工业4.0系列-智能生产需要解决的问题

工业4.0系列-智能生产需要解决的问题

一直想写一些工业4.0的文章，而且一直在思考第一篇文章是关于工业4.0的一个综述，但实在构思不出超越2014年10月2日发表在微博The_Mechanic的那篇《德国工业新战略》文章。此文非常全面，是工业4.0难得的可以作为蓝图的文章，借这篇文章，作为这个系列的开始。同时在后续的文章中，逐步将理解不同之处，逐一点出。

下图是根据《德国工业新战略》文章中，德国工业4.0蓝图绘制的框架图。

从文章中可以看出The_Mechanic非常了解西门子工业的策略，在对工业、自动化方面的阐述非常的到位。而工业4.0一定是工业与信息两方面的融合，在信息化解决的问题方面的阐述可以深入。

《德国工业新战略》对智能生产的阐述如下“智能生产的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。生产流程智能化是实现工业4.0的关键。”但实际上，对于一个生产企业而言，决策、计划的智能对企业的价值更加重要，下面列出一些生产过程需要决策的问题：

1、假如工厂的产能是每月100,000台电脑，当这个月又150,000台电脑订单的时候，如何应对呢？ 如果超过100,000的电脑订单全部拒绝，那么接受哪个客户的订单？决定接受订单客户的优先级规则是什么？客户采购量优先呢？还是客户的重要性优先？

如果接受超过100,000的电脑订单，是全部接受150,000台的订单，还是根据产能接受部分可以通过加班或者外包业务实现的订单？那么些订单接受的量有多少？超过产能部分是通过加班完成？还是通过外包完成？ 2、客户的订单（对企业而言，指销售），要转换成生产工单、对供应商的采购订单。如何将订单转化为工单？转化规则是什么？

如果一个订单特别大，需要拆分成多个生产工单，如何拆分？或者很多特别小的订单，相似的生产需要合并生产，合并的规则是什么？

如何保证拆分订单、合并订单全部跟踪的前提下，使工厂资源（包括人力资源、生产设备）的效率最高？（生产的优化）。

3、随着经济的全球化进程，一家企业会在全球建立生产基地，同时也会与多家企业合作。所以某个订单，还要决定在哪里生产，以及生产的地点。

比如联想收购IBM之后，在上海、深圳、惠阳、匈牙利，墨西哥等地拥有十多家工厂，面对全球订单，每个订单选择在哪个工厂生产？

另外华为在深圳建有生产线，还会与富士康合作。那么当有生产订单时，哪些订单华为自己生产，哪些订单富士康生产？

4、假如一家工厂有三款产品，每款产品的利润率都不同。如果产能高于需求，只要安排生产就好。但如果需求量超过产能极限，这三款产品生产哪一款产品呢？这个也是需要决策者需要决定的。

其实这一系列问题的最核心点是：1、保持供需之间的持久平衡；2，保持供求之间的最佳平衡。

保持供需之间的持久平衡的困难之处在于供应商、生产环节（包括各个产线，生产设备、操作员）、物流环节、财务、客服等多个环节，包括：原材料质量问题，生产周期变化、生产变化、产品导入导出、客户订单修改、销售预测更新、生产质量问题、生产产能问题、工程变化、运营目标修改等等，而这些问题会影响到生产计划。在影响了生产计划之后，需要确认问题，重新调整产能以及调整生产计划，重新调整交货计划，与客户沟通调整的交货计划，评估财务计划，重新与供应商协调收获计划，等等。

保持供求之间的最佳平衡，需要解决以下问题：

1、在一个拥有多种资源的环境下，资源的选择（多个工厂，选哪个工厂生产）。

2、在季节性商业环境下，生产率的决定。（季节性生产，还是淡季生产库存，旺季消耗库存）。

3、在供应有限的情况下，产品组合的决定。

4、在产能有限的情况下，生产还是采购的决定。

5、在供应有限的情况下，分销的决定（有限满足什么样的渠道或者客户）。

这些方面的决定能对整个运作绩效产生巨大的影响。

以上种种问题，一方面需要信息流打通，即ERP、生产制造的管理系统、生产计划系统、物流管理系统、客户管理系统等所有系统的信息畅通。同时也需要利用基础的信息平台，建立决策、计划机制，并将生产优化的规则固化在信息系统中。

我推断《德国工业新战略》文章的作者出自工业圈，因而在工业方面可以深入浅出的阐述，但在信息化方面的阐述还可以深入，

我写此文的目的，是提出工业4.0的智能生产方面，在信息化方面还需要解决的问题，希望研究工业4.0的学者、企业不要忽视信息化的重要性。 写作此文的目的，一方面整理思路，一方面希望读者可以将您对工业4.0在信息化方面需要解决的问题反馈给我，帮助我完成思考。 说明：本文于2015年1月23日首发于 微信公众帐号 xuyongshuo-work。

欢迎关注。转载请注明出处！

附：德国工业新战略

摘要：本文是发布比较早的一个工业4.0的文章。当时工业4.0还没有炒热。不过这篇文章内容被很多文章转载。此文源自The_Mechanic。

德国工业4.0战略意图及对中国的启示

导读：当中国人疯狂迷恋于金融、电商，天天喊着要颠覆这个颠覆那个的时候，德国已经进入了制造4.0时代，并作为它的国家战略被鲜明的提出，在整个德国企业界得到广泛应用。

反观中国还在小商业计谋上面争得不可开交时，把流通那点环节搞得不亦乐乎，但是实际上对提升国家的整体竞争力来说，都是虚幻的。

中国的企业竞争力到底在何方？到现在就像雾霾中的城市，老路仍然看不清方向。你再看看在中国满大街跑的奔驰、宝马、奥迪，外国企业几乎垄断了中国的所有高端品牌。而中国留恋于金融、电商、互联网思维这些“小技巧”里面，作茧自缚，这是一种没有远见的战略，我们应该好好地向德国学习。

所谓制造工业4.0的概念，是以智能制造为主的第四次工业革命，它把德国的传统制造技术与现代无处不在的互联网技术相融合，产生智能化的机械设备制造，将再次在全球范围内提升德国的全球竞争力。

一、德国工业4.0的本质与目标是什么？

工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。

2013年4月，德国机械及制造商协会、德国信息技术、通讯与新媒体协会、德国电子电气制造商协会合作设立了“工业4.0平台”，并向德国政府提交了平台工作组的最终报告——《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》。报告提出，德国向工业4.0转变需要采取双重策略，即德国要成为智能制造技术的主要供应商和CPS（信息物理系统）技术及产品的领先市场。报告还展望了德国工业4.0战略的发展前景。

1. 本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”

工业4.0，其实就是实现“智能工厂”。第一次工业革命始于18世纪后半期由蒸汽机实现工厂的机械化；第二次工业革命始于19世纪后半期用电力来实现大规模化批量生产；第三次工业革命始于20世纪后半期通过电气和信息技术实现制造业的自动化。

工业4.0将在前三次工业革命的基础上进一步进化，基于信息物理系统（CyberPhysical System）实现新的制造方式。信息物理系统是指通过传感网紧密连接现实世界，将网络空间的高级计算能力有效运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。

2. 核心是动态配置的生产方式 工业4.0报告中描述的动态配置的生产方式主要是指从事作业的机器人（工作站）能够通过网络实时访问所有有关信息，并根据信息内容，自主切换生产方式以及更换生产材料，从而调整成为最匹配模式的生产作业。动态配置的生产方式能够实现为每个客户、每个产品进行不同的设计、零部件构成、产品订单、生产计划、生产制造、物流配送，杜绝整个链条中的浪费环节。与传统生产方式不同，动态配置的生产方式在生产之前或者生产过程中，都能够随时变更最初的设计方案。

例如，目前的汽车生产主要是按照事先设计好的工艺流程进行的生产线生产方式。尽管也存在一些混流生产方式，但是生产过程中，一定要在由众多机械组成的生产线上进行，所以不会实现产品设计的多样化。管理这些生产线的MES（制造执行管理系统）原本应该带给生产线更多的灵活性，但是受到构成生产线的众多机械的硬件制约，无法发挥出更多的功能，作用极为有限。

同时，在不同生产线上操作的工人分布于各个车间，他们都不会掌握整个生产流程，所以也只能发挥出在某项固定工作上的作用。这样一来，很难实时满足客户的需求。工业4.0描绘的智能工厂中，固定的生产线概念消失了，采取了可以动态、有机地重新构成的模块化生产方式。

例如，生产模块可以视为一个“信息物理系统”，正在进行装配的汽车能够自律在生产模块间穿梭，接受所需的装配作业。其中，如果生产、零部件供给环节出现瓶颈，能够及时调度其他车型的生产资源或者零部件，继续进行生产。也就是为每个车型自律性选择适合的生产模块，进行动态的装配作业。在这种动态配置的生产方式下，可以发挥出MES原本的综合管理功能，能够动态管理设计、装配、测试等整个生产流程，既保证了生产设备的运转效率，又可以使生产种类实现多样化。

3. 首要目标是工厂标准化

德国工业影响力的一个侧面就是“标准化”。PLC编程语言的国际标准IEC61131-3（PLCopen）主要是来自德国企业；通信领域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都诞生于德国。

工业4.0工作组认为，推行工业4.0需要在8个关键领域采取行动。其中第一个领域就是“标准化和参考架构”。标准化工作主要围绕智能工厂生态链上各个环节制定合作机制，确定哪些信息可被用来交换。为此，工业4.0将制定一揽子共同标准，使合作机制成为可能，并通过一系列标准（如成本、可用性和资源消耗）对生产流程进行优化。

以往，我们听到的大多是“产品的标准化”，而德国工业4.0将推广“工厂的标准化”，借助智能工厂的标准化将制造业生产模式推广到国际市场，以标准化提高技术创新和模式创新的市场化效率，继续保持德国工业的世界领先地位。

目前，工信部等部委也正在借鉴德国经验，编制《中国制造2025》，力求促使中国成为工业强国。笔者认为，德国工业4.0受到了空前的重视，但是如何借鉴工业4.0尤其是工业4.0中的标准化问题，值得我们深入思考。

二、德国工业4.0背后的战略意图

工业4.0在德国被认为是第四次工业革命，是德国政府2011年11月公布的《高技术战略2020》中的一项战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，保持德国的国际竞争力。德国总理默克尔亲自不遗余力地推动工业4.0，其实其背后还有很深的战略用意。

1. 对抗美国互联网 实际上，工业4.0体现出德国对美国的危机感和极高的竞争意识。CPU、操作系统、软件以及云计算等网络平台几乎都由美国掌控。近两年来，Google开始进军机器人领域，研发自动驾驶汽车;Amazon进入手机终端业务，开始实施无人驾驶飞机配送商品„„美国互联网巨头正在从“信息”领域加速进入“物理”业务领域。显而易见，这一趋势对制造业的破坏性影响只是时间问题，因此，德国产生了前所未有的危机感。