中國在2015年發(fā)布制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)《中國制造2025》，這是中國部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略文件。
按照《中國制造2025》的戰(zhàn)略，中國正加快推動新一代信息技術(shù)和制造技術(shù)融合，核心是智能制造，重點(diǎn)發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進(jìn)生產(chǎn)過程智能化，培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平。
從業(yè)務(wù)和技術(shù)層面看，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵是實(shí)現(xiàn)整個制造業(yè)價值鏈的智能化，貫穿研發(fā)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、采購、倉儲、營銷、服務(wù)等各個環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品的設(shè)計、制造、使用的生命周期中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的持續(xù)創(chuàng)新，通過將軟件以云服務(wù)的方式提供，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件隨需而變，通過應(yīng)需設(shè)計，實(shí)現(xiàn)個性化設(shè)計，通過數(shù)字設(shè)計與制造一體化，實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)，通過融入智能感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能持續(xù)改進(jìn)。即：
IT基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)：基于智能傳感器、邊緣計算建設(shè)智能感知系統(tǒng)，基于虛擬化、云計算技術(shù)構(gòu)建it基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)；
個性化設(shè)計：通過互聯(lián)網(wǎng)獲取用戶個性化需求，通過靈活柔性組織設(shè)計、制造資源和生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模定制；
智能化生產(chǎn)：實(shí)現(xiàn)從單個機(jī)器到產(chǎn)線、車間乃至整個工廠的智能決策和動態(tài)優(yōu)化，顯著提升全流程生產(chǎn)效率、提高質(zhì)量，降低成本；
服務(wù)化轉(zhuǎn)型：通過對產(chǎn)品運(yùn)行的實(shí)時監(jiān)測，提供遠(yuǎn)程維護(hù)、故障預(yù)測、性能優(yōu)化等服務(wù)，推動產(chǎn)品的設(shè)計優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型；
數(shù)字化管理：通過設(shè)計、生產(chǎn)、售后環(huán)節(jié)的資源共享，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)作、工作協(xié)同等為主線的協(xié)作平臺，并實(shí)現(xiàn)制造業(yè)務(wù)的全流程監(jiān)控和管理。我們按照上面的總體目標(biāo)，沿著設(shè)計、制造的核心流程，深入探討制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的路線圖。
制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的前提是通過智能傳感器、邊緣計算等，構(gòu)建感知系統(tǒng)，捕獲感知工廠底層數(shù)據(jù)：
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備、產(chǎn)線、工廠、產(chǎn)業(yè)鏈的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)工廠；
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理世界數(shù)字化標(biāo)識、提升數(shù)控設(shè)備及數(shù)字化工藝的 比率；實(shí)現(xiàn)設(shè)備、流程、工藝、人員的數(shù)字化。
而后，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要強(qiáng)健的IT基礎(chǔ)設(shè)施支撐，包括彈性的IaaS云計算平臺、三維設(shè)計SaaS云計算平臺等。
如何構(gòu)建彈性的IaaS云計算平臺？
首先，采用服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲虛擬化技術(shù)，構(gòu)建底層的計算資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池和存儲資源池，然后，通過云資源管理平臺將池化的資源以服務(wù)化的方式向外提供。
最佳實(shí)踐是，服務(wù)器虛擬化架構(gòu)可以采用ESXi、Hypervisor或者KVM，存儲虛擬化架構(gòu)可以采用集中式存儲或者分布式存儲，網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)可以采用SDN，云資源管理平臺可以采用vCloud、Axure或者Openstack，實(shí)現(xiàn)自動化、一站式的IT基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)交付。
最佳實(shí)踐的另一種場景是，以云計算平臺為基礎(chǔ)，采用docker構(gòu)建容器云，快速向用戶交付基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。
如何構(gòu)建三維設(shè)計SaaS云計算平臺？
三維設(shè)計SaaS平臺支撐個性化設(shè)計等業(yè)務(wù)場景，它的核心目標(biāo)是將三維設(shè)計軟件在圖形加速系統(tǒng)的輔助下以服務(wù)的方式提供給設(shè)計人員使用，關(guān)鍵技術(shù)是共享高性能GPU、三維圖形加速和遠(yuǎn)程虛擬桌面。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理是，三維圖形加速軟件通過對OpenGL圖形庫的重新封裝，實(shí)現(xiàn)本地用戶調(diào)用遠(yuǎn)程GPU資源，多個用戶同時共享GPU資源，配合遠(yuǎn)程虛擬桌面，設(shè)計人員共享使用三維設(shè)計軟件，提高設(shè)計協(xié)同能力，設(shè)計部門可進(jìn)行協(xié)同研發(fā)同一產(chǎn)品，解決了地理跨度的難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程是，三維設(shè)計軟件的應(yīng)用主機(jī)接收客戶端發(fā)來的請求，進(jìn)行高性能的數(shù)據(jù)計算，生成2D圖形，三維圖形加速軟件所在的渲染主機(jī)利用本地的圖形處理卡對命令進(jìn)行3D數(shù)據(jù)計算和渲染服務(wù)，完成3D渲染任務(wù)，渲染主機(jī)得到的最終圖形通過遠(yuǎn)程虛擬桌面?zhèn)鬏數(shù)娇蛻舳恕?/p>
最佳實(shí)踐是， 服務(wù)端采用高性能圖形工作站作為計算資源，DCV三維圖形加速軟件提供專業(yè)的3D數(shù)據(jù)計算和渲染服務(wù)，Inventor、Alias等三維設(shè)計軟件進(jìn)行高性能的數(shù)據(jù)計算，遠(yuǎn)程虛擬桌面可以采用realvnc，客戶端通過瀏覽器、DCV endstation、RealVNC client訪問SaaS平臺，獲取DCV渲染的3D圖形結(jié)果。
另一種場景是，采用Autodesk公司的Fusion云計算平臺構(gòu)建三維設(shè)計云計算服務(wù)。
個性化設(shè)計和智能制造要求在概念階段，充分考慮個性化需求，以用戶體驗(yàn)為中心，重塑企業(yè)的設(shè)計、制造模式，精準(zhǔn)行動，敏捷運(yùn)營，生態(tài)協(xié)同與組織賦能，將工業(yè)自動化和信息化高度整合，即整合網(wǎng)絡(luò)信息和物理系統(tǒng)，構(gòu)建基于資源、信息、物品、人相關(guān)聯(lián)的信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-Physical system）。
業(yè)務(wù)模式是在設(shè)計信息、生產(chǎn)信息、用戶使用及反饋信息高度智能化集成的基礎(chǔ)上，通過智能化方式產(chǎn)生需求，設(shè)計師基于基礎(chǔ)設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化的用戶參與式設(shè)計，然后，將設(shè)計直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)信息并執(zhí)行，完成智能化的柔性生產(chǎn)。緊接著，為用戶提供產(chǎn)品的浸入式體驗(yàn)進(jìn)行營銷，最終通過智能互聯(lián)的智能產(chǎn)品為用戶提供產(chǎn)品即服務(wù)式的后服務(wù)，完成產(chǎn)品的完整生命周期。
那么如何進(jìn)行個性化設(shè)計呢？
個性化設(shè)計的業(yè)務(wù)過程是，設(shè)計師根據(jù)訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)建模、設(shè)計，通過仿真模擬或者3D打印，以真實(shí)的觸摸和感覺獲得反饋對設(shè)計進(jìn)行驗(yàn)證，開發(fā)和改進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)意，自由地進(jìn)行設(shè)計迭代。這個過程中需要貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產(chǎn)品個性化定制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程呢？
首先，企業(yè)需要使用面向研發(fā)設(shè)計服務(wù)的SaaS云計算平臺，通過平臺提供的CAD設(shè)計、CAE仿真及CAM工藝設(shè)計、Inventor、Alias等整套設(shè)計流程的軟件服務(wù)，同時利用PDM、PLM管理研發(fā)設(shè)計過程，基于正向產(chǎn)品研發(fā)，進(jìn)行產(chǎn)品的概念設(shè)計，建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型；
然后，產(chǎn)品的全三維數(shù)字化模型貫穿產(chǎn)品的設(shè)計、制造環(huán)節(jié)，建立虛擬數(shù)字化樣機(jī)，深入應(yīng)用虛擬仿真、拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)；從生命周期的維度將各個環(huán)節(jié)的信息進(jìn)行集成，如三維模型為工藝設(shè)計、制造過程所利用，PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫對接。
個性化設(shè)計最佳實(shí)踐的一種場景是，應(yīng)用分析工具，根據(jù)零部件的承載進(jìn)行應(yīng)力分析和拓?fù)鋬?yōu)化，通過拓?fù)鋬?yōu)化來確定和去除那些不影響零件剛性部位的材料，并在滿足功能和性能要求的基礎(chǔ)上，從多種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案中找到功能和性能要求相同但重量更輕的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)輕量化的創(chuàng)新設(shè)計。然后，再利用3D打印將這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造出來，從而實(shí)現(xiàn)整個創(chuàng)新過程。
3D打印的最佳實(shí)踐是，通過FDM、PolyJet、立體光固化成型、激光燒結(jié)、金屬粉末層熔融等技術(shù)路徑，采用工程塑料、高性能塑料、光敏樹脂、金屬（鈦、鈷）等材料進(jìn)行產(chǎn)品模型打印。然后，如何智能化生產(chǎn)？
制造企業(yè)基于產(chǎn)品設(shè)計，結(jié)合工廠三維設(shè)計及物流仿真工具，系統(tǒng)地規(guī)劃整條生產(chǎn)線上工業(yè)機(jī)器人的工作路徑和工作節(jié)拍，驅(qū)動智能工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行柔性制造。
業(yè)務(wù)過程是，產(chǎn)品設(shè)計被傳輸?shù)絺淞喜块T后，由備料部門對產(chǎn)品所需材料進(jìn)行備料，并將材料加載至智能生產(chǎn)線，生產(chǎn)線上的智能機(jī)器人訪問網(wǎng)絡(luò)信息和數(shù)據(jù)，自主切換生產(chǎn)方式和更換生產(chǎn)材料，在智能生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)個性化定制的工藝傳遞，機(jī)器人根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計和工藝要求進(jìn)行智能裝配，完成生產(chǎn)。
服務(wù)化轉(zhuǎn)型包含兩個部分，一是通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代技術(shù)將企業(yè)服務(wù)由設(shè)備生產(chǎn)銷售向設(shè)備維護(hù)和診斷等服務(wù)轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)企業(yè)商業(yè)流程和商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變，幫助用戶“用好設(shè)備、管好設(shè)備”，提高設(shè)備利用效率、降低企業(yè)管理成本；二是開展智慧營銷，為消費(fèi)者體驗(yàn)設(shè)計完整的流程，通過數(shù)據(jù)的智能化采集、挖掘和分析，構(gòu)建具有認(rèn)知性的數(shù)字化體系。
依賴物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)的發(fā)展，通過在產(chǎn)品上安裝傳感器，收集產(chǎn)品運(yùn)行數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品進(jìn)行性能、質(zhì)量實(shí)時監(jiān)控，工程技術(shù)人員將更加充分了解當(dāng)前產(chǎn)品的運(yùn)行狀況，從而對預(yù)防性維護(hù)等服務(wù)進(jìn)行分層，將其作為額外的服務(wù)提供給客戶，過渡到真正的產(chǎn)品即服務(wù)。
智慧營銷的最佳實(shí)踐是，基于數(shù)據(jù)的洞察與分析，實(shí)現(xiàn)對核心客戶群體人員數(shù)量、消費(fèi)頻次、消費(fèi)頻率的精準(zhǔn)統(tǒng)計，為消費(fèi)者提供個性化和智能化的服務(wù)，拓展進(jìn)店營銷等前沿應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)分析、人工智能等數(shù)字化技術(shù)打造營銷推廣系統(tǒng)。
制造企業(yè)數(shù)字化管理的內(nèi)涵是建立生產(chǎn)管控系統(tǒng)和運(yùn)營管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計協(xié)同、計劃協(xié)同、供應(yīng)協(xié)同和工廠協(xié)同，智能排產(chǎn)和智能調(diào)度。
數(shù)字化管理的技術(shù)內(nèi)涵是應(yīng)用信息化系統(tǒng)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求和策略，進(jìn)行生產(chǎn)過程鏈全生命周期管理等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的設(shè)計、排產(chǎn)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)等管理活動。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)是，整合生產(chǎn)環(huán)節(jié)各類制造資源、支持用戶在線開展生產(chǎn)計劃及任務(wù)管理，根據(jù)設(shè)計文件、設(shè)備信息，進(jìn)行生產(chǎn)派工；管理生產(chǎn)訂單、采購物料、物料及零部件出入庫、質(zhì)量報表等；生產(chǎn)過程中，設(shè)備情況、加工進(jìn)度可在線查看，并通過在線質(zhì)量管理，保證最終產(chǎn)品符合要求；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)至銷售各環(huán)節(jié)的管理，幫助企業(yè)從云端獲得標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程管理規(guī)范，提升業(yè)務(wù)實(shí)踐能力。
最佳實(shí)踐是，建設(shè)生產(chǎn)管控系統(tǒng)和運(yùn)營管理系統(tǒng)，包括ERP、制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、進(jìn)階生產(chǎn)規(guī)劃及排程系統(tǒng)（APS）、主數(shù)據(jù)管理（MDM）、人力資產(chǎn)管理系統(tǒng)（HCM）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）、企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）、供應(yīng)商關(guān)系管理系統(tǒng)（SRM）、業(yè)務(wù)流程管理系統(tǒng)（BPM）等系統(tǒng)，滿足企業(yè)生產(chǎn)制造過程中的資源管理、生產(chǎn)執(zhí)行管理、資源數(shù)據(jù)采集管理等主要需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行過程的管理、生產(chǎn)資源保障以及生產(chǎn)過程中的設(shè)備、人、物的管理。
總體而言，制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個完美的閉環(huán)，包括智能感知、智慧決策、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)、智慧分析（事后）、深度學(xué)習(xí)等過程。
