4.1 行业普及： 中国制造2025和工业互联网（2018）
华纳王
太平世界，环球同此凉热！2019-07-21 19:00
2018年夏天，被约稿要给各省经信委的工作人员出本书，但出书好友们时间和工作付出都不够，便独自编稿，怎奈节奏太慢没跟上出版社流程，导致出书失利。后来畏惧正规出版社的流程和麻烦出版意愿剧减。鉴于工业互联网事业如火如荼，独乐乐不如众乐乐，不想稿件烂在电脑里面，决定在网上贴出来和大家分享。最近刚买到观察员的身份，没想好要写啥，先拿到观察者网上晒晒，以飨读者。2019年中美贸易战大热，但科技发展目测还没超出2018年的内容范围，还是可以给大家普及下此行业的基本知识。生活在这个时代，见证着这时代发生的巨大变化。希望此系列能给观察者网的好友们一定帮助和启发，有利于你们现在从事的事业和项目，更好的建设我国的制造业能力和国家能力。某在企业管理咨询和企业信息化圈里面浸淫多年，很乐意帮助有需要的读者，若有问询指教可以直接回复和私信。本稿本着天下文章一大抄，抄来抄去有提高的精神非百分百原创原撰。所以有见到相看似相识的段落，请勿为怪！还有本人很多图就是借来的。
e-works的黄培博士出品的这张图很好的反映了工业企业初步数字化的一个样子。但是还是从管理层出发。现在的工业互联网要求大家从底层出发。下图属于“虽不中，亦不远矣。”数据服务总线是个临时过渡，将来就是走向基于工业互联网架构的工业大数据平台。
工业互联网平台出现以前，多数工业企业已经通过某些系统软件的实施和过去的两化融合建设积累出一定的数字化基础，本讲会对这些数字化的情况做基本的铺叙和介绍。企业在从事工业互联网平台建设时，应妥善利用已建成的信息化资产，妥善集成已有的数据资产，加速工业互联网平台的建设和降低平台建设总成本和周期。已建成管理系统内含的信息会成为工业互联网平台的宝贵财富和工作基础。为了利用这些已有的信息资产，工业企业可以引进类似企业应用总线的成熟软件，做好系统集成和数据贯通，把这些信息化系统改造成虚拟数字化设备接入工业互联网平台。工业企业还要加强生产线，生产设备的数据采集上网，只有管理系统的数字化是不足以支撑智能制造和数字经济的。企业基层生产现场数字化发展不充分，企业全局数字化发展不均衡的现象要在新时代得到扭转。设备层的数字化依赖于设备本体的数字化升级和改造，对于企业而言应该前瞻性的普及有数字化能力的设备和产线建设。
数字化就是把各种各样的信息用数字来表达，更加精确地说，指的是计算机使用二进制运算带来的数字化技术。数字化设计就是数字化和设计的紧密结合。设计是设想、运筹、计划和预算，它是人类为实现特定目的而进行的创造性活动。设计具有多重特征，广义的设计涵盖很大的范围,狭义指的是控制并且合理安排视觉元素、线条、形体、色彩、色调、质感、光线、空间等，涵盖艺术表达和结构造型。设计是特殊的艺术，其创造的过程是遵循实用化美学法则的。设计还有其独特的科技特性，受到时代生产技术发展的制约，设计和技术有着密不可分的关系。
工业设计的范畴，广义上包括工业产品设计、环境设计及视觉传达设计；狭义讲，就是所有由机械化批量生产的工业产品的设计。它不仅包括对工业产品的功能、结构、材料、工艺以及形态、色彩、表面处理、装饰等方面的设计，同时还要从社会的、经济的、技术的、艺术的及人的各方面因素进行综合处理，从而使现代工业产品既符合当代人群的物质需求，同时还满足人们的精神需求。工业设计是人类科学技术、社会经济、美学艺术综合且有机统一的创造性活动，是现代科学技术与人类文化艺术发展的产物，也是工业时代的一门新兴科学。
目前大量设计工作已经采用计算机辅助设计，以计算机技术为辅助手段进行产品的艺术化工业设计，是对批量生产的工业产品的材料、外型、色彩、结构、表面加工等方面的设计工作。互联网的产生，数字技术可以将有形的设计转变成光速传递没有重量的比特数据流，数据通过互联网传播，任何设计都可以跨越地理传遍整个世界。
产品的三维造型设计通常有正向设计和逆向设计两种。
正向设计是指通过工程师深度理解待开发产品概念后来进行的产品设计，即由概念到图纸或数字模型的过程。正向设计讲究的是创意和工程材料和生产工艺的推敲选择，通常开发周期较长、成本高，推崇原创性和独创性。
逆向设计从已有产品或实物模型出发，反求产品原始设计参数，并在此基础上进行产品的设计开发。逆向工程不仅可大大缩短产品的开发周期，降低产品开发成本，还可实现许多正向设计无法解决的问题。某些产品外形非常特别，其数学模型非常难以推定，用逆向方法可迎刃而解，可实现一般正向设计无法实现的产品设计，最简单时就是对成功产品的复制，开发成本一般较低。
计算机辅助工业设计（CAID）的一般过程有市场调查、产品概念、草图设计、彩色效果图设计、三维效果图设计、三维造型设计、产品零件图和技术要求说明等。CAID在最近几年蓬勃发展，尤其是我国沿海发达地区的小家电、电动工具等行业增长十分迅速。日益激烈的竞争环境迫使企业走出单纯模仿的传统的产品开发道路。企业认识到要通过先进的设计来赢得客户和市场，产品必须拥有原创的特色才能在市场中占有一席之地，而不是简单的通过价格战占领市场。
20世纪80～90年代，计算机辅助设计(CAD)在我国已经开始应用。早期主要是采用计算机绘图技术来替代手工纸版制图，三维设计代替二维设计。计算机辅助制造(CAM)则发展迟缓与数字化加工技术的滞后发展有关。近年来我国以数控加工中心及相关软件为核心的计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)得到较快的发展，正在快速地促进生产力的提高。计算机辅助设计与计算机辅助制造现在已密不可分，在许多领域尤其是模具业，对于其单件或小批量加工的生产特性，采用CAD/CAM技术生产有明显优势。
CAD/CAM主要采用先进的计算机软硬件手段进行产品三维造型、结构设计、装配仿真、加工仿真、数控加工编程等。产品三维造型的基础完成后，从CAD三维模型到数控加工程序的生成通常不需人工干预，可由CAM软件自动产生。当产品设计用到逆向设计，就要用到三坐标测量(CMM)及计算机辅助检测（CAI)。逆向设计首先要对样件进行三维测量或三维数字化。三坐标测量和检测是相伴而生的，测量的目的有二，一是求得某几何参数，二是比较测得值与理论值的差别。计算机辅助检测最近几年才广泛应用。一半以上的三维扫描测量是为快速检测产品的三维是否达标，比较产品与设计间的尺寸误差。CMM常见的数字化方法包括三坐标测量机测量、光栅扫描、以及最新的三维激光扫描等。简单的手工测量或通用三坐标测量机(CMM)，所得数据较少。采用激光扫描作为测量工具，数据量就大到百倍以上，需要大数据处理软件，来对数据进行处理。
快速成型(RP)采用激光等技术将树酯、热固塑料、聚碳树脂等材料按产品的三维造型进行快速烧结并成型。这种成型技术可以不必制造模具就做出完整的样品，不仅大大加速了新产品的开发进度，还可节约大量成本。目前在我国已有众多厂家可提供快速成型系统或服务。
数字化制造就是指制造过程的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。数字化制造从总体上要满足数字化、网络化、系统化、集成化、可视化这些基本要求。数字化制造各应用系统之间获取、处理和发送的信息，应是数字化的文本信息或基于计算机系统的数据库数据。数字化制造过程包含高速可靠的计算机网络、数控设备网络和生产物联、物流网络，所有信息相关者均可实现基于网络的互联互通。数字化制造都具有以MES系统软件为中枢，覆盖各项生产任务的过程信息系统。数字化车间的各信息子系统应实现内部集成，大生产计划应与企业ERP系统集成，物料数据和PLM系统集成。数字化制造的过程可以通过车间级通讯与监测系统，实现制造管理的透明化和可视化。可视化管理驱动各工序间流转，快速实现数字化制造生产流程和工艺切换实现快速换产。
数字化制造精华就是高级计划与排程（APS）。一个企业的制造部门如果可以利用APS的详细排产功能对车间级别，机台级别的生产计划做出直接指令才算得上真正的数字化制造企业。详细排产是为满足车间生产计划要求，根据产品工艺路线和可用资源，制定工序作业计划的过程。APS会综合考虑当前计划完成情况、车间设备、工人、模具、治具等资源可用性状况，使所有生产性资源获得最佳利用。高级计划排产形成作业计划发送给生产调度；已有计划未按时完成会对详细排产造成扰动；计划员要将未尽生产重新纳入计划范围，再次排产以满足车间生产按计划交付的要求。APS生成导出的作业计划会冻结和牵动生产设备、人员、物料等生产要素的管理安排，比如对设备维护保养计划进行重排。APS排产是数字化制造能完成柔性化个性化定制生产的必备条件。
数字化制造的APS排产都是基于精益生产理论来实现均衡化混流生产。
u 生产总量的均衡：将连续两个时间段之间的总生产量的波动控制到最小程度。减少生产量波动所造成的设备、人员、库存及其它生产要素的高配置浪费。
u 产品品种数量的均衡：在生产期间合理安排不同产品的投产顺序和数量，消除不同品种产品换产的波动，减小对早期工序和库存的影响。
最终数字化制造和各种生产要素的管理相配合能达到如下效果：
l 能够快速地适应每月、每周、每天的市场需求量的变化，做到产品交期稳定；
l 成品库存数量保持低水平但可以总体和及时满足客户需求做到交货量稳定。
l 工序间的在制品数量最小化，逐渐实现中间品、产成品“零库存”。
数字化制造信息里包含最重要的全制造过程动态信息，这些信息是真正对制造业水平和产品质量提升有意义的细节信息。
2019笔者点评：进入数字化领域的工业企业，这两年都在补课，最大的痛点是找不到拿来就好用的工业设计和制造排产系统。这个“拿来就用”是个伪命题。其实所有的工业企业都需要结合自己的行业本质和工艺生产特点来定制化自己的数字化智能制造和设计系统。这方面我国有成千上万的供应商能够提供相应的产品和服务，但都是由于体量小，投资少，历史短，很难形成气候和有效的行业占有率。工业互联网架构和方法论呼唤在这个领域头部企业的出现。估计2-3年以后，国内的软件企业会有一定的头部聚集效应出现。但是由于各个制造业细分行业的分散度很高。笔者的直觉是这个领域不会产生头部，唯一可能出现的是领先型的工业互联网建设服务企业。类似与现在中建，交建企业的存在。
