工業4.0時代，智慧製造是如何提高生產效率的？
2011年6月，美國啟動包括工業機器人在內的“先進製造夥伴計畫”;2012年2月，出臺“先進製造業國家戰略計畫”並設立美國製造業創新網路。2013年，德國實施“工業4.0”戰略。日本大力發展協同式機器人、無人化工廠。
智慧製造是什麼，為什麼值得關注
工業發達國家經歷了機械化、電氣化、數位化三個歷史發展階段，具備了向智慧製造階段轉型的條件，未來必然是以高度集成化和智慧化的智慧製造系統，
工業4.0發展過程
智慧製造是基於新一代資訊技術的先進製造過程、系統與模式的總稱。智慧製造貫穿“設計、生產、管理、服務”等製造活動各環節，並具有資訊深度自感知、智慧優化自決策、精准控制自執行等功能。
可以說，國內人口紅利逐漸消失的社會現實，以進口替代、機器換人為導向的政策趨勢，
智慧製造的相關技術有什麼應用價值?
在智慧製造的關鍵技術當中，智慧產品與智慧服務可以説明企業帶來商業模式的創新;智慧裝備、智慧產線、智慧車間到智慧工廠，可以説明企業實現生產模式的創新;智慧研發、智慧管理、智慧物流與供應鏈則可以説明企業實現運營模式的創新;而智慧決策則可以幫助企業實現科學決策。
NO.1.智慧產品(Smart Product)
智慧產品通常包括機械、電氣和嵌入式軟體，具有記憶、感知、計算和傳輸功能。典型的智慧產品包括智慧手機、智慧可穿戴設備、無人機、智慧汽車、智慧家電、 智慧售貨機、智慧裝備以及眾多智慧硬體產品等。
NO.2.智慧服務(Smart Service)
基於感測器和物聯網(IoT)，可以感知產品的狀態，
NO.3.智慧裝備(Smart Equipment)
製造裝備經歷了機械裝備到數控裝備的發展，目前正在逐步發展為智慧裝備。智慧裝備具有檢測功能，可以實現在機檢測，從而補償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進行補償。以往一些精密裝備對環境的要求很高，現在由於有了閉環的檢測與補償，可以降低對環境的要求。
NO.4.智慧產線(Smart Production line)
很多行業的企業高度依賴自動化生產線，比如鋼鐵、化工、製藥、食品飲料、煙草、晶片製造、電子組裝、汽車整車和零部件製造等，實現自動化的加工、裝配和檢測，一些機械標準件生產也應用了自動化生產線，比如軸承。但是，裝備製造企業目前還是以離散製造為主。很多企業的技術改造重點，就是建立自動化生產線、裝配線和檢測線。美國波音公司的飛機總裝廠已建立了U型的脈動式總裝線。自動化生產線可以分為剛性自動化生產線和柔性自動化生產線，柔性自動化生產線一般建立了緩衝。為了提高生產效率，工業機器人、吊掛系統在自動化生產線上應用越來越廣泛。
NO.5.智慧車間(Smart workshop)
一個車間通常有多條生產線，這些生產線要麼生產相似零件或產品，要麼有上下游的裝配關係。要實現車間的智慧化，需要對生產狀況、設備狀態、能源消耗、生產品質、物料消耗等資訊進行即時採集和分析，進行高效排產和合理排班，顯著提高設備利用率(OEE)。因此，無論什麼製造行業，製造執行系統(MES)成為企業的必然選擇。
NO.6.智慧工廠(Smart Factory)
一個工廠通常由多個車間組成，大型企業有多個工廠。作為智慧工廠，不僅生產過程應實現自動化、透明化、視覺化、精益化，同時，產品檢測、品質核對總和分析、生產物流也應當與生產過程實現閉環集成。一個工廠的多個車間之間要實現資訊共用、準時配送、協同作業。一些離散製造企業也建立了類似流程製造企業那樣的生產指揮中心，對整個工廠進行指揮和調度，及時發現和解決突發問題，這也是智慧工廠的重要標誌。智慧工廠必須依賴無縫集成的資訊系統支撐，主要包括PLM、 ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統。大型企業的智慧工廠需要應用ERP系統制定多個車間的生產計畫(Production planning)，並由MES系統根據各個車間的生產計畫進行詳細排產(Production scheduling)，MES排產的細微性是天、小時，甚至分鐘。
NO.7.智慧研發(Smart R&D)
離散製造企業在產品研發方面，已經應用了電腦輔助設計、電腦輔助工程、電腦輔助工藝過程設計、電腦輔助製造等工具軟體和產品生命週期管理、產品資料管理系統。企業要開發智慧產品，需要機電軟多學科的協同配合;要縮短產品研發週期，需要深入應用模擬技術，建立虛擬數位化樣機，實現多學科模擬，通過模擬減少實物試驗;需要貫徹標準化、系列化、模組化的思想，以支援大批量客戶定制或產品個性化定制;需要將模擬技術與試驗管理結合起來，以提高模擬結果的置信度。流程製造企業已開始應用PLM系統實現工藝管理、配方管理以及實驗室資訊管理。
NO.8.智慧管理(Smart Management)
製造企業核心的運營管理系統還包括人力資產管理系統(HCM)、客戶關係管理系統(CRM)、企業資產管理系統(EAM)、能源管理系統(EMS)、供應商關係管理系統(SRM)、企業門戶(EP)、業務流程管理系統(BPM)等，國內企業也把辦公自動化(OA)作為一個核心資訊系統。為了統一管理企業的核心主資料，近年來主資料管理(MDM)也在大型企業開始部署應用。實現智慧管理和智慧決策，最重要的條件是基礎資料準確和主要資訊系統無縫集成。
NO.9.智慧物流與供應鏈(Smart logistics and SCM)
製造企業內部的採購、生產、銷售流程都伴隨著物料的流動，因此，越來越多的製造企業在重視生產自動化的同時，也越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導小車(AGV)、智慧吊掛系統得到了廣泛的應用;而在製造企業和物流企業的物流中心，智慧分揀系統、堆垛機器人、自動輥道系統的應用日趨普及。倉儲管理系統和運輸管理系統也受到製造企業和物流企業的普遍關注。
NO.10.智慧決策(Smart Decision Making)
企業在運營過程中，產生了大量的資料。一方面是來自各個業務部門和業務系統產生的核心業務資料，比如與合同、回款、費用、庫存、現金、產品、客戶、投資、 設備、產量、交貨期等資料，這些資料一般是結構化的資料，可以進行多維度的分析和預測，這就是業務智慧(Business Intelligence，BI)技術的範疇，也被稱為管理駕駛艙或決策支援系統。同時，企業可以應用這些資料提煉出企業的KPI，並與預設的目標進行對比，同時，對KPI進行層層分解，來對幹部和員工進行考核，這就是企業績效管理的範疇。從技術角度來看，記憶體計算是BI的重要支撐。
各行業是怎樣實現智慧製造的，有哪些路徑或機遇
如下表選取的7個行業，9家領先公司作為案例，列舉了智慧製造5種驅動戰略相應的執行方案，以及所代表的創新和投資關注方向。
不同行業的智能化方案和代表機遇
物流驅動是對倉儲及配送的智能化升級，使運輸在時間和空間上更加精准。亞馬遜的無人機空投快遞是智能物流的代表，國內的京東、四通、EMS等，目前的配送則依賴大量快遞員，預示著無人機運輸解決方案是不可忽視的機遇。
用戶驅動是以用戶為中心，利用數位化技術實現對用戶個性化需求的滿足。紅領集團的酷特智慧C2M平臺，基於體型、面料、款式等維度將用戶的需求數位化，以實現個性化西服和工裝定制，這個案例為全線個人用品定制提供了想像空間。
工廠驅動是對生產設備、生產線、生產車間的數位化、網路化和智慧化改造，以機器換人來獲得成本領先優勢。2015年，飛鶴乳業在美國投資建設了乳粉智慧工廠，計畫採用全產業鏈模式實現對乳品生產全過程的自動控制和管理，總投資1億美元，年產能5萬噸。這是美國第一座全部由中資投資建設的乳品加工廠。
R&D驅動是指專注產品的智慧部分的研發和設計，通過與眾多公司合作，建立起可以依託的生態系統，從而獲得競爭優勢。蘋果的汽車專案已經將重點放在開發類似iOS或macOS的汽車作業系統上，允許現有的汽車廠商使用;谷歌也決定停止自主研發汽車硬體，轉而和傳統汽車公司擴大合作。除了科技巨頭，提供各類技術解決方案的初創團隊和高校實驗室也在實踐R&D驅動戰略。
管理驅動包括各類對人員和設備的管理活動的智慧化升級。遠景能源的阿波羅光伏雲平臺，可以對光伏電站做協力廠商資料監控、故障診斷、狀態運維，從而指導前期設備選型，形成資產管理閉環。
這些驅動戰略也可以結合使用。海爾的“人單合一、互聯工廠”，通過顧客參與(用戶)和“自主經營體”的管理方式(管理)，實現從大規模製造到大規模定制。電氣行業中的通用電氣和西門子同時從硬體(工廠)和軟體(R&D)著手，提高生產的品質和效率。
目前正在逐步發展為智慧裝備。智慧裝備具有檢測功能，可以實現在機檢測，從而補償加工誤差，提高加工精度，還可以對熱變形進行補償。以往一些精密裝備對環境的要求很高，現在由於有了閉環的檢測與補償，可以降低對環境的要求。NO.4.智慧產線(Smart Production line)
很多行業的企業高度依賴自動化生產線，比如鋼鐵、化工、製藥、食品飲料、煙草、晶片製造、電子組裝、汽車整車和零部件製造等，實現自動化的加工、裝配和檢測，一些機械標準件生產也應用了自動化生產線，比如軸承。但是，裝備製造企業目前還是以離散製造為主。很多企業的技術改造重點，就是建立自動化生產線、裝配線和檢測線。美國波音公司的飛機總裝廠已建立了U型的脈動式總裝線。自動化生產線可以分為剛性自動化生產線和柔性自動化生產線，柔性自動化生產線一般建立了緩衝。為了提高生產效率，工業機器人、吊掛系統在自動化生產線上應用越來越廣泛。
NO.5.智慧車間(Smart workshop)
一個車間通常有多條生產線，這些生產線要麼生產相似零件或產品，要麼有上下游的裝配關係。要實現車間的智慧化，需要對生產狀況、設備狀態、能源消耗、生產品質、物料消耗等資訊進行即時採集和分析，進行高效排產和合理排班，顯著提高設備利用率(OEE)。因此，無論什麼製造行業，製造執行系統(MES)成為企業的必然選擇。
NO.6.智慧工廠(Smart Factory)
一個工廠通常由多個車間組成，大型企業有多個工廠。作為智慧工廠，不僅生產過程應實現自動化、透明化、視覺化、精益化，同時，產品檢測、品質核對總和分析、生產物流也應當與生產過程實現閉環集成。一個工廠的多個車間之間要實現資訊共用、準時配送、協同作業。一些離散製造企業也建立了類似流程製造企業那樣的生產指揮中心，對整個工廠進行指揮和調度，及時發現和解決突發問題，這也是智慧工廠的重要標誌。智慧工廠必須依賴無縫集成的資訊系統支撐，主要包括PLM、 ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統。大型企業的智慧工廠需要應用ERP系統制定多個車間的生產計畫(Production planning)，並由MES系統根據各個車間的生產計畫進行詳細排產(Production scheduling)，MES排產的細微性是天、小時，甚至分鐘。
NO.7.智慧研發(Smart R&D)
離散製造企業在產品研發方面，已經應用了電腦輔助設計、電腦輔助工程、電腦輔助工藝過程設計、電腦輔助製造等工具軟體和產品生命週期管理、產品資料管理系統。企業要開發智慧產品，需要機電軟多學科的協同配合;要縮短產品研發週期，需要深入應用模擬技術，建立虛擬數位化樣機，實現多學科模擬，通過模擬減少實物試驗;需要貫徹標準化、系列化、模組化的思想，以支援大批量客戶定制或產品個性化定制;需要將模擬技術與試驗管理結合起來，以提高模擬結果的置信度。流程製造企業已開始應用PLM系統實現工藝管理、配方管理以及實驗室資訊管理。
NO.8.智慧管理(Smart Management)
製造企業核心的運營管理系統還包括人力資產管理系統(HCM)、客戶關係管理系統(CRM)、企業資產管理系統(EAM)、能源管理系統(EMS)、供應商關係管理系統(SRM)、企業門戶(EP)、業務流程管理系統(BPM)等，國內企業也把辦公自動化(OA)作為一個核心資訊系統。為了統一管理企業的核心主資料，近年來主資料管理(MDM)也在大型企業開始部署應用。實現智慧管理和智慧決策，最重要的條件是基礎資料準確和主要資訊系統無縫集成。
NO.9.智慧物流與供應鏈(Smart logistics and SCM)
製造企業內部的採購、生產、銷售流程都伴隨著物料的流動，因此，越來越多的製造企業在重視生產自動化的同時，也越來越重視物流自動化，自動化立體倉庫、無人引導小車(AGV)、智慧吊掛系統得到了廣泛的應用;而在製造企業和物流企業的物流中心，智慧分揀系統、堆垛機器人、自動輥道系統的應用日趨普及。倉儲管理系統和運輸管理系統也受到製造企業和物流企業的普遍關注。
NO.10.智慧決策(Smart Decision Making)
企業在運營過程中，產生了大量的資料。一方面是來自各個業務部門和業務系統產生的核心業務資料，比如與合同、回款、費用、庫存、現金、產品、客戶、投資、 設備、產量、交貨期等資料，這些資料一般是結構化的資料，可以進行多維度的分析和預測，這就是業務智慧(Business Intelligence，BI)技術的範疇，也被稱為管理駕駛艙或決策支援系統。同時，企業可以應用這些資料提煉出企業的KPI，並與預設的目標進行對比，同時，對KPI進行層層分解，來對幹部和員工進行考核，這就是企業績效管理的範疇。從技術角度來看，記憶體計算是BI的重要支撐。
各行業是怎樣實現智慧製造的，有哪些路徑或機遇
如下表選取的7個行業，9家領先公司作為案例，列舉了智慧製造5種驅動戰略相應的執行方案，以及所代表的創新和投資關注方向。
不同行業的智能化方案和代表機遇
物流驅動是對倉儲及配送的智能化升級，使運輸在時間和空間上更加精准。亞馬遜的無人機空投快遞是智能物流的代表，國內的京東、四通、EMS等，目前的配送則依賴大量快遞員，預示著無人機運輸解決方案是不可忽視的機遇。
用戶驅動是以用戶為中心，利用數位化技術實現對用戶個性化需求的滿足。紅領集團的酷特智慧C2M平臺，基於體型、面料、款式等維度將用戶的需求數位化，以實現個性化西服和工裝定制，這個案例為全線個人用品定制提供了想像空間。
工廠驅動是對生產設備、生產線、生產車間的數位化、網路化和智慧化改造，以機器換人來獲得成本領先優勢。2015年，飛鶴乳業在美國投資建設了乳粉智慧工廠，計畫採用全產業鏈模式實現對乳品生產全過程的自動控制和管理，總投資1億美元，年產能5萬噸。這是美國第一座全部由中資投資建設的乳品加工廠。
R&D驅動是指專注產品的智慧部分的研發和設計，通過與眾多公司合作，建立起可以依託的生態系統，從而獲得競爭優勢。蘋果的汽車專案已經將重點放在開發類似iOS或macOS的汽車作業系統上，允許現有的汽車廠商使用;谷歌也決定停止自主研發汽車硬體，轉而和傳統汽車公司擴大合作。除了科技巨頭，提供各類技術解決方案的初創團隊和高校實驗室也在實踐R&D驅動戰略。
管理驅動包括各類對人員和設備的管理活動的智慧化升級。遠景能源的阿波羅光伏雲平臺，可以對光伏電站做協力廠商資料監控、故障診斷、狀態運維，從而指導前期設備選型，形成資產管理閉環。
這些驅動戰略也可以結合使用。海爾的“人單合一、互聯工廠”，通過顧客參與(用戶)和“自主經營體”的管理方式(管理)，實現從大規模製造到大規模定制。電氣行業中的通用電氣和西門子同時從硬體(工廠)和軟體(R&D)著手，提高生產的品質和效率。