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西门子智能工厂整体架构(一)
如何规划工业4.0智能工厂
如何规划工业4.0智能工厂？
由物流搜索网、德国物流协会、德国物流研究院主办的GLSC 2015全球物流与供应链大会，德国物流研究院工厂规划专家Rolf Schmidt博士出席并做演讲，讲解工业4.0智能工厂应如何规划和落地。
1、智能工厂与一般工厂的区别
在规划智能工厂的时候要以智能的方式去思考。传统工厂是大规模使用机器制造产品，而智能工厂的定义是？
能够进行自我规划，不需要人工介入，有一定的技术基础。如CPS让生产设备之间以及产品之间像人类一样，可以通过互联网进行对话和沟通，让产品和机器自动完成自己的使命。 当我们谈到智能工厂，就会不由自主想到工业4.0。
工业4.0的特点，我想是分散化、集成化和智能化。托盘电商平台能工厂只是全局的一部分。
智能工厂是什么，它能够利用大规模生产的优势，制造出低成本、个性化的产品。其次是敏捷性、灵活性，内部流程都能够自动适应，不需要重新设计。
另一点是高度的自动化，但不失灵活性。有人认为有了自动化就失去了灵活性，但我们有一个智能分散过程，得益于信息物理系统和互联网的帮助，可以将灵活性和自动化两者结合。
智能工厂的设备可以适应不同的产量，通过IT系统使纵向和横向整合，从而实现服务互联。整合整个供应链上各个元素，从供应链到最后终端客户。【西门子智能工厂整体架构】
2、智能工厂是一个全新概念吗？
在1994年的美国，出现了一个词——敏捷工厂。其一是通过IT系统和网络系统快速响应客户需求，其二就是横向整合。在1993年的德国一位专家提出了分散式工厂的概念，称生产系统可分为很多部分，一些分散化的过程可以通过互联网方式整合。
这些是模块化工厂的前身，采用一些分散式的生产方式，将所有一切连接起来，我想这也是智能工厂概念的基础。
旧的概念加上新的概念，再加上新的科技就可以构成智能工厂。很多技术在被成熟应用后，如CPS、云计算就为实施生产过程中的智能化带来了更多可能。
3、为什么需要智能工厂
以洗衣机产品为例。作为消费者，我们可能希望将洗衣机的颜色改变一下，更加适应房间的颜色。作为生产企业，客户需要个性化、定制化的设计，而不再是大规模、统一的产品。
变化越多，意味着产品的产量就越小，产品的生命周期就越短，交付到市场的时间也就越短。我们的最终目标是要满足客户的需求。
那么如何能够满足小批量生产、满足客户更多变的定制化需求？而且，企业也不能为此去增加成本和工作时间。这就需要有灵活高效、可拓展性的生产，使产品组合更加细分，每种产品数量变小，所有这一切加起来就构成了智能工厂。我们需要一个比传统工厂更加人性化的智能工厂。
4、智能工厂规划关键因素
对于德国工业4.0，德国人给出了很多标准，从整体概念到工厂规划细节。其中一些
标准是我们德国物流研究院名誉院长Prof. Dr.-Ing. Axel Kuhn（库恩院士）提出来的，他也是我的博士生导师。【西门子智能工厂整体架构】
如果要规划智能工厂，首先我们要了解生产的产品和市场需求量。何时产量稳定，何时会产生销售峰值，这个波动过程，在设计工厂的时候也需要考虑。
工厂是一个实体，所以我们要确定需要投入多少资金，购置多少设备。另一点，工厂都有供应商，我们还要与供应商整合，包括人力资源和组织架构。
智能工厂在规划时最大的不同，是生产，刚才说到的拓展性、敏捷性和灵活性都是很重要的概念。智能工厂一定会以集成系统的方式体现这些特性。
我们可以通过改变生产线的方式来改变生产，将生产单元灵活地连接起来。
如何达到灵活性，而不是刚性，也不是死板地改变生产线？一个灵活的生产过程，产品应是互通互联的，这是一种自我管理的过程，产品自带生产信息，可以提示系统如何进行生产。【西门子智能工厂整体架构】
除了生产，运输也要非常灵活，虽然这很难达到。未来的趋势，一定是使用智能和自动运输系统，通过自动运输系统将物流空间分成很多部分。
如德国物流研究院研制出的全球首台轻型高速穿梭车MultiShuttle，有别于传统无人小车的是：MultiShuttle Move每个小车都是独立的，有独立的“思想”。在行走过程中，需要与哪些设备联网沟通；遇到障碍物如何处理......都可以智能地独立完成。 这些智能化的物流新技术，是需要在智能工厂里运用的。
在智能工厂里，IT系统是工业4.0很重要的一部分。在整个产品线上进行垂直整合，而在工厂内部进行纵向整合，在供应链进行横向和纵向整合，这个就是创新。
我们需要将系统整合起来，让它能够进行工作。现在，我们可以通过云计算来让IT系统更好的工作。
最后一点是人力资源。过去工厂里有很多人力是重复工作的，但在智能工厂里面一切都会改变，因为我们通过人机交互，通过IT系统进行沟通；为此，我们需要担负更多责任。
5、智能工厂的现在与未来
在科技完全成熟之前，还需要一些时间，才能实现智能工厂，现在还不存在一个完好的智能工厂。
智能的时代正在到来，纵横整合是一个大话题。智能工厂不仅是生产，还有人机交互。西门子Amberg工厂在20年前就已经开始智能生产过程了。
奔驰的工厂(Smart + Plant)就是智能工厂(Smart Plant)吗？这个问题很有意思。 德国奔驰Smart工厂里的生产线，人们和机器可以相互沟通，供应商之间可以横向整合，喷涂车间、驱动系统以及总装车间都是相互连接的。顺便提一句，这个厂1997年就启动了，当时还年轻的我在那里担任项目经理。
最后一句话想与大家分享：The secret of getting ahead is getting started.
西门子智能工厂整体架构(二)
工业4.0:智能化工厂与生产
编者按：“工业4.0”是由德国联盟教研部与联邦经济技术部联手推动的战略性项目，被看作是提振德国制造业的有力催化剂，也被认为将是全球制造业未来发展的方向。继蒸汽机的发明、大规模生产和自动化之后，这一趋势被称为“第四次工业革命”——“工业4.0”（Industry 4.0）。事实上，工业4.0这一词早在2011年的汉诺威工业博览会中就已经被提出，它包含了智能工厂、工业网路系统、IT系统、生产链的自主控制。“工业4.0”提倡物与服务串连，旨在物对物（M2M）的运作架构下，打通产、销任督二脉，讲究生产自动化、生产IT化，生产模式将由批次量产转向接单后生产，落实智慧生产、绿色生产、都市生产的未来趋势。本刊将此文介绍给读者，以供参考。 工厂通过“资讯物理系统（CPS）”来建立一个完整的网路系统，这当中包括了相互连结的智能机械、仓储系统、及高效的产品设备等，这些设备可以独立自主的运作，或者互相交换讯息、互相控制，并且以嵌入式系统来监测生产环境。当指令经过CPS系统时，纵向需要经过工厂和公司的商业流程，横向则连接了可以实时管理的衍生价值体系，这两方面共同构建了嵌入式制造的系统网络。从生产机台的运动控制到整体工厂运作无不讲究智能，未来的工厂工人，将不再只是单调的操作机器，而是将自己的经验储存到系统中，更有智能地与生产机器沟通互动。“智能制造”就是“工业4.0”的一个缩影。
此外，“工业4.0”还将解决当今世界遇到的一些挑战，比如资源效率、城镇化和人才结构调整等。工业4.0能够持续带来覆盖整个价值网络的资源生产率和效率的增益。同时能够将人口结构变动和社会因素考虑在内，并设定合适的方式来组织生产。智能辅助系统可以把工人从单调、程式化的工作中解放出来，使其能够将精力集中在创新和增值业务上。在关于熟练工短缺的问题上，工业4.0允许高龄的工人延长他们的工作生涯，使他们能够长时间地保持生产力。灵活的工作组织形式使得工人们能够更好地整合他们自己的工作，私人生活和持续的职业生涯发展将变得更有效率，可以说，工业4.0为工作和生活找到了一个更好的平衡点。
德国抢先推进“工业4.0”项目
为了在新工业革命中占领先机，德国联盟教研部与联邦经济技术部正联手推动《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一——“工业4.0”项目，支持工业技术领域新一代关键技术的研发与创新。项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，联盟政府投入达2亿欧元。在《高技术战略2020》的计划行动中，德国联盟政府为未来项目“工业4.0”设立了雄心勃勃的目标：德国要成为现今工业生产技术（即网络物理融合式生产系统）的供应国和主导市场。
“工业4.0”项目的主要内容
“工业4.0”项目的概念描述了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。
“工业4.0”项目将从两个方向展开，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。
“工业4.0”项目的重点应用技术
随着工业4.0时代的到来，许多沿用多年、占据主导地位的工业自动化技术，正面临被淘汰、被更新换代的命运，而一批以前认为是高端的工业自动化技术，也随着新时代的到来，快速的走入到了实际的应用中去，成为新时代的宠儿：一是以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流；二是PLC进入第六代——微型化、网络化、PC化和开放性；三是DCS系统走向测控管一体化设计；四是控制系统向现场总线（FCS）方向发展；五是仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展；六是数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展；七是工业控制网络向有限和无限相结合的方向；八是工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。
此外，为了实现工业制造到工业4.0的转变，德国还要实现一项双重策略。不仅应该一如既往地把“信息和通讯科技”和“自身的传统高科技策略”进行整合，以努力成为智能制造科技的主要供应商，寻求稳固自身在全球市场的领导地位。同时，还应创造并服务于CPS科技和产品。为了达成这个双重要求，以下几个工业4.0的特征应该被执行：一是横向集成需要通过价值网络；二是端到端的工程立体集成横跨整个价值链；三是垂直集成和网络化的制造系统。通向工业4.0之路要求德国在研发上投入巨大的精力，为了实现双重策略，所进行的研究首先必须实现“制造系统的水平和垂直集成”和“工程上端到端的集成”。此外，出于对工业4.0系统的要求和CPS科技持续发展的目的，在工作场所中新的社会基础设施应该得到更多关注。
各界积极响应“工业4.0”项目
德国电子电气工业协会（ZVEI）预测，工业4.0将使工业生产效率提高30%，德国人工智能研究中心执行长Wahlster也表示，工业4.0将会在一些高劳动成本的地区非常具有竞争力。有鉴于此，德国机械设备制造业联合会（VDMA）及德国信息技术、通讯、新媒体协会（BITKOM）也已加入，德国三大工业协会决定共同建立一个名为“第四次工业革命平台”办事处，并于2013年4月在法兰克福正式启动。三大协会共同建立办事处的主要目标在于，推动工业的发展、提高工业生产标准、开发新的商业模式和运营模式并付诸实践。
德国企业界做出了积极地响应。比如，西门子展示自身推进工业4.0的具体行动，其凭借全集成自动化（TIA）和“数字化企业平台”，长久以来占据着信息技术集成领域的领导地位。在2013汉诺威工业博览会上，西门子展示了融合规划、工程和生产工艺以及相关机电系统的全面解决方案。西门子展台将突出展示西门子的最新技术成就，这包括以全集成自动化TIA v12版本、新一代控制器Sifmatic S7-1500、针对电气传动应用的“全集成驱动系统”（IDS）概念，以及以信息技术为基础的服务，例如，状态监控。另外，西门子公司还将与德国弗劳思霍夫研究院以及大众汽车公司联合展示，通过利用产品生命周期管理软件（PLM）进行虚拟生产规划，可降低生产线上机器人的能耗高达50%。另外，西门子指出当前约7500名软件工程师是其在ICT驱动制造业自动化创新上的最大资本。 智能制造业工程领域的全球化竞争变得愈加激烈，德国并不是唯一一个在制造业部署物联网和行业服务的国家。远在大洋彼岸的美国在2011年6月正式启动包括工业机器人在内的“先进制造伙伴计划”，2012年2月又出台“先进制造业国家战略计划”，提出通过加强研究和试验（R&E）税收减免、扩大和优化政府投资、建设“智能”制造技术平台以加快智能制造的技术创新。日本亦提出通过加快发展协同式机器人、无人化工厂提升制造业的国际竞争力。
“工业4.0”两大主题
智能工厂：智能工业发展新方向
“智能工厂”的概念最早是奇思2009年在美国提出，其核心是工业化-和信息化的高度融合。智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务；未来，将通过大数据与分析平台，将云计算中由大型工业机器产生的数据转化为实时信息（云端智能工厂），并加上绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体，构建一个高效节能的、绿色环保的、环境舒适的人性化工厂。目前智能工厂概念仍众说纷纭，其基本特征主要有制程管控可视化、系统监管全方位及制造绿色化三个层面。
一是制程管控可视化。由于智能工厂高度的整合性，在产品制程上，包括原料管控及流程，均可直接实时展示于控制者眼前，此外，系统机具的现况亦可实时掌握，减少因系统故障造成偏差。而制程中的相关数据均可保留在数据库中，让管理者得以有完整信息进行后续规划，也可以依生产线系统的现况规划机具的维护；可根据信息的整合建立产品制造的智能组合。
二是系统监管全方位。通过物联网概念、以传感器做链接使制造设备具有感知能力，系统可进行识别、分析、推理、决策、以及控制功能；这类制造装备，可以说是先进制造技术、信息技术和智能技术的深度结合。当然此类系统，绝对不仅只是在KS内安装一个软件系统而已，主要是透过系统平台累积知识的能力，来建立设备信息及反馈的数据库。从订单开始，到产品制造完成、入库的生产制程信息，都可以在数据厍中一目了然，在遇到制程异常的状况，控制者亦可更为迅速反应，以促进更有效的工厂运转与生产。
三是在制造绿色化方面，除了在制造上利用环保材料、留意污染等问题，并与上下游厂商间，从资源、材料、设计、制造、废弃物回收到再利用处理，以形成绿色产品生命周期管理的循环，更可透过绿色ICT的附加值应用，延伸至绿色供应链的协同管理、绿色制程管理与智慧环境监控等，协助上下游厂商与客户之间共同创造符合环保的绿色产品。
智能工厂的建设主要基于以下三大基础技术。
一是无线感测器。无线感测器将是实现智能工厂的重要利器。智慧感测是基本构成要素。仪器仪表的智慧化，主要是以微处理器和人工智能技术的发展与应用为主，包括运用神经网路、遗传演算法、进化计算、混沌控制等智慧技术，使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能，如专家控制系统（expert control system；ECS）、模块逻辑控制器（FLC—Fuzzy Logic controller）等都成为智能工厂相关技术的关注焦点。
二是控制系统网路化（云端智能工厂）。随着智能工厂制造流程连接的嵌入式设备越来越多，通过云端架构部署控制系统，无疑已是当今最重要的趋势之一。在工业自动化领域，随着应用和服务向云端运算转移，资料和运算位置的主要模式都已经被改变了，由此也给嵌入式设备领域带来颠覆性变革。如随着嵌入式产品和许多工业自动化领域的典型IT元件，如制造执行系统；（MEs）以及生产计划系统（PPS）的智慧化，以及连线程度日渐提高，云端运算将可提供更完整的系统和服务。一旦完成连线，体系结构、控制方法以及人机协作方法等制造规则，都会因为控制系统网路化而产生变化。此外.由于影像、语音信号等大数据高速率传输对网路频宽的要求，对控制系统网路化，更构成严厉的挑战，而且网路上传递的资讯非常多样化，哪些资料应该先传（如设备故障讯息），哪些资料可以晚点传（如电子邮件），都要靠控制系统的智慧能力，进行适当的判断才能得以实现。
三是工业通信无线化。工业无线网络技术是物联网技术领域最活跃的主流发展方向，是影响未来制造业发展的革命性技术，其通过支持设备间的交互与物联，提供低成本、高可靠、高灵活的新一代泛在制造信息系统和环境。随着无线技术日益普及，各家供应商正在提供一系列软硬体技术，协助在产品中增加通信功能。这些技术支援的通信标准包括蓝牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax。然而，由于工厂需求不像消费市场一样的标准化，必须因应生产需求，有更多弹性的选择，最热门的技术未必是最好的通信标准和客户需要的技术。
智能生产：制造业的未来
能生产（Intelligent Manufacturing.IM），也称智能制造，是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。与传统的制造相比，智能生产具有自组织和超柔性、自律能力、学习能力和自维护能力、人机一体化、虚拟实现等特征。
“智能制造”需要硬件，软件以及咨询系统的整合。那些具有“智慧制造”属性的生产线，不仅拥有着为数众多的控制器、传感器，而且通过有线或无线传感网架构进行串联，将数据传输给上层的制造执行管理系统MES，结合物联网的系统架构，从而让制造业提升到一个新的阶段。制造主要是服务于产品的生产，现在随着客户个性化需求越来越多，产品生产也逐渐呈现出少量多样等新特征，这就迫使制造厂商要提升生产线的速度与灵活性，对于市场前端的变化需要能够快速调整。例如当前一些汽车厂就可以让客户在线指定汽车的颜色，快速调整生产线，快速交付产品。智能制造就是要为使用者带来更多的便利。 近年来，由人工智能技术、机器人技术和数字化制造技术等相结合的智能制造技术，正引领新一轮的制造业变革。智能制造技术开始贯穿于设计、生产、管理和服务等制造业的各个环节，智能制造技术的产业化及广泛应用正催生智能制造业。概括起来，当今世界制造业智能化发展呈现两大趋势。
一是以3D打印为代表的“数字化”制造技术崭露头角。“数字化”制造以计算机设计方案为蓝本，以特制粉末或液态金属等先进材料为原料，以“3D打印机”为工具，通过在产品层级中添加材料直接把所需产品精确打印出来。这一技术有可能改变未来的产品的设计、销售和交付用户的方式，使大规模定制和简单的设计成为可能，使制造业实现随时、随地、按不同需要进行生产，并彻底改变自“福特时代”以来的传统制造业形态。3D打印技术开创了一个全新的偏平式、合作性的全球手工业市场，而不是传统意义上的层级式、自上而下的企业结构。一个由数百万人组成的分散式网络代替了从批发到零售商在内的所有中间人，并且消除了传统供应链中每一个阶段性的交易成本。这种“添加式生产”能够大幅降低耐用品的生产成本，从而使数以万计的小型生产商对传统上处于中心位置的大型生产者提出挑战。不过新的生产方式已经发生了重大改变，传统的生产制造业将面临一次长时间的“洗牌”。有预测指出，未来模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局，而取代他们的就是3D打印机。当然，这需要一个过程，主要是人们适应和接受新事物的过程与产业自身完善成长的过程。不过10年、20年是分水岭，一般新技术会变得非常成熟起来，并被广泛应用。
二是智能制造技术创新及应用贯穿制造业全过程。先进制造技术的加速融合使得制造业的设计、生产、管理、服务各个环节日趋智能化，智能制造正引领新一轮的制造业革命，主要体现在以下四个方面。
（1）建模与仿真使产品设计日趋智能化。建模与仿真广泛应用于产品设计、生产及供应链管理的整个产品生命周期。建模与防真通过减少测试和建模支出降低风险，通过简化设计部门和制造部门之间的切换来压缩新产品进入市场的时间。
（2）以工业机器人为代表的智能制造装备在生产过程中应用日趋广泛。近年来，工业机器人应用领域不断拓宽，种类更加繁多，功能越来越强，自动化和智能化水平显著提高。汽车、电子电器、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动化生产线，工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。业内通常将工业机器人分为日系和欧系。日系的主要代表有安川、OTC、松下、FANUc、不二越、川崎等公司；欧系主要有德国KUKA、CLOOS，瑞典ABB，意大利COMAU，奥地利IGM公司等。工业机器人在制造业的应用范围越来越广泛，其标准化、模块化、网络化和智能化程度越来越高，功能也越发强大，正朝着成套技术和装备的方向发展。国际机器人联合会主席榊原伸表示，过去4～5年间，世界机器人行业得到了长足的发展，行业平均增长率为8%～9%。据联合会统计，近年来世界工业机器人行业的年总产值约250亿美元。
（3）全球供应链管理创新加速。通过使用企业资源规划软件和无线电频率识别技术（RFID）等信息技术，使得全球范围的供应链管理更具效率，缩短了满足客户订单的时间，提升了生产效率。
（4）智能服务业模式加速形成。先进制造企业通过嵌入式软件，无线连接和在线服务的启用整合成新的“智能”服务业模式，制造业与服务业两个部门之间的界限日益模糊，融合越来越深入。消费者正在要求获得产品“体验”，而非仅仅是一个产品，服务供应商如亚马逊公司已进入了制造业领域。
制造企业如何适应“工业4.0”时代
通向工业4.0的路将会是一段革命性的进展。现有的基础科技和经验将不得不为了适应制造工业中的特殊设备而进行改变和革新，而且对于新地域和新市场的创新解决方案将不得不重新探索。为此，企业需要对以下8个领域进一步改进。
标准化和参考架构
工业4.0将会涉及网络技术的设计并通过价值网络集成几家不同的公司。如果一揽子共同标准得以实现，这种合作伙伴关系将成为可能，而且需要一个参照架构来为这些标准提供描述并促进标准的实现。
复杂系统的管理
制造系统正在日益变得复杂，适当的计划、描述和说明模型可以为这些复杂系统提供管理基础。工程师们应该为了发展这些模型而进行更多的方法创新和工具应用。
一套综合的工业基础宽带设施
毋庸置疑，综合并高质量的通讯同络是工业4.0的关键要求。无论是在德国国内，还是在德国与其他合作国家之间，宽带网络基础设施也因此需要进一步的、大规律的拓展。
安全和安保
安全和安保是智能制造系统成功的关键。保障设备和产品自身不会引起使用者的危险，也不会对环境造成污染十分重要。同时，设备和产品中包含的信息特别需要被保护，以防止这些信息被滥用或者在未被授权的情况下使用。这将对安全和安保的架构和特殊识别码的集成调用产生更高的要求，同时相关的培训和职业生涯的持续发展规划也要得到加强。
工作的组织和设计
在智慧工厂里，雇员的角色将会发生引人注目的改变。越来越多的实时导向性控制将会让工作内容、工作流程和工作环境发生转变。针对组织工作的社会科技的实现将会给工人提供承担重大责任和加强个人发展的机会。当上述内容成为现实，进行合作的工作设计和职业生涯的学习途径对于启动参照模型课题将变尤为必要。
培训和持续性的职业发展
工业4.0将从根本上改变工人们的工作和职业诉求。实施适合的培训策略并用培养学习的方式组织工作也因此而变得非常必要，可以借此实现“活到老学到老”和基于工作地点的广泛的个人发展。为了达成这项目标，模型课题和“最好的实用网络”应该被进一步开发和提升，立体学习技术也应该投入研究。
规章制度
在工业4.0下建立新的制造流程和水平的商业网络架构时必须遵守法律，而已存在的立法也同样需要在必要时考虑创新对法律带来的影响。面临的挑战包括合作信息的保护、责任议题、管理私人信息和贸易限制等。这将不仅对立法，也对其他代表商务行为的活动提出了要求——制度将作为一个涵盖面广泛的适用工具而存在，其中的内容条款包括指导方针、标准合同和公司集体协议，或者如审计类型的自律行为。
资源效率
除高花费以外，仅是制造工业在原材料和能源上的消费便已足够引起一系列关于环境与安全的探讨。工业4.0将会使得从原材料变为产品的过程更加多产和高效。企业将会权衡“投资在智慧工厂中的额外资源”与“带来的潜在节约”之间的利弊，这对企业将非常必要。
西门子智能工厂整体架构(三)
六步走向“中国制造2025”
对于很多制造企业来说，“中国制造2025”早已经不再只是概念，而是企业发展的战略目标，并且已经付诸实际行动。 “两会”政府工作报告提出要实施“中国制造2025”后，很多相关的政策陆续出台。而作为“中国制造2025”真正的主角，中国制造企业早就已经行动起来了。
一些中国制造业的领先者，在“两化”融合的基础上，结合“中国制造2025”提出的目标，进一步完善其信息化建设规划，逐步将规划落地，并取得了不错的成效。比如，徐工集团就借助“中国制造2025”的实施，进一步实施“两化”深度融合，取得了显著的成效：设计周期缩短了20%，产品数据准确率提升了30%，生产计划协同时间降低了95%，生产周期缩短了62%。财务月结时间降低了90%。
那么，这些先行者的经验，到底能给制造企业到底该如何落实“中国制造2025”呢？
第一步：
参考《中国制造2025》“三步走”策略
在一个SAP上海论坛上，徐工集团信息技术股份公司总经理张启亮在介绍徐工集团的“中国制造2025”战略规划前，先分享了他对“中国制造2025”的理解。如此可见，徐工集团的战略，是基于对“中国制造2025”的深刻理解之上的。
国务院印发的《中国制造2025》中指出，坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业转型升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越。可见，“加快新一代信息技术与制造业深度融合”，以及“推进智能制造”，都是落地“中国制造2025”的重要措施。
尽管很多专家明确表示，不能将“中国制造2025”等同于德国的工业4.0的，但是要理解“中国制造2025”，还是可以参照工业4.0。SAP全球高级副总裁、SAP全球研发网络总裁、SAP快速增长战略市场总裁柯曼（Clas Neumann）认为，“中国制造2025”的概念要比工业4.0更为宽泛，工业4.0的核心是制造和生产的数字化，而这是“中国制造2025”的一个组成部分。因此，我们在理解“中国制造2025”时，还可以参考更早提出的工业4.0。
至于制造企业该落地“中国制造2025”，《中国制造2025》明确给出了“三步走”策略。《中国制造2025》指出，要“立足国情，立足现实，力争通过‘三步走’实现制造强国的战略目标：
第一步：力争用十年时间，迈入制造强国行列。到2020年，基本实现工业化，制造业大国地位进一步巩固，制造业信息化水平大幅提升。掌握一批重点领域关键核心技术，优势领域竞争力进一步增强，产品质量有较大提高。制造业数字化、网络化、智能化取得明显进展。重点行业单位工业增加值能耗、物耗及污染物排放明显下降。
到2025年，制造业整体素质大幅提升，创新能力显著增强，全员劳动生产率明显提高，两化（工业化和信息化）融合迈上新台阶。重点行业单位工业增加值能耗、物耗及污染物排放达到世界先进水平。形成一批具有较强国际竞争力的跨国公司和产业集群，在全球产业分工和价值链中的地位明显提升。
第二步：到2035年，我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平。创新能力大幅提升，重点领域发展取得重大突破，整体竞争力明显增强，优势行业形成全球创新引领能力，全面实现工业化。
第三步：新中国成立一百年时，制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列。制造业主要领域具有创新引领能力和明显竞争优势，建成全球领先的技术体系和产业体系。
可见，对于那些对如何落地“中国制造2025”还没有任何想法的制造企业，可以参照“三步走”策略，逐渐形成初步的思路。
第二步：
参考示范企业的做法
我们在听到德国工业4.0的时候，同时也就知道了德国工业4.0示范工厂――德国西门子安贝格电子工厂。示范工厂能够给其他制造企业提供很多参考。
这种做法值得我们参考。
SAP中国研究院院长李瑞成在接受记者采访时表示，在“中国制造2025”推进中，政府应给予更多优惠政策支持行业老大来建设示范企业，让大家了解智能工厂，甚至“中国制造2025”到底什么样。
事实上，工业和信息化部早在3月初发布了《关于开展2015年智能制造试点示范专项行动的通知》（简称《通知》），提出2015年启动超过30个智能制造试点示范项目，2017年扩大范围，在全国推广有效的经验和模式。试点示范的目的是使智能制造体系和公共服务平台初步成形，以促进工业转型升级，加快制造强国建设进程。通知明确了示范项目包含以数字化工厂/智能工厂为方向的流程制造试点示范项目，以数字化车间/智能工厂为方向的离散制造试点示范项目，以信息技术深度嵌入为代表的智能装备（产品）试点示范项目，以个性化定制、网络协同开发、电子商务为代表的智能制造新业态新模式试点示范项目，以物流管理、能源管理智慧化为方向的智能化管理试点示范项目，以及以在线监测、远程诊断与云服务为代表的智能服务试点示范项目。
6月，工业和信息化部网站对94个智能制造专项项目进行公示。制造企业应该紧跟这些示范项目的脚步，与自身的情况进行对标，成为自己前行的方向。
与此同时，像徐工集团、玉柴股份等企业，已经针对“中国制造2025”形成比较完整的思路和路线图。它们都是值得制造企业参考的对象。
第三步：
认清状态并制定规划
张启亮表示，和欧美发达国家的制造企业的发展水平相当，几乎站在同一条起跑线上不一样的是，我国制造业的情况比较复杂，差异比较大，有的企业处于工业1.0阶段，有的处于2.0阶段，有的却已经处于工业3.0阶段。因此，处于不同发展阶段的制造企业，应该了解自身所处的位置，根据自身的实际情况制定科学、合理的发展规划。 张启亮介绍，徐工集团对应《中国制造2025》中的任务和重点，识别自身所需的能力。比如，针对《中国制造2025》提出的“提高国家制造业创新能力”，对应地提出要强化全球协同研发能力、智能制造能力和产品智能化能力;针对“推进信息化与工业化深度融合”，对应地提出要加强战略经营型管控协同能力、智能制造能力和供应链协同管理能力;对应“全面推行绿色制造”，提出要强化智能制造能力;对应“积极发展服务型制造和生产性服务业”，提出要加强数字营销和快速市场响应能力，以及商业模式创新能力。
他介绍，徐工集团已经确定走以“千亿元、世界级、国际化”目标的“中国制造2025”之路，在完成一期的“两化”融合项目后，从2015年到2020年落实“两化”深度融合项目和2015智能制造，从而达到降低运营成本、缩短产品研发周期、提高生产效率、降低不良产品率和提高能源利用率的目标;从2020年到2025年，真正落实“中国制造2025”，在“两化”深度融合成果基础上，充分利用新物联网技术，在质量为先的前提下，实现业务创新，一方面优化产业结构，推动生产型制造向服务型制造转变，另一方面坚持走绿色发展之路，构建绿色制造体系。这是在徐工集团现有的发展状态和信息化水平为基础的。
据悉，徐工集团的信息化建设经历了始于1985年的破冰起步阶段，1998年开始的快步发展阶段，从2008年开始的整体提升阶段，从2012年开始的深度融合，和从2014年开始的产业跃升阶段。张启亮认为，如果业务还没有实现集成，“中国制造2025”无从谈起。
针对这种情况，李瑞成建议，制造企业不要盲目跟风，要认清自己，跟上形势，务实推进，并且要保持开放心态。
中国机械工业联合会特别顾问朱森第认为，我国制造业发展不平衡、层次结构差异很大，要采取并行战略，即2.0补课、3.0普及、4.0示范。我们现在正处于向工业化后期推进的阶段。从制造大国走到制造强国，我们要缩短的进程是每一个阶段都缩短，从“工业2.0”到“工业3.0”的时间缩短，从“工业3.0”到“工业4.0”的时间缩短，每一个阶段都经历，每一个阶段都缩短，最后就有可能实现超越。
第四步：
关注智能制造
张启亮认为，智能制造是“中国制造2025”的重中之重，是实现中国制造强国之梦的必由之路。
所谓智能工厂，是指工厂在整个生产过程中所需的每个部件都可以通过传感器与生产设备互联，这就使得同一条生产线可以同时生产任意订单、任意数量的不同产品，不仅摆脱了对于生产线控制员的依赖，同时还能灵活处理订单更改、产品组合和流程调整等工作。而在以往，通常同一条生产线只能生产一个型号的产品。比如，德国费斯托（Fest）工厂哈雷摩托车生产中心借助SAP智慧工厂解决方案实现了混线生产，使得个性化定制的摩托车生产周期从21天缩减到6个小时。如果客户白天下单，晚上就能收到个性十足的哈雷摩托车了。
张启亮介绍，徐工集团智能制造的目标是决策支持智能化、工艺设计信息化、物料转运自动化、生产制造柔性化、质量控制全程化、生产管理可视化和控制调度集中化，这其中，PLM（产品生命周期管理）和MES（制造执行系统的）应用就变得非常重要。
据悉，徐工集团早在2008年就引入了SAP PLM系统，现在希望引入SAP MES以强化智能制造能力。SAP MES可为制造企业提供计划调度、质量监控、现场管理、数据采集、设备监控、人员管理、物料追溯和看板管理、SPC统计分析等完整的生产管理功能，并通过接口实现和上层ERP、PLM的集成，实现和底层DNC、PLC等自动化设备的集成，从而为制造业企业打通从上到下的信息壁垒，创建高效、实时、精益、透明的数字化工厂而奠定基础。在徐工集团智能制造的规划中，焊接过程机器人、数控机床联网、信息化节点到工位，以及总长度达8公里的积放链系统都在考虑中。这些决策都充分考虑到当前的实际需求。
张启亮举规划中提到的焊接过程机器人为例说，以往徐工集团的焊接工艺由人工来完成，但是他们面临着焊接工短缺的问题。这是因为焊接环境恶劣，温度很高，而且工作时间长了容易导致腰椎间盘突出，就算是每个月1万元的工资，也不容易招聘到焊接工。采用焊接过程机器人就能很好地解决这个问题。
第五步：
搭建数字化企业平台
工业4.0的愿景是在数字化企业平台实现纵向和横向全面集成的基础上，工厂、材料、产品全面智能化，形成一个个自组织、自运转的CPS（信息物理系统），从而形成一个机器社区。在这个机器社区内，机器和产品之间、机器和机器之间能够自动进行信息交互、谈判和优化。
拷贝了德国工业4.0示范工厂――德国安贝格电子工厂的西门子成都工厂为未来中国制造的变革方向提供了一个良好的参考。数据显示，通过数字化的工厂规划，可以减少产品上市时间至少30%;通过优化规划质量，可以降低制造成本13%。
数字化企业平台是实现西门子成都工厂数字制造的载体，它可以实现包括设计、生产规划、生产工程，到生产执行和服务的产品全生命周期的高效运行，以最小的资源消耗获取最高的生产效率。
西门子成都工厂的数字化企业平台主要分成五层：第一层：企业层，主要包含能够与西门子工业软件系统全面集成的SAP ERP系统和Siemens PLM Software软件NX、Teamcenter等;第二层：管理层，主要包括MES等生产管理软件，这些软件具备重要的数据流控制和生产管理控制功能，是承上启下的管理系统;第三层：操作层，主要包含西门子DCS和SCADA、系统设备状态管理系统，用于监控生产过程、设备状态;第四层：现场控制层;第五层：设备控制层。现场控制层和设备控制层的作用非常重要，能起到上下贯通的作用，并为上层结构提供大量的数据。这两层的基础自动化设备提供的各种数据流可与上层的MES数据流进行交换。 正如柯曼所言，“中国制造2025”的概念比工业4.0更加宽泛，因此“中国制造2025”的数字化企业平台所涉及范围也更广。
让我们来看看“中国制造2025”的先行者徐工集团的系统架构是怎样的。张启亮介绍，徐工集团的系统分成接入层、管控层、运营层和支持层四层。其中，接入层包括门户网站、呼叫中心、电子邮件、移动应用、RFID应用和短信等，管控层包括企业绩效、全面预算、BI决策分析、集团财务、合并管理、国际贸易管理、财务共享中心和风险管控等，运营层包括SCM、HCM人力资源管理、PLM、SRM、ERP和CRM等，支持层包括OA协同办公、工作流、物联网应用和知识管理。
第六步：
以新技术应用培育新的业务增长点
我国在提出“中国制造2025”的同时，还提出了了“互联网+”。对此，很多业界人士分析，这两者是相辅相成的，“互联网+制造业”将进一步推进“中国制造2025”的落地，由此也产生新的业务模式商业模式。因此，在推进“中国制造2025”的过程中，新技术的采用也不容忽视。
这与工业4.0异曲同工。工业4.0强调由集中式控制向分散式增强型控制模式的转变，从而建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，这需要大量的新技术作为支撑。
柯曼认为，大数据、云计算和移动互联等将技术在工业4.0中大有作为：在海量终端实现互联后，需要大数据技术对海量结构化数据进行存储和分析处理;而云计算则是将不同利益相关者通过同一套数据进行互联的最好途径;移动互联技术可以将具有可预见特性的维修信息推送到终端，还可以帮助用户通过移动终端实时了解工厂的运行情况，而不一定在工厂的控制中心。
张启亮则强调，在“中国制造2025”时代，制造企业要将互联网置入企业运营的方方面面，并且充分利用新技术来培育新的业务增长点。他透露，徐工集团正在和SAP洽谈，希望借助SAP电子商务平台Hybris的应用，构建C2M（从客户到生产）的业务模式，这样客户可以直接面向生产。
链接 “中国制造2025”在行动
“两会”政府工作报告提出要实施“中国制造2025”后，国务院在5月初印发了《中国制造2025》，并指出《中国制造2025》是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。
《中国制造2025》指出要全面贯彻党的十八大和十八届二中、三中、四中全会精神，坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业转型升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越。
6月16日，为推进实施制造强国战略，加强对有关工作的统筹规划和政策协调，国务院决定成立国家制造强国建设领导小组（以下简称领导小组）。领导小组的主要职责是统筹协调国家制造强国建设全局性工作，审议推动制造业发展的重大规划、重大政策、重大工程专项和重要工作安排，加强战略谋划，指导各地区、各部门开展工作，协调跨地区、跨部门重要事项，加强对重要事项落实情况的督促检查。
在此之前，工业和信息化部在3月初发布了《关于开展2015年智能制造试点示范专项行动的通知》，并在6月对94个智能制造专项项目进行公示。
各地也出台了相关的政策，如江苏省通过了《中国制造2025江苏行动纲要》，广东省正在推动《广东省工业转型升级攻坚战三年行动计划（2015-2017）》的落实，把工业转型升级落到具体抓手上，河北省出台了促进河北省装备制造业加快发展实施方案，天津市组织编制发展先进制造业中长期发展规划、实施意见和三年行动方案，并计划将其纳入“十三五”总体规划。
与此同时，业界成立了的中国智能制造信息化推进联盟和中国制造2025智能工业创新联盟等相关的联盟，旨在齐心协力推动“中国制造2025”的落地。
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