我们为什么提智慧制造：魏东博士谈智造（一）

作者简介：魏东博士，1986年考入清华大学，获电气工程学士学位；后获得新泽西理工学院电气与计算机工程硕士与博士。2004至2019年在西门子（美国）研究院从事自动化技术的研究与开发。对技术创新管理，技术培育，技术转移有着丰富的工作经验和深刻的认识。

编者按：魏东博士对智能制造（智慧制造）有着深入的研究和长期的实践经验，有很多真知灼见。他是我的好友，我请他在这个号里发表一些观点，供大家学习、讨论。

过去的十年里，美国提出了先进制造与工业互联网的概念，德国提出了工业4.0，这些概念引起中国国内不少企业、院校和机构的蜂拥追捧。然而笔者认为，这些概念是德美两国为自己的制造业制定的战略，中国的国情与美国德国差异太大，盲目照搬工业互联网和工业4.0，无异于拿他人的药方治自己的病。因此，我和中国科技自动化联盟的几位同仁在2012年年中提出了中国智慧工厂的概念，进而在2014年提出了智慧制造的概念。

我们不妨先分析一下美国和德国提出先进制造，工业互联网与工业4.0的大背景。

2008年的全球性金融危机让美国反思了实体经济的重要性。在对比了德国经济在金融危机的表现后, 美国重新认识到制造业在国民经济、进出口贸易、就业岗位和国家竞争力, 甚至国家安全等方面的重要意义。2000年至2010年的十年间，美国制造业从业人口从1700万人降至1100万，凸显了实体经济萎缩带来的恶果。在入主白宫还不到三个月的2009年4月,美国总统奥巴马在乔治城大学的讲话中第一次提出了重振美国制造业, 让制造业回归美国。2009年12月奥巴马签署了“重振美国制造业的框架方案", 在此文件中重振制造业和确保先进制造业优势地位被立为国家战略。2012年美国国家科技委员会发布了《国家先进制造战略计划》，提出要优化政府投资，完善先进制造业创新政策，加快先进制造技术创新，加速新技术的市场应用。一系列战略部署为美国制造业发展营造了更有利的政策环境，为先进制造技术开发注入了新动力。

制造业对德国而言是经济的基石，是立国之本。2010年左右，德国政府认为，德国制造业正面临着一系列“内忧外患”。“内忧”源于“德国制造”面临的巨大挑战：IT技术和生产制造技术不能有效整合、制造业企业缺乏创新活力、国内市场需求疲软、制造业从业人员新鲜血液不足。“外患”主要来自中国和美国，首先是中国制造业的竞争。2010年中国成为世界第一制造业大国，占领了全球中低端市场，而中国政府在十二五规划中对高端装备制造雄心勃勃，非常可能成为德国在中高端制造业最大的竞争对手之一。其次是美国奥巴马政府向制造业强势回归。美国先后提出“再工业化战略”和“先进制造伙伴战略”等一系列政策措施。德国担心美国会利用其在IT技术与创新能力上的巨大优势重新夺回全球工业产品的市场份额。

图1: IT和OT的融合趋势

正如图1所示，目前全世界的普遍共识是：工业化与信息化的深度融合是大势所趋。基于自身在软件方面的优势，美国提出先进制造系统 (NIST NISTIR 8107)，通过 IT 技术对制造系统的三个维度进行整合：纵向－从底层的传感器／执行器, PLC/DCS 到MES, ERP, CRM, PLM　及 PDM；横向－上下游制造过程；端到端－从产品设计、制造、交付到报废回收。另一方面，美国的一些巨头企业，如 GE, Intel, AT&T，Cisco等， 成立了工业互联网联盟（图2）。他们也是从美国的优势领域互联网出发，去整合信息化与工业化技术，只不过强调的是互联网。

图2: 美国先进制造系统和工业互联网联盟

德国工业4.0 战略（图3）的制订也是从自身的优势，即工业装备和工业基础出发，进行信息化与工业化技术的整合。它强调的是工业。我们可以看出美德两国的战略思维很相似，都是立足本国的优势来应对信息化与工业化深度融合的趋势。

图3: 德国工业4.0

我国的工业基础及信息产业与德美两国相比还存在差异。我们并不具备德国的工业基础，也没有美国的信息技术优势及强大的创新能力。我们可以借鉴他们的战略思维，而不能一味地盲从。以中国目前的市场体量和制造业规模，我们应该在制定新的制造业标准上有足够的话语权，甚至应该去力求主导话语权，进而在行业里占领战略制高点。我国制造业的优势如下 -

1. 市场体量巨大。

2. 制造业门类最齐全 - 我国制造业涵盖了联合国产业分类中定义的所有41个工业大类，191个中类，525个小类。

3. 制造业规模最大 - 占超过全球25%的产值，从2010年开始一直占据世界第一的宝座。根据2019年7月麦肯锡报告“中国与世界-理解变化中的经济联系”，中国贡献了全球制造业总产出的35%。

4. 体制优势 - 政府的支持力度，尤其是政府的行政执行力以及各级政府的协同能力 （这也是西方对“中国制造2025”忌惮的主要原因。他们认为西方是市场经济，中国是政府强力主导的经济。在市场竞争中是西方的企业对阵中国政府，所以不公平）。

5. 人才红利 - 每年有超过800万大学毕业生, 其中超过200 万的理工科大学毕业生进入就业市场。这个数字超过了排第二（印度），第三（俄罗斯）到第十的国家的总和。

前四个优势是公认的，而人才红利的优势往往被人们所忽略。人才红利上的巨大优势正是我们对正在发生的制造业变革进行思考之后提出智慧制造的出发点。制造业离不开人，它是靠人参与，也是为人服务的。智慧制造的核心是人 - 拥有智慧的是人而不是机器。智能制造里智能的主体是机器设备，智慧制造里智慧的主体是人。“形而下谓之器，形而上谓之道”- 智能制造更多是在“器”的层面进行，而智慧制造是在“道”的层面，即思维方式、方法 论的层面进行。

图4: 数据-信息-知识-智慧 金字塔

在图4所描绘的数据-信息-知识-智慧金字塔中，数据是没有单位的数字，如1，0， 1.23; 信息是有意义的数字，如温度 31.7℃，速度12 米/秒；知识是去理解自然现象中的机理，各变量的相互关系；而智慧是人应用掌握的知识去解决问题，产生希望看到的结果。人在制造闭环中是不可或缺的、最重要的节点。所有的机器设备、软件和其他技术系统都是为人服务的。换言之，工业4.0的核心是CPS （Cyber-Physical-System），而智慧制造的核心是HCPS（Human-Cyber-Physical-System）。

本文我们探讨了为什么提出智慧制造，并简单讨论了智慧制造。智慧制造的概念我将在后面的文章中进一步进行阐述。

魏东

2019年12月5日