离散型智能制造模式研究

岳维松　程楠　侯彦全

摘要：智能制造日益成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容，也是加快发展方式转变，促进工业向中高端迈进、建设制造强国的重要举措。青岛海尔从2008年开始，逐步探索出一条以互联工厂为核心的智能制造发展路线，为离散制造型企业，特别是白色家电企业树立起智能制造典范。本文从生产柔性化、零部件模块化、平台资源化和产品智能化四个方面着手分析了海尔离散型智能制造模式，并对政府提出了四点建议：支持生产线数字化改造，鼓励开放性平台建设，引导企业发展服务型制造，开展离散型智能制造试点。

关键词：青岛海尔；离散型；智能制造

中图分类号：F407.44 文献标识码：A

Study on Discrete Intelligent Manufacturing Model

---Uses HAIER Intelligent Factory as an Example

WeisongYue Nan Cheng Yanquan Hou

（The Development Center of Information Industry of China， Beijing 100846 ，China）

Abstract： Since 2008， Haier has gradually explored some Internet factories as the core of intelligent manufacturing， and established an intelligent manufacturing model for discrete manufacturing enterprises， especially for the white goods enterprises. This paper analyzed the Haier discrete intelligent manufacturing model from the four aspects of production flexibility， modularization of components， platform resources and product intellectualization， and put forward four suggestions to the government： to support the digital transformation of production lines， to encourage open platform construction， to guide enterprises to develop service-oriented manufacturing and to carry out discrete intelligent manufacturing pilot.

Keywords： Haier； Discrete； Intelligent Manufacturing

一、引言

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作，扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。当前，以智能制造为代表的新一轮产业变革迅猛发展，数字化、网络化、智能化日益成为制造业的主要趋势。为加速我国制造业转型升级、提质增效，，“十三五”期间将深入贯彻实施《中国制造2025》，同步实施数字化制造普及、智能化制造示范，分类开展离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务5种新模式试点示范。

作为五种智能制造模式的典型代表，离散型制造广泛分布在汽车、电子、家电、机械等行业，其特征是以订单生产为主，通过改变物料形态，经过多道加工工序，将零部件或组件组装成产品的生产过程，也是推广应用智能制造的重点领域。青岛海尔作为全国首批智能制造综合试点示范企业，从2008年开始改造传统的制造系统，到目前建立起以沈阳冰箱为代表的互联工厂，在引领自身业务发展的同时，也为国内离散型制造企业的智能化改造树立了典范。本文通过分析青岛海尔的离散型智能制造模式，总结出当前离散型智能制造的着力点，对开展离散型智能制造试点示范，推动制造强国建设有着重要的现实意义。

二、离散型智能制造模式的内涵

（一）数据开放共享是重要基础

离散型制造的特点是设备散、工序不连续，设备单元孤岛特征明显，而实现数据的自动、有序流动是实現智能制造的基础。要实现数据的自由流动，需建立物与机、机与机、人与机、人与人以及企業与企业之间信息充分交互基础，信息交互本质上是各种数据的获取、传输、分析和反馈，可以说数据是企业智能制造的血液。没有数据的采集与控制，生产单元无法获取生产状态、执行生产指令；没有管理单元之间的数据共享，无法实现协同创新、用户个性化定制，数据在离散型企业推进智能制造的过程中起着关键的基础作用。鉴于其，离散型企业首先应该对生产制造过程进行物理信息系统的整体规划，勾画智能制造蓝图；进而对生产过程实现数字化改造：在数据采集层、网络层部署RFID、智能传感器、网络设备等物联网基础节点；在执行设备层引入工业机器人、采用数控机床等智能制造装置；在控制层、管理层引入管理和控制系统，如MES、ERP、PLM等系统[2]；同时搭建各种开放信息服务平台，共享数据资源，不断夯实智能制造的数据基础。

（二）模块设计与互动是切入点

离散型生产的产品一般是由几十个、甚至成百上千个零部件组成，生产复杂度高，组装难度大，不利于企业基于网络的定制生产。离散型生产企业需要通过整合内外部资源，转变与供应商的合作模式，变零部件供应为模块协同生产，实现产品零部件的模块化。这样做的好处：一是通过零部件模块化，降低产品的复杂度；二是零部件模块化，有利于模块商发挥自身优势，做精模块，加速产品创造；三是零部件模块化，可以实现通用模块与个性模块分离，有利于用户参与定制；四是通过模块化，降低了产品维度，有利于生产过程智能化。因此，通过建立协同创新机制，提升产品模块化水平，是离散型企业实现智能制造的切入点。

（三）敏捷柔性制造是核心关键

离散制造的发展趋势是网络、数据与与产品生产过程融合更加深入，以“设计-生产-销售”为特征的传统制造流程正在向“个性需求-定制订单-生产”为特征的消费生产一体化制造流程轉变，制造需求的不确定性增大，对离散型制造企业快速响应用户需求提出挑战。基于生产数据自动流动，柔性制造拥有高度数字化的生产流程，可以实现小批量、多批次生产，快速响应用户的需求，是传统制造向智能制造转型的关键所在。其核心是要对传统的生产线进行改造，建设包括数控机床、智能机器人、自动化的立体仓库、柔性控制系统等在内的柔性生产线，从大规模制造到大规模定制的转变。

（四）延伸产品服务功能是方向

离散型制造的传统产品形态是单个的生产设备或生活物品，使用区域分散，与用户、生产企业互动性差，但是随着智能技术嵌入到产品中，智能技术正在重新定义产品的交付形态和使用状态。企业交付给客户的不仅仅是硬件产品，一起交付的还有软服务。通过智能感知技术，产品可以感知使用环境；通过网络，企业可以实现对产品的远程故障诊断和修复服务[3]。基于智能产品，企业正在重新构建新的生产应用生态：依托产品的智能感知与联网功能，企业可以进一步提供增值服务，产品的功能从使用功能向服务功能延伸，增值服务正在给企业带来全新的价值。离散型企业应当利用智能技术、云计算、大数据和互联网打造智能服务系统，智能识别用户的需求，为用户提供高效的增值服务，从产品制造向服务型制造迈进。

二、离散型智能制造的实践分析---以海尔智能工厂为例

青岛海尔作为全国首批智能制造综合试点示范企业，从2008年开始改造传统的制造系统，到目前建立起以沈阳冰箱为代表的互联工厂。分析海尔智能工厂可以发现，其主要从以下四个方面来进行离散型智能制造。

第一，通过系统集成实现柔性制造。针对消费需求呈现个性化，多样化的趋势，海尔主动适应需求，对生产工厂进行数字化改造，深化PLM、ERP、iMES、iWMS、SCADA五大系统集成[1]，打通人机互联、机物互联、机机互联、人人互联的信息通道，满足人、机器、生产线的随需交互，实现物联网、互联网和务联网三网融合相通，对产品全生命周期实现全数字化的管理，通过数字化的排产，变传统的长生产线为高度自动化短生产线，实现了柔性化生产。目前生产线的模态有定制生产线、柔性定制生产线和单元定制生产线，分别对应批量大且个性化需求少的大众化产品的生产、批量小且个性化需求多的小众化产品生产和单用户的个性化定制。这样，当用户提交定单后，定单信息实时传到互联工厂，智能制造系统自动排产，并将信息自动传递给对应的工序生产线及所有模块商、物流商，不同的工序根据指令生产相对应的产品模块，最后在总装线上进行组装。经过改造后，海尔数字工厂柔性生产能力大幅提升，仅海尔的沈阳工厂就做到了一条生产线从原本支持20多个型号到支持500多个型号的大规模定制，生产节拍缩短到10秒一台，订单周期从15天缩短至7天，单线产能、单位面积的产出翻番。

第二，增强生产模块提高装配效率。为了降低产品零部件多带来生产的复杂性，解决柔性生产面临的瓶颈，海尔搭建了模块商资源平台：海达源。模块商注册、用户需求提出、解决方案竞选、评价结果等过程都记录在平台上，实现了供应商、用户和海尔多方透明化协作。针对用户提出的需求，模块商可以凭借自身研发、制造等优势提出解决方案，海尔与供应商由单纯地采购零件关系转变为模块化方案引领的共创共享的利益共同体。产品模块化的好处，从用户角度讲是把工程视角下的组件变为用户视角下的使用模块，提高了产品的可定制性；从企业角度来讲，由于模块数量较零部件数量大大减少，降低了工序装配的复杂性，生产效率大幅提升。例如，天樽空调由原来的265个零部件转变为12个模块，新品的上市时间减少了一半。

第三，优化资源平台推进协同创新。平台是互联网时代协作创新的技术支撑，是资源汇聚与分享的重要载体。海尔通过深度整合企业内外部资源，构建了7大资源平台，包括：交互用户定制平台、零距离虚实营销平台、智联U+服务平台、开发创新平台、模块商资源平台、智能制造平台、智慧物流平台，涵盖了从用户交互到研发设计、物流、智能服务等七大流程，对外支撑用户、协作伙伴全流程参与产品生产，充分调动产品的需求资源、研发设计资源和协作生产资源，实现产品创新的高效化；对内支撑资源管理扁平化、生产智能能化、客户服务高效化，实现了产品生产的集约高效化。开放的资源平台和接口，已吸引了软件、硬件、服务内容等各类资源进行合作，为协同创新提供了平臺支撑，如铂空调就是由用户提出构思，发烧友参与设计，整合进一流的外部资源，包括中国科学院、供应商等资源完成的解决方案，颠覆了产品的创新方式。

第四，提升产品和技术智能化水平。产品智能互联是电器产品未来发展的趋势。海尔在产品中嵌入温度、湿度、压力等传感器，不断提高产品的智能化水平。产品可以实时监测运行和使用状态，智能感知周围环境，根据用户需求做出快速反应；同时借助产品管理服务云平台，通过对产品反馈的数据进行大数据分析，自动预警产品运行中存在的问题，在远程即可对产品提供服务和维修。这样，海尔运用物联网、大数据技术等智能技术，实现了产品与人、产品与环境的实时互动，不断满足用户对产品在健康、舒适、节能等方面的需求。以智能空调为例，海尔的空调大数据平台覆盖全球29个国家地区、国内443个城市、63483个小区的智能空调，每天上传数据量达千万级，累计数据量已达407亿条。海尔通过对这些数据的挖掘使用，实时调整产品服务功能，对用户的服务更加贴心高效。

三、推进离散型智能制造的几点建议

（一）支持生产线数字化改造，提高工序智能化水平

针对大多数企业生产设备老旧现状，启动生产线数字化改造计划，支持变革积极性高，创新基础好的企业改造落后生产线，大幅提高智能装备如智能机床、机器人、智能控制器在生产线中的比例，稳步提升生产自动化；支持企业搭建工业生产物联网，实现控制和信息传输数字化，提高工序智能化水平；支持企业建设MES系统，推进生产管理智能化。

（二）鼓励开放性平台建设，加大内外资源整合力度

鼓励企业梳理产品定制、研发设计、供应商合作、物流配送等领域的内外部资源，针对不同使用对象，搭建相应的平台，积极探索与“互联网+”的融合路径，开展资源整合，创新资源使用模式；鼓励企业应用大数据、云计算新一代信息技术开展资源利用，提高资源使用效率。

（三）引导企业发展服务型制造，探索新模式新业态

通过培训、参观、研讨交流、展览展示等多种形式，引导企业开发智能化产品，使企业能够借助产品的智能联网功能，提供产品应用解决方案和远程诊断、维护服务；探索产品产权和使用分离，通过分时租赁的方式提供生产服务，不断引导企业向服务制造转型。

（四）开展离散型智能制造试点，发挥示范带动作用

针对离散型制造业发展水平参差不齐的发展现状，开展离散型智能制造的试点。首先，对离散型制造企业摸底筛选，选取不同类型的企业，分别从研发设计、生产制造、管理营销等不同的环节开展试点。不断总结成功经验，在时机成熟时，支持有条件的企业建设标准化的离散型智能制造工厂，以示范带动同行业的其他企业开展智能制造升级改造；针对不同水平的企业制定差异化目标，给予分类指导，确保离散型企业智能制造升级取得实效。

参考文献：

[1] 辛国斌，张相木等，智能制造探索与实践[M].电子工业出版社，2016年3月，p265-281.

[2]盖勒普，离散智能工厂：需要哪些关键技术？[[EB/OL]]，2016-03-14.http：//www.wtoutiao.com/p/1cfxZ7t.html

[3] 耿雁冰，张梦洁，“中国制造2025”风口：开启智能制造六大领域试点[[EB/OL]]，21世纪经济报道，2015-4-09.http：//epaper.21jingji.com/html/2015-04/09/content_7284.htm

作者简介：

岳维松（1971年-），男，计算机应用硕士，中国电子信息产业发展研究院规划研究所，研究方向：區块链、产业发展及规划研究。

程楠（1979年-），女，经济学博士，副研究员，中国电子信息产业发展研究院規划研究所副所长，研究方向：产业与区域发展及规划研究。

侯彦全（1989年-），男，经济学硕士，中国电子信息产业发展研究院规划研究所，研究方向：产权组织理论与产业发展研究。