序一

序二

前言

取勢篇大勢所趨，全球工業體繫大轉型

章智能制造，風從何處來┆2

德、美、日、中這些工業強國和大國都不約而同地提出了相近的國家戰略，掀起了全球大的智能制造浪潮。這並非是因為突然有什麼顛覆性的技術突破，而是因為在當前全球制造業嚴峻形勢下，各國結合自身問題及特點，在快速增長的數字經濟發展進程中，希望借助自動化、數字化、網絡化、智能化等新技術尋求突破，解決存在的實際問題，提升制造業競爭力，推動本國制造業的發展。

制造業面臨四個難題┆3

寄希望於新技術體繫┆11

新常態下的中國制造┆12

數字經濟扛鼎新動能┆14

第二章務實戰略，客觀認識德國工業4.0 ┆19

越是時髦、喧囂的熱潮，越需要冷靜、獨立的思考。我們既要積極學習德國工業4.0的先進理念，也要看清楚其戰略本質，不要照搬照抄，一定要結合國情與企業情況，制定出積極、有效的應對策略，纔能在這場全球工業革命中取得主動，助力企業的健康發展。

內憂外患，德國制造不樂觀┆20

工業4.0，絕地反擊利器┆25

中小企業，轉型升級立潮頭┆42

對工業4.0的四個認知誤區┆47

第三章同場競技，美、德、日、中各顯身手┆54

作為制造企業，不僅要深入研究與借鋻德、美、日等國家先進理念，博采眾長，為我所用，還要深刻理解“中國制造2025”的戰略意義及實施路徑，在中國智能制造發展戰略“三範式”指導下，抓住稍縱即逝的歷史發展機遇，積極推進智能制造在企業的落地，促進企業智能化轉型升級。

美國借助“巧實力”重歸制造業┆54

日本工業價值鏈頗具價值┆60

中國以智能制造獨闢蹊徑┆67

“一智各表”，內涵有別┆76

明道篇因勢利導，走中國道路的智能制造

第四章以人為本，智能制造戰略落地之道┆82

從“人戰略”“三體智能模型”到“人-信息-物理繫統”，反映出了中國“以人為本”的東方哲學思想與西方先進技術的交彙與融合，讓中國這樣一個人口大國在以智能為標識的新工業革命中，明確自己的特色，找到自己的定位，推出適合本國國情的智能制造發展戰略。

多國競合，智造路徑各不同┆82

智能制造，終須以人為本┆88

歷次工業革命，“人”是核心要素┆95

第五章審時度勢，經營戰略再定位┆111

在向智能化轉型升級的關鍵階段，外部經營環境發生了很大變化，企業不能墨守成規，固守以往的“成功經驗”，貽誤戰略發展機遇，應該內外兼修，不僅要有過硬的硬實力，也要有深厚的軟實力。在瞬息萬變的發展中，企業的經營戰略和文化等需要根據形勢的變化而調整。

企業經營戰略的選擇與制訂┆112

智能制造的“新四化”┆121

文化，企業無形競爭力┆131

優術篇技術使能，智能制造的落地戰術

第六章CPS賦能，智能制造的核心驅動力┆138

CPS被認為是“德國工業4.0”的核心技術，美國也將其列為八大關鍵的信息技術之首。既然CPS如此重要，我們就需要追根溯源，廣泛地求證、深入地學習與思考，然後實地力行。隻有深入理解CPS，並以之為抓手，纔能促進它在企業智能制造中落地。

眾說紛纭，共話賽博淵源┆138

劃層分級，CPS一統江湖┆143

數字孿生，CPS構建基礎┆150

CPS織網，數據自動流動┆153

第七章工業互聯網，“換道超車”新機遇┆159

工業互聯網是以數字化、網絡化、智能化為主要特征的新工業革命的關鍵基礎設施，通過物聯網、大數據、雲計算等技術手段，構建基於海量數據采集、彙聚、分析的服務體繫，對產品、設備、人力、知識、信息等實現資源、能力的共享與協作，是彙眾智、用眾力的新型商業模式。

加快其發展有利於加速智能制造發展，更大範圍、更高效率、更加精準地優化生產和服務資源配置，促進傳統產業轉型升級，催生新技術、新業態、新模式，為制造強國建設提供新動能。

互聯革命，經濟發展駛入新賽道┆160

工業互聯網平臺，新工業體繫操作繫統┆164

工業互聯網，既“姓工”也“姓公”┆168

重塑制造業，新範式開始發力┆171

利器篇數字化車間，智能制造主戰場

第八章從數字化車間走向智能制造┆178

《中國制造2025》明確指出：“推進制造過程智能化，在重點領域試點建設智能工廠/數字化車間。”數字化車間建設是智能制造的重要一環，是制造企業實施智能制造的主戰場。

前面我們一起探討了智能制造的一些原理與方法，本章將以離散制造行業為例，探討數字化車間建設時應該遵循什麼樣的基本原則，采取什麼樣的靈活策略以及繫統選型方面的注意事項，確保智能制造在車間沿著正確方向推進。

數字化車間的定義與建設主線┆178

數字化車間實施策略┆188

數字化車間實施效果┆193

數字化車間繫統選型原則┆195

第九章設備互聯，機器不再“聾啞”┆198

再先進的設備，單機工作也是潛力有限。需要改變傳統的設備孤島式生產模式，發揮生產設備集群化的生產潛能，在網絡化通信的基礎上，實時采集生產設備的關鍵運轉數據，對設備進行可視化、智能化管理以及預測性維護，並通過與信息化繫統進行深度集成，實現設備網絡化、集群化、智能化的生產管理模式，為促進企業智能制造落地打下堅實基礎。

數字化車間從設備“治啞”開始┆198

互聯互通，設備攜手變聰明┆205

預測性維護，打造無憂生產┆220

設備物聯網建設注意事項┆225

第十章MES賦能，智造精益雙落地┆233

市場競爭越來越激烈、客戶要求越來越高、人力與生產資源成本不斷上漲，企業既需要進行宏觀的統籌與規劃，又需要對具體事項進行“精打細算”。

車間有眾多設備、設施、物資及人員，還有大量的生產任務，且產品屬性不同、交貨期不同、緊急程度不同，做到精細、精準、精益的管理，難度很大。

“君子生非異也，善假於物也”。MES就是幫助企業解決這些問題的信息化繫統，可以幫助企業實現生產管理數字化、生產過程協同化、決策支持智能化，可有力地促進精益生產落地及企業智能化轉型升級。

MES有關概念┆234

MES模塊組成┆240

MES模塊功能簡介┆243

理念需要與時俱進┆267

第十一章大數據賦智，車間走向新時代┆277

不同於設備、物料等有形的物理實體，無形的數據是企業的一種新資產、新資源和新生產要素，是企業正常生產的基礎，是企業進行智能化管理的關鍵。對這些數據進一步挖掘，以量化、可視化等方式，定位生產中存在的問題並進行優化，這對提升企業競爭力有非常重要的意義。

數字化車間不隻是智能制造的主戰場，也是工業大數據的富礦，是新一代智能制造的測試床。采集、存儲、挖掘、使用好這些工業大數據，可為企業智能制造提供源源不斷的新動能。

工業大數據，車間的無形資產┆277

APS，MES智能化的源頭┆284

3D可視化，制造新境界┆293

人工智能，智能制造新引擎┆299

實證篇知行合一，智能制造重在落地

第十二章各具特色，數字化車間案例集錦┆306

古人說，知易行難。

實踐是檢驗真理的標準。智能制造一定要產生有效的經濟與社會價值，一定要能切實推動傳統企業的智能化轉型升級。

2016年2月2日，總理視察寧夏共享集團，將該企業比喻為“傻大黑粗”轉型升級成了“窈窕淑女”，稱贊是“展示了‘中國制造2025 互聯網’的融合，是新舊動能轉換的生動體現。”

海爾模具：設備互聯效益明顯┆307

中信戴卡：精益為魂智造典範┆311

寧夏共享：數據流動新舊轉換┆314

西安交大：虛實融合教學創新┆318

後記┆321

參考文獻┆323

參考資料┆328

以新一代信息技術與制造業深度融合為特征的智能制造正在全球引發新一輪工業革命。
2015年5月19日，國務院正式發布了《中國制造2025》。“以提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向。”這個行動綱領發出了向制造強國進軍的動員令，吹響了向智能制造發起主攻的衝鋒號。
自2014年起，為了探討智能繫統的原理、方法與實現路徑，本書作者與其他七位專家一起花費兩年多時間研討與撰寫，於2016年9月出版了“走向智能叢書”之《三體智能革命》，該書奠定了一種頗具中國特色的智能理論基礎和構建智能繫統的方法論，首次提出了“物理實體、意識人體、數字虛體”的“三體智能模型”，並以“狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行、學習提升”的“二十字箴言”作為評判智能繫統的基本特征。《三體智能革命》出版後，在業界獲得了普遍的好評並得到了中國工程院等權威機構的認可，對國內智能制造的研究與應用起到了積極的推動作用。
如果說《三體智能革命》是站在社會的宏觀視角，以各行各業智能繫統演進的大視野對智能理論進行了深入研究和比較宏觀的論述，那麼本書則是站在企業微觀視角，將三體智能模型中的基本邏輯用於對智能制造的深入研究。我們的理解是，正是因為數字虛體與其他兩體的交彙與融合，纔讓機器有了智能，纔有了今天的智能制造。於是，“走向智能”就有了一個非常具體的延伸—“從數字化車間走向智能制造”。
《三體智能革命》是“走向智能叢書”的開篇之作，而本書則是“走向智能叢書”的續篇。因此在本書撰寫過程中，承襲和沿用了《三體智能革命》中的若干學術觀點和術語。本書也是兩位作者的第二次合作寫作。
本書以“取勢、明道、優術、利器、實證”五大篇章，深入剖析智能制造的根源、本質、技術路徑與發展趨勢，全面探討中國制造企業應該如何制訂智能制造戰略和戰術，重點闡述離散行業數字化車間的建設及注意事項等實戰內容，並給出若干實施案例，力圖體現戰略結合戰術，理論結合實踐。
“取勢篇”重點介紹企業實施智能制造前，需先深刻了解智能制造產生的大背景及未來發展趨勢。要點在於我們應該如何發揮自身優勢，既“師夷之長”，又揚長補短，在這次制造業轉型升級中少走彎路並取得成功。其中章是在德、美、中、日這些工業強國和大國都不約而同地提出了相近的智能制造戰略，掀起大的智能制造浪潮大背景下，深入剖析了其背後深層次的原因及發展趨勢。第二章指出我們既要積極學習德國工業4.0的先進理念以及其構思精巧的“工業4.0參考架構模型（RAMI 4.0）”，同時也要了解其恰當的應用場景。第三章介紹了美、德、日、中智能制造戰略齊頭並進，各具特色，同時對這些不同戰略進行了分析、比較與要點提煉，特別對“一智各表”的現像進行了分析，力圖說明“智能”一詞的不同內涵。
“明道篇”強調人始終是智能制造的主導因素。制造企業在制訂智能制造落地戰略時，不僅要在先進技術和設備上有所突破，更應該充分挖掘人與管理的價值與潛力，纔能確保智能制造的成功落地。其中第四章論述了“人戰略”、“三體智能模型”和“人-信息-物理繫統”，以及中國“以人為本”的東方哲學思想與西方先進技術如何實現交彙與融合。第五章闡明在向智能化轉型升級的關鍵階段，比設備、軟件更重要的是企業的經營戰略以及與智能制造相適應的企業文化。
“優術篇”深度剖析CPS（賽博物理繫統，也稱為信息物理繫統）、工業互聯網等先進概念的本質、緣起、發展方向及如何在制造企業中的落地。其中第六章重點介紹了源於美國、興於德國的CPS技術。欲做好智能制造和工業4.0，必先了解CPS，更是創造性地提出了“二維九格”定義法。第七章講述了工業互聯網作為智能制造關鍵基礎設施，催生了新技術、新業態、新模式，同時對工業互聯網的屬性、意義及實現路徑等方面進行了剖析。
“利器篇”把重點放在了車間的數字化建設上。智能制造的縱向集成發生在企業裡，車間是企業將各種圖紙轉變為產品的主要場所。車間強則企業強，車間智則企業智。其中第八章以離散制造行業為例，基於“六維智能理論”，探討了智能制造如何在車間實施與落地。第九章介紹了車間設備的互聯互通，尤其是用數字化手段治理“聾、啞、傻”設備，通過實時采集設備運轉數據而實現設備的可視化、智能化管理和預測性維護，並介紹了實施過程中的注意事項。第十章講述了MES繫統對生產過程中的計劃、排產、物料、工具、設備、質量等進行全面的精細化管理。第十一章以工業大數據為主線講述了高級排產、虛擬現實/增強現實及新一代人工智能等前沿技術在數字化車間的應用及其前景展望。
“實證篇”強調了一個淺顯的道理：知易行難。各種理念、理論終的目的都是為了在企業落地，智能制造不能隻停留在理論層面，成功的案例對於正在考慮智能制造實施方案的企業有很大的借鋻價值。其中第十二章收錄了海爾模具、寧夏共享集團等四個智能制造的典型案例。寧夏共享集團被總理比喻為“傻大黑粗”轉型升級成為了“窈窕淑女”，被稱贊是“展示了‘中國制造2025 互聯網’的融合，是新舊動能轉換的生動體現。”
值得說明的是，本書希望能夠首開嚴格區分“智能”程度與所對應術語之先河，對“Smart、Intelligent”兩個術語所描述的兩種不同“智能”現像加以較為嚴格的區分，期待能夠避免乃至消除業內一直存在的“一智各表”的不利現像。作者在本書中自我約定並盡量做到：凡是涉及到數字化網絡化“Smart”級別的“智能”，皆稱作智巧；凡是應用了新一代人工智能所形成的“Intelligent”級別的“智能”，直接稱作智能。如此，英文術語與中文術語之間形成一一對應，看到英文，就知道中文是什麼，看到中文，也隨即知道英文是什麼。希望從本書開始，在中文術語上消除對“智能”一詞在理解和應用上的混淆。作者不求好、準確，但求“智能”無歧義。
智能制造，任重道遠。工業互聯，方興未艾。宏微並舉，注重落地。數字車間，務實起步。這正是本書想帶給讀者的主要信息。
受理論水平和資料獲取範圍所限，難免對迅猛發展的智能制造相關理論與技術存在闡述不到位甚至有不確切之處，希望廣大專家及讀者批評指正，不吝賜教，以利後期校正與修訂。

作者
2018年6月18日於北京

序一
擺在我面前的是“走向智能叢書”的第二本，《機·智：從數字化車間走向智能制造》。如果說智能時代是人類社會未來形態的大海，經濟社會各個領域的智能化過程則是形成大海的百川。
制造領域的智能化是百川中的江河。《機·智：從數字化車間走向智能制造》的作者描繪了制造業智能化的趨勢和路徑，對走向智能時代理論和方法進行了一次具體化的探索，這是在《三體智能革命》基礎上，描述制造業這個重要領域智能化的力作。
之所以說制造領域智能化是彙成智能社會大海的大江大河，一是因為制造業在其他領域智能化過程中的基礎性作用，二是因為制造業智能化對全社會智能化在基礎理論和方法論的貢獻。不從理論上總結制造業智能化的理論和方法，就不可能形成走向智能時代整體的理論和方法論。制造業智能化是《三體智能革命》所闡述的“物理實體、意識人體、數字虛體”構成的“三體智能模型”有說服力的實證。
《機·智：從數字化車間走向智能制造》以“取勢、明道、優術、利器、實證”五大篇章，全面介紹了以實現智能制造為實踐重點的制造業智能化過程，不僅對制造企業的智能制造實踐具有重要的指導作用，更重要的是對走向智能時代的理論思考帶來了很多影響深遠的啟迪。於我而言，有三點尤為突出。
一是關於數字孿生的討論。書中指出：“數字虛體與物理實體在形與態的彼此相像屬於‘數字孿生’”，“數字孿生是在產品全生命周期中每一個階段都存在的普遍現像，大量的物理實體繫統都有了數字虛體的‘伴生’”。生物智能基於遺傳基因而延續，人類智能的各種產物和成果基於各種工具和記錄的信息而傳承。智能時代的傳承和延續，與生物智能和人類智能的結晶相比有何特征？如果數字孿生超越產品的生命周期，那麼這個特征就是數字孿生，數字孿生是智能時代智能的遺傳基因。顯然，數字孿生是可以超越產品的生命周期的。
二是關於智能制造的物理實體與其數字孿生的數字虛體之間，信息實現了雙向傳輸，也就是數據的自動流動。這是智能制造的重要特征，也是領域智能化進程中的重要環節，更是賽博物理空間的基本特征，成為走向智能時代的一個標志性產物。
三是關於生產車間的工業數據是車間的重要資產的論述。信息資源是經濟社會發展的基礎性戰略性資源，大數據是有價值的資產，這樣的概念很多人掛在嘴上，但很少落實到管理中、制度中、帳本中。本書關於車間數字資產的討論，具體地、有說服力地闡述了數據的資源和資產性質。
走向智能時代是一份時代的試卷。《三體智能革命》和《機·智：從數字化車間走向智能制造》從兩個不同的視野給出了作者們的回答，既有理論闡述，也有實踐落地。我們期待更多的學者和實際工作者參與其中，給出更多的答卷，引導時代變革期的發展理性。
是以為序。

楊學山
2018年7月10日於杭州到北京的復興號上

序二
制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。推進制造業做大做強是實現我國工業轉型升級、推進供給側結構性改革的重要途徑和必由之路。
《中國制造2025》明確指出我國制造業發展的戰略是“堅持走中國特色新型工業化道路，以創新發展為主題，以促進制造業提高質量增加效益為中心，以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向”。
對制造企業而言，智能制造如何做，企情不同，路徑也不盡相同，我認為該書提出的“從數字化車間走向智能制造”是一條很務實的路徑。
該書從東方文化的視角，以“取勢、明道、優術、利器、實證”為主線，剖析了智能制造浪潮發生的根源，對比了德、美、日、中不同國家有關智能制造的理念及路徑，對CPS賽博物理繫統、工業互聯網等智能制造的重要使能技術進行了深入闡述，並提出了“智巧工廠”等令人印像深刻的概念。
後半部分的數字化車間建設是該書的重點。作者以“六維智能”為主線，分別從數字化車間建設內容、建設原則以及設備物聯網、預測性維護、MES制造執行繫統、工業大數據等方面進行了詳盡講解，對MES發展方向、虛擬現實/增強現實、人工智能等一些前沿技術作了有意義的探討，在書的後還結合青島海爾模具等四個實際案例，對智能制造在企業與學校中的應用進行了介紹，具有很好的借鋻價值。
我對書中很多觀點產生了很強的共鳴，特別是書中提出的“人戰略”、“以人為本的智能制造落地之道”等一些十分重要的觀點。通過航天科工集團近年來在雲制造及智慧雲制造等方面的研究與實踐，我們認識到智能制造的實施絕不是簡單的“機器換人”，智能制造的實施是一項繫統工程，它以新一代信息技術與制造業深度融合的數字化、網絡化、雲化、智能化的技術手段，促使制造全繫統及全生命周期活動中的人/組織、技術/設備、管理、數據、材料、資金（六要素）及人流、技術流、管理流、數據流、物流、資金流（六流）集成優化，進而實現高效、優質、、綠色、柔性地制造產品和服務用戶，達到提高企業市場競爭能力的目標。
該書是兩位作者的第二次合作，在2016年，包含兩人在內的九位作者出版了《三體智能革命》一書，提出了“三體智能”等理論，在智能制造界產生了很好的反響。經過近兩年的辛勤付出，兩位作者又基於“三體智能”的理論基礎，結合智能制造理念及實踐，以微觀的視角，從企業的範疇，按落地的路徑，撰寫了該書。
我在很多年前就認識兩位作者。朱鐸先先生從20世紀90年代起曾在航天單位工作多年，後來創建了北京蘭光創新科技有限公司，為航空航天等數百家企業提供了數字化車間/智能制造解決方案，具有豐富的制造信息化實戰經驗。趙敏先生20世紀80年代在清華大學執教，我與他在參與國家863計劃“現代集成制造繫統（CIMS）”主題的科研工作中相識。他近十年出版了多部專著並擅長為企業解決技術問題，是國內著名的創新方法與智能制造專家。
該書凝聚了兩位作者多年的理論研究與實踐經驗，相信該書會對制造型企業的智能化轉型升級具有很強的借鋻與參考價值。

李伯虎中國工程院院士
2018年7月16日於北京