智能製造的階段論

美國數字製造與設計創新院（DMDII），最近給出的「數字設計與製造」的進化時間。文中認為技術進化有三個代級：自動化和數字化、網路化和集成、智能系統。而在這三個階段之前，是一個標準化和電氣化的傳統階段。

美國數字製造與設計創新院，對這三個階段的認識是，數字化屬於過渡階段，網路化屬於轉型階段，而智能化則屬於崛起階段。

儘管三個階段中，智能化的事情，基本是留在2020年以後了。但從發展趨勢來看，它與中國智能製造當前主流語境中所劃分的三個階段：數字化、網路化和智能化，基本吻合。

這三個階段的時間劃分，仍然可以有商榷的餘地，那取決於以何為標準了。但看起來，大的階段是有共識的。

這是國外近年來非常明確的一次提法，尤其提出機構是美國數字製造與設計創新院（DMDII），它繼承和代表了美國軍方的技術發展和數字化製造的多年結晶。因此，這個說法是非常值得採信的美國主流語境。

數字化起步

利用計算機來改造企業的生產裝備，實際上比管理信息系統起步還要早。1952年商用電子計算機發明的第二年，美國就有一家公司設計了一套數控裝置，開發了第一台三坐標數控銑床。儘管這個銑床體積很大，造價也很高，但是這開闢了一個數字控制的新時代。到了1958年，美國研究出第一台加工中心。這意味著，計算機改變製造業的時代，已經正式拉開帷幕。

早在70年代，就可以看到數字化對傳統工業的改造，特別是在1974年，第五代使用微處理晶元和半導體存儲器的計算機數控裝置研製成功以後，從裝備的角度來看這個發展非常快，拿數控機床來講，從一軸到三軸到五軸到七軸。這個是對工業化產生了革命性的影響。還有計算機輔助系統，從輔助製圖CAD、到計算機輔助工程模擬CAE、到計算機輔助製造CAM等，都對製造業產生了深遠的影響。

後來隨著計算機技術的發展，出現了全三維數字化和數字模擬，這是工業數字化向高端方向開始發展。從開始接訂單，一直到最後產品交付這個全流程上，全部是靠計算機軟體控制和支撐。

網路化崛起

上個世紀90年代初互聯網開始在全球普及，企業的網路化隨之也發展非常快。在互聯網沒有起步之前，基本上所有的企業都採用客戶伺服器C/S的架構，但客戶伺服器只能解決本地的聯網問題。互聯網興起之後，異地可以聯網，企業很快也開始走向網路化。

網路化給製造業帶來重大的技術突破，主要體現在三個方面。

一個就是關聯設計系統。在虛擬設計與製造的環境下，可以支持成百上千個在線用戶進行實時設計，使得一個系統或者一台裝備的總體、子系統之間的三維設計結果相互關聯。這對於製造能力的提升，開闢了巨大的想像空間，這個對企業來講是一個全新的競爭優勢。

其次，網路化帶來的不僅僅是大家交換信息，而且可以帶來工程人員的協同。一些大的企業如波音公司，率先建立了自己非常強大的網路化協同平台。2000年9月以波音、洛克希德?馬丁、雷神、BAE及R&R為代表的美英國防航空巨頭，在就發起組建了大名鼎鼎的Exostar，探索國防航空行業的供應鏈網路協同。目前通過Exostar進行供應鏈管理和協同的有六大主製造商，包括16，000個不同規模的專業供應商。

其三就是全三維標註技術，任何一個產品只要把三維的圖做出來，零部件的圖紙自然而然可以被分解。這可以使得企業形成單一數據源的管理。美國國防部和航空航天近幾年非常重視的數字主線（Digital Thread），也正是這樣一種技術的發展和延伸。

智能化發展

企業智能化的發展，可以回溯到上個世紀六十年代開始。通過圖2的製造業智能化發展，可以看到製造業如何從數字化走到網路化，再走到智能化。

可以看到製造業的智能化，實際上跟數字化基本上是同步的，不過在早期，只是單機、單個裝備而已。像CAE這種非常複雜的軟體，需要把計算、工程知識和人類的經驗，都融合在裡面。因此，工業軟體並不簡單是軟體，而是一門非常精深的工業學科和行業學問。就智能化而言，若從數據處理的角度來看，早期業務智能（Business Intelligence）也是很重要的一個發展。

智能化實際上是依託於計算科學。美國國家總統信息技術委員會在2005年專門就「計算科學的意義」給時任總統小布希寫過一個報告，其中講到，計算科學是由三個不同的元素組成的：計算機與信息科學、建模與模擬軟體和計算機基礎設施，這三點缺一不可。

現在的智能化，實際上是包含四個基本的要素：模型、演算法、軟體和數據。發展真正的智能化系統，一定要包含這四個方面。

最基礎的階段

但這三個階段，都有一個非常重要的基礎，就是標準化階段——看上去國人，對這個階段，忽略的比較厲害。工業化一開始，就是與標準化共生的。標準化是一個持續不斷、貫穿時代的命題，儘管不同階段的內涵和特徵，會有所不同。自工業化開始，標準化就是一個永恆的主題。而由於歷史發展原因，標準化一直就沒有深入落根到中國工業中去，這也是造成當前中國製造業的一些頑疾的原因。

在中國，還需要解決的基本功課，不完全是技術問題，而是工業化的基礎理念問題。工業工程是一個特別值得注意的問題。

例如，工業工程，在國外可以看作是「工廠之父」，標準化和精益，是最為重要的內容之一，多年來一直如此。喬治亞理工學院專門有工業工程學院，全球第一；密西根大學的工業工程系，也是美國數一數二，受到工業界廣泛地推崇。

喬治亞理工大學為什麼工業工程這麼強？就需要追溯到它的歷史。當年美國內戰（南北戰爭）結束後，大敗而歸的南方農業大佬戰後進行了深刻的反思，將南方敗給北方的重要原因歸結於：北方的州郡有著強大的工業，而南方缺乏工業根基。痛定思痛，南方決定設立喬治亞理工大學，專門為製造業培養人才。這是喬治亞理工大學的發展根基和DNA，它在工業方面的教育獨步武林，而工業工程是其重點發展的領域。一般學校都只是工業工程系，但喬治亞理工則是擴大編製，有一個工業工程學院。

工業工程是工業文明的一個重要組成部分，沒有工業工程，就沒有工業文明。中國工業的質量、標準、工匠精神等諸多現象，都跟工業工程的發展孱弱，是相輔相成的。

好在這幾年，工業工程逐漸開始抬頭，受到更多企業的追捧和實踐，這是一門需要補充的大課，唯有如此，中國才能實際上完成真正意義上的工業化。

原發工業與嫁接工業

工業化不是一個獨立要素的作用，而是往往具有多種屬性和特徵。所有 「XX化」的階段，都有伴生特徵。例如，電氣化伴隨著標準化、數字化伴隨著自動化、網路化伴隨這集成化。而所有的基礎，首先是標準化，而標準化則與現代工業結合的尤其緊密——這也是電氣化 + 標準化的時代。

這些都可以稱之為「原發工業」的伴生性，這是西方工業的特點，是在工業化近百年的積累基礎上逐漸發展而來；而中國的工業，是一個半途出家的「嫁接工業」，無論是早期受到蘇聯支持、直接照搬的大工業體系，還是改革開放依賴通過「拿來主義」發展世界工廠的快速崛起，都缺乏「原生工業」和「伴生工業」的概念。

從這個意義來看，面對中國製造當下的發展階段，單純說數字化、網路化，也是不完整的，需要同時注意伴生物的發展。例如，數字化一定需要自動化的「伴生」；而網路化則需要同時解決信息系統集成和數據的自由流動。

由於中國製造需要在多個階段、多個伴生特徵的場景下齊頭並進，因此，充分理解原生工業的伴生特徵，系統性地考慮中國製造的特徵問題，具有非常重要的意義。

作者簡介

周宏仁：國家信息化專家諮詢委員會常務副主任，賽迪專家學術委員會主任

林雪萍：南山工業書院發起人，北京聯訊動力諮詢公司

鳴謝喬治亞理工學院製造院院長Ben Wang教授對局部內容的貢獻。