Industry 4.0 illustrated - Resource efficiency through digitalisation
來源：雲天使研究院
2011 年 6 月，美國啓動包括工業機器人在內的「先進製造夥伴計劃」；2012 年 2 月，頒佈「先進製造業國家策略計劃」並設立美國製造業創新網路。2013 年，德國實施「工業 4.0」策略。日本大力發展協同式機器人、無人化工廠。
2016 年，阿爾法狗打敗李世石舉世矚目。這些標誌性事件，預示著全球已經快速進入智慧製造時代。本文帶您瞭解一下智慧製造何以被關注，以及相關技術的應用價值、實現路徑和投資機會。
智慧製造是什麼，為什麼值得關注
工業先進國家經歷了機械化、電氣化、數位化三個歷史發展階段，具備了向智慧製造階段轉型的條件，未來必然是以高度集成化和智慧化的智能製造系統，取代製造過程中人的腦力勞動。
智慧製造是基於新一代資訊技術的先進製造過程、系統與模式的總稱。智慧製造貫穿「設計、生產、管理、服務」等製造活動各環節，並具有資訊深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能。
智慧製造整個過程中將智慧裝備(包括但不限於機器人、數控機床、自動化整合裝備、3D 列印等)透過通信技術有機連接起來，實現生產過程自動化；並透過各類感知技術收集生產過程中的各種數據，透過工業乙太網等通信手段，以及各類系統優化軟體提供生產方案，實現生產方案智慧化。
可以說，對岸中國人口紅利逐漸消失的社會現實，以進口替代、機器換人為導向的政策趨勢，以客製化生產、全球協作加深為突出特徵的產業和經濟要求，這些構成了智慧製造在當前被金融和產業資本重點關注的原因。
智慧製造的相關技術有什麼應用價值?
在智慧製造的關鍵技術當中，智慧產品與智慧服務，可以幫助企業帶來商業模式的創新；智慧裝備、智慧產線、智慧生產線到智慧工廠，可以幫助企業實現生產模式的創新；智慧研發、智慧管理、智慧物流與供應鏈，則可以幫助企業實現營運模式的創新；而智慧決策則可以幫助企業實現科學決策。
NO.1.智慧產品(Smart Product)
智慧產品通常包括機械、電氣和嵌入式軟體，具有記憶、感知、計算和傳輸功能。典型的智慧產品包括智慧手機、智慧可穿戴設備、無人機、智慧汽車、智慧家電、 智慧售貨機、智慧裝備，以及眾多智慧硬體產品等。
NO.2.智慧服務(Smart Service)
基於感測器和物聯網(IoT)，可以感知產品的狀態，從而進行預防性維修維護，及時幫助客戶更換備品備件，甚至可以透過瞭解產品運行的狀態，幫助客戶帶來商業機會。還可以採集產品運營的大數據，輔助企業進行市場行銷的決策。
此外，企業透過開發針對客戶服務的 APP，也是一種智慧服務的手段，可以針對企業購買的產品，提供有針對性的服務，從而鎖定用戶，開展服務行銷。
NO.3.智慧裝備(Smart Equipment)
製造裝備經歷了機械裝備到數控裝備的發展，目前正在逐步發展為智慧裝備。智慧裝備具有檢測功能，可以實現在機檢測，從而補償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進行補償。以往一些精密裝備對環境的要求很高，現在由於有了閉環的檢測與補償，可以降低對環境的要求。
NO.4.智慧產線(Smart Production line)
很多行業的企業高度依賴自動化生產線，比如鋼鐵、化工、製藥、食品飲料、煙草、晶片製造、電子組裝、汽車整車和零組件製造等，實現自動化的加工、裝配和檢測，一些機械標準件生產也應用了自動化生產線，比如軸承。但是，裝備製造企業目前還是以離散製造為主。
很多企業的技術改造重點，就是建立自動化生產線、裝配線和檢測線。美國波音公司的飛機總裝廠，已建立了 U 型的脈動式總裝線。自動化生產線可以分為剛性自動化生產線，和柔性自動化生產線，柔性自動化生產線一般建立了緩衝。為了提高生產效率，工業機器人、吊掛系統在自動化生產線上，應用越來越廣泛。
NO.5.智慧生產線(Smart workshop)
一個工廠作業通常有多條生產線，這些生產線要麼生產相似零件或產品，要麼有上下游的裝配關係。要實現生產線的智慧化，需要對生產狀況、設備狀態、能源消耗、生產品質、物料消耗等資訊，進行即時採集和分析，進行高效排產和合理排班，顯著提高設備利用率(OEE)。因此，無論什麼製造行業，製造執行系統(MES)成為企業的必然選擇。
NO.6.智慧工廠(Smart Factory)
一個工廠通常由多個生產線組成，大型企業有多個工廠。作為智慧工廠，不僅生產過程應實現自動化、透明化、可視化、精益化，同時，產品檢測、品質檢驗和分析、生產物流也應當與生產過程實現閉環整合。一個工廠的多個生產線之間要實現資訊共享、準時配送、協同作業。
一些離散製造企業，也建立了類似流程製造企業那樣的生產指揮中心，對整個工廠進行指揮和調度，即時發現和解決突發問題，這也是智慧工廠的重要標誌。智慧工廠必須依賴無縫整合的資訊系統支撐，主要包括 PLM、 ERP、CRM、SCM 和 MES 五大核心系統。
大型企業的智慧工廠需要應用 ERP 系統，制訂多個生產線的生產計劃(Production planning)，並由 MES 系統根據各個生產線的生產計劃進行詳細排產(Production scheduling)，MES 排產的粒度是天、小時，甚至分鐘。
NO.7.智慧研發(Smart R&D)
離散製造企業在產品研發方面，已經應用了電腦輔助設計、電腦輔助工程、電腦輔助工藝過程設計、電腦輔助製造等工具軟件和產品生命週期管理、產品數據管理系統。企業要開發智慧產品，需要機電軟多學科的協同配合；要縮短產品研發週期，需要深入應用仿真技術，建立虛擬數位化樣機，實現多學科仿真，透過仿真減少實物試驗；需要貫徹標準化、系列化、模組化的思想，以支持大批量客戶客製化，或產品個性化訂製；需要將仿真技術與試驗管理結合起來，以提高仿真結果的置信度。流程製造企業已開始應用 PLM 系統實現工藝管理、配方管理，以及實驗室資訊管理。
NO.8.智慧管理(Smart Management)
製造企業核心的營運管理系統，還包括人力資產管理系統(HCM)、客戶關係管理系統(CRM)、企業資產管理系統(EAM)、能源管理系統(EMS)、供應商關係管理系統(SRM)、企業門戶(EP)、業務流程管理系統(BPM)等，有些企業也把辦公自動化(OA)作為一個核心資訊系統。
為了統一管理企業的核心主數據，近年來主數據管理(MDM)也在大型企業開始佈署應用。實現智慧管理和智慧決策，最重要的條件是基礎數據準確，和主要資訊系統無縫整合。
NO.9.智慧物流與供應鏈(Smart logistics and SCM)
製造企業內部的採購、生產、銷售流程，都伴隨著物料的流動，因此，越來越多的製造企業，在重視生產自動化的同時，也越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導小車(AGV)、智慧吊掛系統得到了廣泛的應用; 而在製造企業和物流企業的物流中心，智慧分揀系統、堆垛機器人、自動輥道系統的應用日趨普及。倉儲管理系統和運輸管理系統，也受到製造企業和物流企業的普遍關注。
NO.10.智慧決策(Smart Decision Making)
企業在營運過程中，產生了大量的數據。一方面是來自各個業務部門和業務系統，產生的核心業務數據，比如與合同、回款、費用、庫存、現金、產品、客戶、投資、 設備、產量、交貨期等數據，這些數據一般是結構化的數據，可以進行多維度的分析和預測，這就是業務智慧(Business Intelligence，BI)技術的範疇，也被稱為管理駕駛艙或決策支持系統。
同時，企業可以應用這些數據，提煉出企業的 KPI，並與預設的目標進行對比，同時，對 KPI 進行層層分解，來對幹部和員工進行考核，這就是企業績效管理的範疇。從技術角度來看，內存計算是 BI 的重要支撐。
各行業是怎樣實現智慧製造的，有哪些路徑或機遇
如下表選取的 7 個行業，9 家領先公司作為案例，列舉了智慧製造 5 種驅動策略相應的執行方案，以及所代表的創新和投資關注方向。
物流驅動是對倉儲及配送的智慧化升級，使運輸在時間和空間上更加精準。亞馬遜的無人機空投快遞，是智慧物流的代表，目前的配送則依賴大量快遞員，預示著無人機運輸解決方案，是不可忽視的機會。
使用者驅動是以使用者為中心，利用數位化技術，實現對使用者個性化需求的滿足。酷特智慧 C2M 平台，基於體型、面料、款式等維度，將用戶的需求數位化，以實現個性化西服和工裝訂製，這個案例為全線個人用品訂製，提供了想像空間。
工廠驅動是對生產設備、生產線、生產車間的數位化、網路化和智慧化改造，以機器換人來獲得成本領先優勢。
R&D 驅動是指專注產品的智慧部分的研發和設計，透過與眾多公司合作，建立起可以依託的生態系統，從而獲得競爭優勢。蘋果的汽車項目已經將重點放在，開發類似 iOS 或 macOS 的汽車操作系統上，允許現有的汽車廠商使用；谷歌也決定停止自主研發汽車硬體，轉而和傳統汽車公司擴大合作。除了科技巨頭，提供各類技術解決方案的新創團隊，和大學實驗室也在實踐 R&D 驅動策略。
管理驅動包括，各類對人員和設備的管理活動的智慧化升級。雲平台可以對光伏電站做第三方數據監控、故障診斷、狀態維運，從而指導前期設備選型，形成資產管理閉環。
這些驅動策略也可以結合使用。有家電公司的「人單合一、互聯工廠」，透過顧客參與(用戶)和「自主經營體」的管理方式(管理)，實現從大規模製造到大規模客製化。電氣行業中的通用電氣和西門子同時從硬體(工廠)和軟體(R&D)著手，提高生產的品質和效率。
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