落后的人力勞動已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化制造業(yè)的需求，一些發(fā)達國家很早就開始投入自動化技術(shù)去提升生產(chǎn)力。使得最近幾十年以來，隨著各種產(chǎn)品的信息化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，制造業(yè)本身的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)也變得更復雜、更精細、更自動。生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部的信息流量，以及管理工作的數(shù)據(jù)劇增，以往的自動化系統(tǒng)在信息處理能力、效率和規(guī)模上都已經(jīng)難以滿足制造業(yè)的更高需求。新一代信息技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上解決了這一難題。
當今，全球正在出現(xiàn)以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一輪工業(yè)革命創(chuàng)新浪潮。而變革的核心也是互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的應(yīng)用。當新的形態(tài)開始注入制造業(yè)領(lǐng)域時，一個全新的挑戰(zhàn)也隨之開始，那就是讓制造業(yè)由機械化、電氣化、數(shù)字化，轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化和智能制造的挑戰(zhàn)。
（一）規(guī)律：從工業(yè)化到智能化的演變
傳統(tǒng)工業(yè)化的技術(shù)特征是利用機械化、電氣化和自動化，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和批量銷售。在當前復雜的國際競爭中和中國環(huán)境下，為提升中國制造業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)價值鏈中的地位，解決制造業(yè)大而不強的問題，必須從傳統(tǒng)生產(chǎn)方式向智能化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。
圖1 工業(yè)化的發(fā)展規(guī)律
現(xiàn)代工業(yè)化的技術(shù)特征，除了物理系統(tǒng)（機械化、電氣化、自動化）之外，還要通過融合信息系統(tǒng)（計算機化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化），最終實現(xiàn)信息物理系統(tǒng)（智能化）。“工業(yè)4.0”時代，中國制造業(yè)向智能化發(fā)展，存在著巨大的空間和潛力。目前，中國正處在工業(yè)化的發(fā)展進程之中，經(jīng)濟的崛起必定首先依托制造業(yè)。新一輪工業(yè)革命在帶來諸多挑戰(zhàn)的同時，也將為中國新一輪制造業(yè)發(fā)展提供許多難得“契機”。因為，歷史經(jīng)驗表明，每一次工業(yè)革命都為后發(fā)國家成功實現(xiàn)趕超提供“契機”，英、德、美、日等都是通過把握工業(yè)革命的機遇而成功的。就中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級而言，新一輪工業(yè)革命將會同樣帶來趕超發(fā)展的“契機”。
以前，中國制造業(yè)技術(shù)含量不高，一直處于國際產(chǎn)業(yè)價值鏈的低端環(huán)節(jié)。工業(yè)和信息化深度融合有效地為制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展奠定了殷實的基礎(chǔ)。毫無疑問，“工業(yè)4.0”時代，新一輪工業(yè)革命將更快速地帶動兩化深度融合。信息技術(shù)向制造業(yè)全面嵌入，將打破傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)模式和管理方式。生產(chǎn)制造過程與業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的深度集成，將實現(xiàn)對生產(chǎn)要素的高度靈活配置，實現(xiàn)大規(guī)模定制生產(chǎn)。從而，將有力推動傳統(tǒng)制造業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級的步伐。
（二）規(guī)律：內(nèi)、外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同
“工業(yè)4.0”定義了制造商、供應(yīng)商乃至開發(fā)商之間的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同結(jié)構(gòu)，主要目的是實現(xiàn)市場與研發(fā)的協(xié)同、研發(fā)與生產(chǎn)的協(xié)同、管理與通信的協(xié)同，從而形成一個完整的制造網(wǎng)絡(luò)，由多個制造企業(yè)或參與者組成，它們相互交換商品和信息，共同執(zhí)行業(yè)務(wù)流程。企業(yè)、價值鏈和產(chǎn)品生命周期這三個維度貫穿于各個價值鏈中的制造參與者之間。居于上方的是管理職能，下方是制造職能。
同時“智能工廠”的“智能生產(chǎn)”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)，其核心就是在整個工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用中，通過信息物理系統(tǒng)（CPS），利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、軟件技術(shù)和通信技術(shù)，加強信息管理和服務(wù)，提高生產(chǎn)過程的可控性，從而實現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)、制造工藝及工業(yè)控制等全方位的信息覆蓋，全面控制各種信息，確保各個生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都能處于最優(yōu)狀態(tài)。從而引導制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
1．內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造
對于一個制造業(yè)企業(yè)來說，其內(nèi)部的信息是以制造為核心的，包括生產(chǎn)管理、物流管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、人員及工時管理等和生產(chǎn)相關(guān)的各個要素。傳統(tǒng)的制造管理是以單個車間/工廠為管理單位，管理的重點是生產(chǎn)，管理的范圍是制造業(yè)內(nèi)部。
但是，隨著信息技術(shù)的進步，很多制造型企業(yè)在發(fā)展的不同時期，根據(jù)管理的不同時期的需求，不斷地開發(fā)了不同的系統(tǒng)，并在企業(yè)內(nèi)部逐步使用，如庫存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)、供應(yīng)量管理系統(tǒng)系統(tǒng)等等。不同的系統(tǒng)來實現(xiàn)不同的功能，有些系統(tǒng)采用自主開發(fā)或不同供應(yīng)商的系統(tǒng)所組成。隨著企業(yè)的發(fā)展，要求不同的生產(chǎn)元素管理之間的協(xié)同性，以避免制造過程中的信息孤島，因此對各個系統(tǒng)之間的接口和兼容性的需求越來越高，即各個系統(tǒng)之間的內(nèi)部協(xié)同越來越重要。
尤其是，隨著對于制造的敏捷性及精益制造的要求不斷提高，靠人工導入導出信息已經(jīng)不能滿足制造業(yè)信息化的需求，這就要求在不同系統(tǒng)之間進行網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，做到實時的信息傳遞與共享。
2．外部網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造
未來制造業(yè)中，每個工廠是獨立運作的模式，每個工廠都有獨立運行的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，或者采用一套生產(chǎn)管理系統(tǒng)來管理所有的工廠的操作。但是隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)設(shè)置有不同的生產(chǎn)基地及多個工廠，工廠之間往往需要互相調(diào)度，合理地利用人力、設(shè)備、物料等資源，企業(yè)中每個工廠之間的信息的流量越來越多，實時性的要求越來越高，同時每個工廠的數(shù)據(jù)量和執(zhí)行的速度的要求也越來越高。這就要求不同工廠之間能夠做到網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，確保實時的信息傳遞與共享。
在全球化與互聯(lián)網(wǎng)時代，協(xié)同不僅僅是組織內(nèi)部的協(xié)作，而且往往要涉及到產(chǎn)業(yè)鏈上、下游組織之間的協(xié)作。一方面，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，消費者與制造業(yè)企業(yè)共同進行產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)，滿足個性化定制需求；另一方面，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，配置原材料、資本、設(shè)備等生產(chǎn)資源，組織動態(tài)的生產(chǎn)制造。縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，滿足差異化市場需求。
“工業(yè)4.0”中的橫向集成代表生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)合，這是一個全產(chǎn)業(yè)鏈的集成。以往的工廠生產(chǎn)中，產(chǎn)品或零部件生產(chǎn)只是一個獨立過程，之間沒有任何聯(lián)系，沒有進一步的邏輯控制。外部的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造使得一個工廠根據(jù)自己的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)檔期，只生產(chǎn)某一個產(chǎn)品的一部分，外部的物流、外部工廠的生產(chǎn)，包括銷售等整個的全產(chǎn)業(yè)鏈能夠聯(lián)系起來。這樣一來，就實現(xiàn)了價值鏈上的橫向產(chǎn)業(yè)融合。
（三）未來制造業(yè)：縮短工期、降低成本、提高效率、滿足定制、減少能耗
隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)的普及，制造業(yè)市場競爭的新要求出現(xiàn)了變化。一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠不斷地基于網(wǎng)絡(luò)獲取信息，及時、動態(tài)地對市場需求做出快速反應(yīng)；另一方面，要求制造業(yè)企業(yè)能夠動態(tài)地將各種資源集成與共享，合理利用各種資源。互聯(lián)制造能夠快速響應(yīng)市場變化，通過制造企業(yè)快速重組、動態(tài)協(xié)同來快速配置制造資源，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，減少產(chǎn)品投放市場所需的時間，增加市場份額。同時，還能夠分擔基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費用、設(shè)備投資費用等，減少經(jīng)營風險。制造資源的整合已經(jīng)突破了企業(yè)和國家的界限，正在變得可以基于互聯(lián)網(wǎng)從全球范圍內(nèi)尋求資源，物流、資金流、信息流在全球經(jīng)濟一體化及互聯(lián)網(wǎng)的支持下將突破區(qū)域限制而動態(tài)流動，世界將進入一個全球互聯(lián)制造時代。
作為一個未來的潮流，工廠將通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)內(nèi)、外服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，向著互聯(lián)工廠的趨勢發(fā)展。隨之而來，采集并分析生產(chǎn)車間的各種信息，向消費者進行反饋，從工廠采集的信息作為大數(shù)據(jù)通過解析，能夠開拓更多的、新的商業(yè)機會。經(jīng)由硬件從車間采集的海量數(shù)據(jù)如何處理，也將在很大程度上決定服務(wù)、解決方案的價值。也就是說，互聯(lián)制造模式下，制造業(yè)企業(yè)將不再自上而下地集中控制生產(chǎn)，不再從事單獨的設(shè)計與研發(fā)環(huán)節(jié)，或者單獨的生產(chǎn)與制造環(huán)節(jié)，或者單獨的營銷與服務(wù)環(huán)節(jié)。而是從顧客需求開始，到接受產(chǎn)品訂單、尋求合作生產(chǎn)、采購原材料或零部件、共同進行產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)組裝，整個環(huán)節(jié)都通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接起來并進行實時通信，從而確保最終產(chǎn)品滿足大規(guī)模客戶的個性化定制需求。
無處不在的互聯(lián)網(wǎng)和便捷的物流系統(tǒng)，使得產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)等流程未必一定在一個企業(yè)、甚至在一個國家內(nèi)獨立完成，而有可能被分解、外包、眾包到不同企業(yè)，甚至各國各地。未來，一個企業(yè)競爭力的強弱不在于擁有多少資源和多少核心技術(shù)，而是信息數(shù)據(jù)分析能力、資源整合能力、國際化資源能力。
這種生產(chǎn)制造的靈活程度代表著制造業(yè)未來的發(fā)展方向，將使企業(yè)面對客戶的需求變化時，能迅速、輕松地做出響應(yīng)，并保證其生產(chǎn)具有競爭力，滿足大規(guī)模客戶的個性化定制需求，企業(yè)本身將實現(xiàn)從單純制造向“制造+服務(wù)”的轉(zhuǎn)型升級。
無界限、全民化、信息化、傳播速度快是互聯(lián)網(wǎng)的特征。制造業(yè)的各個環(huán)節(jié)通過應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將數(shù)字信息與物理現(xiàn)實社會之間的聯(lián)系可視化，將生產(chǎn)工藝與管理流程全面融合，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”協(xié)同制造。這樣一來，可以一邊設(shè)計研發(fā)、一邊采購原材料零部件、一邊組織生產(chǎn)制造、一邊開展市場營銷，從而降低了運營成本、提升了生產(chǎn)效率、縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，也減少了能源使用。
圖2 智能制造的優(yōu)勢
通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把處于制造企業(yè)與相關(guān)的零配件配套企業(yè)及用戶的采購、生產(chǎn)、銷售、運輸?shù)葮I(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)平臺上進行資源整合，不僅有助于促進業(yè)務(wù)流程的直接化和透明化，還將提高效率、減少交易成本。
可以說，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)影響了人類社會，并對社會發(fā)展起了很大的推動作用，是如今社會面臨的各種變革的最大根源。未來制造業(yè)將通過互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段讓制造業(yè)價值鏈上的各個環(huán)節(jié)更加緊密聯(lián)系、高效協(xié)作，使得個性化產(chǎn)品能夠以高效率的批量化方式生產(chǎn)，實現(xiàn)所謂的“大規(guī)模定制”。未來制造業(yè)的智能制造也將使制造業(yè)的產(chǎn)品形態(tài)、設(shè)計和制造過程、管理方法和組織結(jié)構(gòu)、制造模式、商務(wù)模式發(fā)生重大甚至革命性變革，并帶動人類生活方式的大變革。
