据驱动,到实现车间的数据分析,满足用户需求.西门子辅导加西贝拉成为它的供应商的过程中,西门子每个月都会派遣一个专家团队来到加西贝拉,每次至少三天对西门子进行指导.2004年,加西贝拉还只是西门子的普通供应商,之后慢慢升级为西门子的B级供应商,西门子的A-供应商,西门子的供应商,目前西门子50%的压缩机都来自加西贝拉.西门子提出这些要求之后,其他客户参观了智能化改造之后,都提出同样要求.于是,加西贝拉从局部的工序智能化改造出发,既对新生产线进行了智能化设计,也对原有生产线进行了改造.这些智能化改造实施,既满足了用户对压缩机品质的要求,也满足了用户对压缩机多样化的需求.这是因为冰箱的型号增加、每个型号的批量减少,不同型号对压缩机的要求不一样.压缩机的型号大幅度增加,每个型号的批量大幅度减少.就拿一个最简单的压缩机跟冰箱安装的连接管来说,每个型号的改动,都对安装方向和安装尺寸提出了不同的要求.智能化改造对这些需求变化能做出相应.加西贝拉通过多个工序和车间的智能化改造,已经能在数据分析层面对车间范围实施辅助管理.
中航一飞院、中远川崎船舶和株洲电力机车厂都为用户提供的大型系统产品,他们都建立了以设计能力为引领的核心技术能力,以智能制造满足用户的需求.中航一飞院推行基于模型的设计即全三维设计,建立一套由30份顶层标准规范、379份操作文件组成的完整数字化标准规范体系,实现大型运输机机加、钣金、复材、管路、电气线束等12万项零部件的全三维数字化设计.在设计实现全三维化的牵引下,推动所有制造部门全部按三维唯一数据源进行设计、制造,检验部门通过直观的三维信息表达和实物进行清晰的对照检验.制造厂建立多条数字化制造生产线,涵盖零件的数控加工、数控弯管到装配自动钻铆、机翼机身超大部件的数字化对接装配和数字化制造检验等,实现无余量精确加工和超大部件的一次对接成功.通过推行全三维标准,大幅提高效率和质量、降低制造成本,提升了型号研制效率.中远川崎船舶打通和形成全生命周期的数据自动生成和获取链条,通过引进先进的设计系统并二次开发,实现面向生产、管理数据自动生成的智能化设计,做到从研发设计到放样下料、数控切割数据的自动生成.在此基础上形成从产品营销、研发、生产制造、售后服务直到延伸至船舶拆解阶段的大数据系统,做到管理和制造、设计部门之间信息系统的统一和集成.其次,针对生产环节,建立了数据采集和分析系统,实现制造进度、工程节点、生产质量、物料配送情况等的信息整理、分析,对船东客户的意见建立电子化、流程化的分析处理模式.最后,在数据智能获取和智能分析的基础上,中远川崎扩大机器人应用和实施生产线流水化改造,包括型钢自动化生产线、条材机器人生产线、先行小组立机器人生产线、小组立焊接机器人生产线,具有一定的智能决策能力.株洲电力机车厂进行智能化工厂建设时,以三维设计为引领来建立智能制造系统,以更好地满足国际上不同区域的客户需求.
中国企业智能制造核心技术能力培育的重点措施
从我国企业的智能制造实践来看,面对两个转型的挑战,我国企业积极应对,摸索跟自身情况相适应的智能制造核心技术能力培育方式,取得了一些成效.我国企业要进一步提升智能制造核心技术能力,需要关注客户价值创造能力、正向研发能力、信息技术整合能力、生态系统主导能力这四个方面.
客户价值创造能力的培育
智能制造要给客户带来全新价值,为用户带来惊喜,例如正在发展之中的个性化医疗、智能穿戴、智能服饰等,从产品基本原理、制造原理上就是符合智能制造的特点.目前的智能制造实践更多地是在保持产品基本原理不变的情况下、对设计、制造和应用过程进行的智能化改造,可以称为智能制造1.0.我们要向智能制造2.0迈进,培育为客户创造全新价值的能力.
正向研发能力的培育
智能制造的来临不仅没有让“知其然、知其所以然”的正向研发能力的培育变得没有必要、可以不求甚解地完成产品研制,相反,对正向研发能力的培育提出了更高的要求.只是“知其然”的逆向工程等反向研发能力,不可能实现针对用户需求任意调整产品设计参数,没有个性化的技术基础.企业通过“知其所以然”的能力培育,实现产品基本原理的数字化,建立计算机仿真能力,模拟各种应用场景的虚拟测试和检验,是智能制造核心技术能力中的基本组成部分.
信息技术整合能力的培育
信息技术整合能力是智能制造核心技术能力的基本组成部分.企业在建立信息技术整合能力的过程中,有两点要注意：一是通过信息技术重新构建数据自动收集、分析建模和智能决策的能力,而不是简单地利用历史数据,智能制造系统的数据要满足用户未来的需求,而不是历史需求的简单延续；二是用大数据来建立模型,模型库建立在数据库的基础之上,是更为重要的二次能力,模型库中既有基于大数据的定量模型,也不要忽视基于少量经验的定性模型,机器智能和人类智能的融合非常重要.
生态系统主导能力的培育
企业在建立智能制造核心技术能力时,要关注实现用户价值的整个生态系统的能力培育,在其中起到主导作用.企业在生态系统中不是自己做优做强,而是推优做强,根据用户需求,为用户整合能带来最大价值的最优供应商.企业要在开放、共同演化、系统主导之中找到平衡点,不能局限在企业范围之内来寻求能力培育的解决方案,而是要从生态系统共同发展的视角来培育能力.
基金项目：清华大学自主科研计划中国社会经济文化重大专项“智能制造时代我国制造业技术创新能力研究”（2015THZWSH07）
智能制造论文范文结:
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