落后的人力勞動(dòng)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化制造業(yè)的需求，一些發(fā)達(dá)國(guó)家很早就開(kāi)始投入自動(dòng)化技術(shù)去提升生產(chǎn)力。使得最近幾十年以來(lái)，隨著各種產(chǎn)品的信息化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，制造業(yè)本身的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)也變得更復(fù)雜、更精細(xì)、更自動(dòng)。生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部的信息流量，以及管理工作的數(shù)據(jù)劇增，以往的自動(dòng)化系統(tǒng)在信息處理能力、效率和規(guī)模上都已經(jīng)難以滿足制造業(yè)的更高需求。新一代信息技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上解決了這一難題。

當(dāng)今，全球正在出現(xiàn)以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一輪工業(yè)革命創(chuàng)新浪潮。而變革的核心也是互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)新的形態(tài)開(kāi)始注入制造業(yè)領(lǐng)域時(shí)，一個(gè)全新的挑戰(zhàn)也隨之開(kāi)始，那就是讓制造業(yè)由機(jī)械化、電氣化、數(shù)字化，轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化和智能制造的挑戰(zhàn)。

（一）規(guī)律：從工業(yè)化到智能化的演變

傳統(tǒng)工業(yè)化的技術(shù)特征是利用機(jī)械化、電氣化和自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和批量銷售。在當(dāng)前復(fù)雜的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中和中國(guó)環(huán)境下，為提升中國(guó)制造業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中的地位，解決制造業(yè)大而不強(qiáng)的問(wèn)題，必須從傳統(tǒng)生產(chǎn)方式向智能化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。

圖1 工業(yè)化的發(fā)展規(guī)律

現(xiàn)代工業(yè)化的技術(shù)特征，除了物理系統(tǒng)（機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化）之外，還要通過(guò)融合信息系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化），最終實(shí)現(xiàn)信息物理系統(tǒng)（智能化）。“工業(yè)4.0”時(shí)代，中國(guó)制造業(yè)向智能化發(fā)展，存在著巨大的空間和潛力。目前，中國(guó)正處在工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程之中，經(jīng)濟(jì)的崛起必定首先依托制造業(yè)。新一輪工業(yè)革命在帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)的同時(shí)，也將為中國(guó)新一輪制造業(yè)發(fā)展提供許多難得“契機(jī)”。因?yàn)椋瑲v史經(jīng)驗(yàn)表明，每一次工業(yè)革命都為后發(fā)國(guó)家成功實(shí)現(xiàn)趕超提供“契機(jī)”，英、德、美、日等都是通過(guò)把握工業(yè)革命的機(jī)遇而成功的。就中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)而言，新一輪工業(yè)革命將會(huì)同樣帶來(lái)趕超發(fā)展的“契機(jī)”。

以前，中國(guó)制造業(yè)技術(shù)含量不高，一直處于國(guó)際產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的低端環(huán)節(jié)。工業(yè)和信息化深度融合有效地為制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展奠定了殷實(shí)的基礎(chǔ)。毫無(wú)疑問(wèn)，“工業(yè)4.0”時(shí)代，新一輪工業(yè)革命將更快速地帶動(dòng)兩化深度融合。信息技術(shù)向制造業(yè)全面嵌入，將打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)模式和管理方式。生產(chǎn)制造過(guò)程與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的深度集成，將實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)要素的高度靈活配置，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)。從而，將有力推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐。

（二）規(guī)律：內(nèi)、外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同

“工業(yè)4.0”定義了制造商、供應(yīng)商乃至開(kāi)發(fā)商之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同結(jié)構(gòu)，主要目的是實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)與研發(fā)的協(xié)同、研發(fā)與生產(chǎn)的協(xié)同、管理與通信的協(xié)同，從而形成一個(gè)完整的制造網(wǎng)絡(luò)，由多個(gè)制造企業(yè)或參與者組成，它們相互交換商品和信息，共同執(zhí)行業(yè)務(wù)流程。企業(yè)、價(jià)值鏈和產(chǎn)品生命周期這三個(gè)維度貫穿于各個(gè)價(jià)值鏈中的制造參與者之間。居于上方的是管理職能，下方是制造職能。

同時(shí)“智能工廠”的“智能生產(chǎn)”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)，其核心就是在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用中，通過(guò)信息物理系統(tǒng)（CPS），利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、軟件技術(shù)和通信技術(shù)，加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性，從而實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、制造工藝及工業(yè)控制等全方位的信息覆蓋，全面控制各種信息，確保各個(gè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都能處于最優(yōu)狀態(tài)。從而引導(dǎo)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

1．內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造

對(duì)于一個(gè)制造業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的信息是以制造為核心的，包括生產(chǎn)管理、物流管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員及工時(shí)管理等和生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)要素。傳統(tǒng)的制造管理是以單個(gè)車間/工廠為管理單位，管理的重點(diǎn)是生產(chǎn)，管理的范圍是制造業(yè)內(nèi)部。

但是，隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，很多制造型企業(yè)在發(fā)展的不同時(shí)期，根據(jù)管理的不同時(shí)期的需求，不斷地開(kāi)發(fā)了不同的系統(tǒng)，并在企業(yè)內(nèi)部逐步使用，如庫(kù)存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)、供應(yīng)量管理系統(tǒng)系統(tǒng)等等。不同的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，有些系統(tǒng)采用自主開(kāi)發(fā)或不同供應(yīng)商的系統(tǒng)所組成。隨著企業(yè)的發(fā)展，要求不同的生產(chǎn)元素管理之間的協(xié)同性，以避免制造過(guò)程中的信息孤島，因此對(duì)各個(gè)系統(tǒng)之間的接口和兼容性的需求越來(lái)越高，即各個(gè)系統(tǒng)之間的內(nèi)部協(xié)同越來(lái)越重要。

尤其是，隨著對(duì)于制造的敏捷性及精益制造的要求不斷提高，靠人工導(dǎo)入導(dǎo)出信息已經(jīng)不能滿足制造業(yè)信息化的需求，這就要求在不同系統(tǒng)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，做到實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享。

2．外部網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造

未來(lái)制造業(yè)中，每個(gè)工廠是獨(dú)立運(yùn)作的模式，每個(gè)工廠都有獨(dú)立運(yùn)行的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，或者采用一套生產(chǎn)管理系統(tǒng)來(lái)管理所有的工廠的操作。但是隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)設(shè)置有不同的生產(chǎn)基地及多個(gè)工廠，工廠之間往往需要互相調(diào)度，合理地利用人力、設(shè)備、物料等資源，企業(yè)中每個(gè)工廠之間的信息的流量越來(lái)越多，實(shí)時(shí)性的要求越來(lái)越高，同時(shí)每個(gè)工廠的數(shù)據(jù)量和執(zhí)行的速度的要求也越來(lái)越高。這就要求不同工廠之間能夠做到網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，確保實(shí)時(shí)的信息傳遞與共享。

在全球化與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，協(xié)同不僅僅是組織內(nèi)部的協(xié)作，而且往往要涉及到產(chǎn)業(yè)鏈上、下游組織之間的協(xié)作。一方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，消費(fèi)者與制造業(yè)企業(yè)共同進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)，滿足個(gè)性化定制需求；另一方面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，配置原材料、資本、設(shè)備等生產(chǎn)資源，組織動(dòng)態(tài)的生產(chǎn)制造。縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，滿足差異化市場(chǎng)需求。

“工業(yè)4.0”中的橫向集成代表生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合，這是一個(gè)全產(chǎn)業(yè)鏈的集成。以往的工廠生產(chǎn)中，產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)只是一個(gè)獨(dú)立過(guò)程，之間沒(méi)有任何聯(lián)系，沒(méi)有進(jìn)一步的邏輯控制。外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造使得一個(gè)工廠根據(jù)自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)檔期，只生產(chǎn)某一個(gè)產(chǎn)品的一部分，外部的物流、外部工廠的生產(chǎn)，包括銷售等整個(gè)的全產(chǎn)業(yè)鏈能夠聯(lián)系起來(lái)。這樣一來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了價(jià)值鏈上的橫向產(chǎn)業(yè)融合。

（三）未來(lái)制造業(yè)：縮短工期、降低成本、提高效率、滿足定制、減少能耗

隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)的普及，制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新要求出現(xiàn)了變化。一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠不斷地基于網(wǎng)絡(luò)獲取信息，及時(shí)、動(dòng)態(tài)地對(duì)市場(chǎng)需求做出快速反應(yīng)；另一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠動(dòng)態(tài)地將各種資源集成與共享，合理利用各種資源。互聯(lián)制造能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)變化，通過(guò)制造企業(yè)快速重組、動(dòng)態(tài)協(xié)同來(lái)快速配置制造資源，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，減少產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需的時(shí)間，增加市場(chǎng)份額。同時(shí)，還能夠分擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用、設(shè)備投資費(fèi)用等，減少經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。制造資源的整合已經(jīng)突破了企業(yè)和國(guó)家的界限，正在變得可以基于互聯(lián)網(wǎng)從全球范圍內(nèi)尋求資源，物流、資金流、信息流在全球經(jīng)濟(jì)一體化及互聯(lián)網(wǎng)的支持下將突破區(qū)域限制而動(dòng)態(tài)流動(dòng)，世界將進(jìn)入一個(gè)全球互聯(lián)制造時(shí)代。

作為一個(gè)未來(lái)的潮流，工廠將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，向著互聯(lián)工廠的趨勢(shì)發(fā)展。隨之而來(lái)，采集并分析生產(chǎn)車間的各種信息，向消費(fèi)者進(jìn)行反饋，從工廠采集的信息作為大數(shù)據(jù)通過(guò)解析，能夠開(kāi)拓更多的、新的商業(yè)機(jī)會(huì)。經(jīng)由硬件從車間采集的海量數(shù)據(jù)如何處理，也將在很大程度上決定服務(wù)、解決方案的價(jià)值。也就是說(shuō)，互聯(lián)制造模式下，制造業(yè)企業(yè)將不再自上而下地集中控制生產(chǎn)，不再?gòu)氖聠为?dú)的設(shè)計(jì)與研發(fā)環(huán)節(jié)，或者單獨(dú)的生產(chǎn)與制造環(huán)節(jié)，或者單獨(dú)的營(yíng)銷與服務(wù)環(huán)節(jié)。而是從顧客需求開(kāi)始，到接受產(chǎn)品訂單、尋求合作生產(chǎn)、采購(gòu)原材料或零部件、共同進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組裝，整個(gè)環(huán)節(jié)都通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接起來(lái)并進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，從而確保最終產(chǎn)品滿足大規(guī)模客戶的個(gè)性化定制需求。

無(wú)處不在的互聯(lián)網(wǎng)和便捷的物流系統(tǒng)，使得產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)等流程未必一定在一個(gè)企業(yè)、甚至在一個(gè)國(guó)家內(nèi)獨(dú)立完成，而有可能被分解、外包、眾包到不同企業(yè)，甚至各國(guó)各地。未來(lái)，一個(gè)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)弱不在于擁有多少資源和多少核心技術(shù)，而是信息數(shù)據(jù)分析能力、資源整合能力、國(guó)際化資源能力。

這種生產(chǎn)制造的靈活程度代表著制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，將使企業(yè)面對(duì)客戶的需求變化時(shí)，能迅速、輕松地做出響應(yīng)，并保證其生產(chǎn)具有競(jìng)爭(zhēng)力，滿足大規(guī)模客戶的個(gè)性化定制需求，企業(yè)本身將實(shí)現(xiàn)從單純制造向“制造+服務(wù)”的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

無(wú)界限、全民化、信息化、傳播速度快是互聯(lián)網(wǎng)的特征。制造業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)通過(guò)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將數(shù)字信息與物理現(xiàn)實(shí)社會(huì)之間的聯(lián)系可視化，將生產(chǎn)工藝與管理流程全面融合，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造。這樣一來(lái)，可以一邊設(shè)計(jì)研發(fā)、一邊采購(gòu)原材料零部件、一邊組織生產(chǎn)制造、一邊開(kāi)展市場(chǎng)營(yíng)銷，從而降低了運(yùn)營(yíng)成本、提升了生產(chǎn)效率、縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，也減少了能源使用。

圖2 智能制造的優(yōu)勢(shì)

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把處于制造企業(yè)與相關(guān)的零配件配套企業(yè)及用戶的采購(gòu)、生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸?shù)葮I(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上進(jìn)行資源整合，不僅有助于促進(jìn)業(yè)務(wù)流程的直接化和透明化，還將提高效率、減少交易成本。

可以說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)影響了人類社會(huì)，并對(duì)社會(huì)發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用，是如今社會(huì)面臨的各種變革的最大根源。未來(lái)制造業(yè)將通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段讓制造業(yè)價(jià)值鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)更加緊密聯(lián)系、高效協(xié)作，使得個(gè)性化產(chǎn)品能夠以高效率的批量化方式生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)所謂的“大規(guī)模定制”。未來(lái)制造業(yè)的智能制造也將使制造業(yè)的產(chǎn)品形態(tài)、設(shè)計(jì)和制造過(guò)程、管理方法和組織結(jié)構(gòu)、制造模式、商務(wù)模式發(fā)生重大甚至革命性變革，并帶動(dòng)人類生活方式的大變革。