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當(dāng)今時代，信息化與工業(yè)化呈現(xiàn)加速融合趨勢，一些發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家目前在加快智能制造戰(zhàn)略規(guī)劃和布局。在這一大背景下，為實現(xiàn)“新工業(yè)革命”時代下制造業(yè)模式創(chuàng)新與企業(yè)變革，中國提出了《中國制造2025》戰(zhàn)略，并提出了“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放和共享發(fā)展”理念。去年年底召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會議，和今年3月份克強(qiáng)總理做的《政府工作報告》相繼提出完善新型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，深化大數(shù)據(jù)、人工智能等研發(fā)應(yīng)用，加快各行業(yè)、各領(lǐng)域推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，以及打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，拓展“智能+”，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能。

 

數(shù)字技術(shù)將全面滲透到各個行業(yè)，并實現(xiàn)跨界融合和倍增創(chuàng)新。近十年來消費互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展相對更快，但伴隨著用戶紅利的瓶頸，現(xiàn)在正面臨著轉(zhuǎn)折。未來的主要增長點將向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)化，我國制造、交通、政務(wù)、醫(yī)療、金融等很多傳統(tǒng)領(lǐng)域急需借助新一代數(shù)字技術(shù)的深度應(yīng)用，打通消費端與供給端的有效連接，推動供應(yīng)鏈更新迭代。

 

近幾十年來中國流程工業(yè)雖然有了長足發(fā)展和進(jìn)步，但總體生產(chǎn)制造效能與國際先進(jìn)水平相比還有一定差距，資源、能源和環(huán)境約束下的創(chuàng)新水平亟待提升，主要表現(xiàn)在：①產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性過剩依然嚴(yán)重；②管理和營銷等決策缺乏知識型工作自動化；③資源與能源利用率不高；④高端制造(裝備、工藝、產(chǎn)品)水平亟待提高；⑤安全環(huán)保壓力大。從總體來看，當(dāng)前中國流程工業(yè)體量龐大，資源、能源消耗巨大，是制造業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的先行領(lǐng)域和綠色發(fā)展的主戰(zhàn)場。

 

本文圍繞流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的重大需求，剖析了當(dāng)前流程工業(yè)在經(jīng)營決策層面、生產(chǎn)運行層面、能效安環(huán)層面和信息集成層面存在的核心工程問題，從生產(chǎn)、管理以及營銷全過程優(yōu)化出發(fā)，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化制造為目標(biāo)的流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型愿景目標(biāo)。并且，結(jié)合頂層設(shè)計原則，本文最后探討了企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型為何要從頂層設(shè)計開始。

 

 ▌流程工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的愿景

圍繞制造過程從裝備智能化到制造流程、操作模式、供應(yīng)鏈管理等自適應(yīng)智能優(yōu)化，以需求驅(qū)動、應(yīng)用導(dǎo)向為主，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心工程問題包括：

①生產(chǎn)與經(jīng)營全過程信息智能感知與集成；

②知識驅(qū)動的生產(chǎn)過程計劃調(diào)度與管理決策；

③人機(jī)物自然交互的生產(chǎn)過程全流程協(xié)同控制與優(yōu)化；

④全生命周期安全環(huán)境足跡監(jiān)控與風(fēng)險溯源分析及控制。

 

流程工業(yè)是由多個重大裝備組成的生產(chǎn)過程, 其運行過程的動態(tài)機(jī)理復(fù)雜, 難以建模, 難以數(shù)字化。由于原料來源多樣、成分復(fù)雜、生產(chǎn)條件多變, 因此工況波動頻繁, 難以實現(xiàn)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和生產(chǎn)全流程的優(yōu)化控制。因此, 我國流程工業(yè)不能采用以“工業(yè)4.0”為代表的離散工業(yè)智能制造模式, 必須自主創(chuàng)新適合我國流程工業(yè)的實現(xiàn)高效化和綠色化的智能制造模式, 流程工業(yè)智能制造模式是智能優(yōu)化制造, 即流程工業(yè)智能優(yōu)化制造。智能優(yōu)化制造的涵義是以企業(yè)全局及生產(chǎn)經(jīng)營全過程的高效化與綠色化為目標(biāo), 以生產(chǎn)工藝智能優(yōu)化和生產(chǎn)全流程整體智能優(yōu)化為特征的制造模式。

 

流程工業(yè)中的以高效化、綠色化和智能化為主題的智能優(yōu)化制造，就是要在工程技術(shù)層面實現(xiàn)“四化”，即：

• 數(shù)字化，結(jié)合過程機(jī)理，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立流程工業(yè)企業(yè)的數(shù)字化工廠，實現(xiàn)虛擬制造；

• 智能化，充分利用機(jī)制和專家知識，采用基于知識型工作自動化技術(shù)來實現(xiàn)企業(yè)的智能生產(chǎn)和智慧決策；

• 網(wǎng)絡(luò)化，依托物聯(lián)網(wǎng)和(移動)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展基于CPS的智能裝備，實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)化制造；

• 自動化，采用現(xiàn)代控制技術(shù)，實現(xiàn)自動感知信息，主動響應(yīng)需求變化，進(jìn)行自主控制。

 

同時，在企業(yè)生產(chǎn)制造運行層面，數(shù)字化轉(zhuǎn)型也要實現(xiàn)“四化”，即：

• 敏捷化，對市場變化做出快速反應(yīng)，實現(xiàn)資源動態(tài)配置和企業(yè)的柔性生產(chǎn)；

• 高效化，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)、管理和營銷的全過程優(yōu)化運行，實時動態(tài)優(yōu)化生產(chǎn)模式；

• 綠色化，對工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境足跡和危險化學(xué)品(簡稱?；?能實現(xiàn)全生命周期的監(jiān)控，實現(xiàn)能源的綜合利用和污染物的近零排放；

• 安全化，保證生產(chǎn)流程的本質(zhì)安全和企業(yè)信息安全，并通過故障診斷和自愈控制技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的安全運行。

 

近年來，中國流程工業(yè)在工藝裝備、運行技術(shù)與管理決策方面都取得了長足的進(jìn)步，但在全流程和全生命周期的數(shù)據(jù)感知、多系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈敏捷管理、安全環(huán)保監(jiān)控與溯源診斷等方面還存在很多亟待解決的難題。鑒于此，在互聯(lián)網(wǎng)+時代，針對流程工業(yè)智能優(yōu)化制造的數(shù)字化轉(zhuǎn)型愿景目標(biāo)如下圖所示：

 

在已有的物理制造系統(tǒng)基礎(chǔ)上，充分融合人的知識，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算、(移動)網(wǎng)絡(luò)通信和人機(jī)交互的知識型工作自動化以及虛擬制造等現(xiàn)代信息技術(shù)，從生產(chǎn)、管理以及營銷全過程優(yōu)化出發(fā)，推進(jìn)以高效化、綠色化和智能化為目標(biāo)的流程工業(yè)智能優(yōu)化制造，不僅要實現(xiàn)制造過程的裝備智能化，而且也要實現(xiàn)制造流程、操作方式、管理模式的自適應(yīng)智能優(yōu)化，使得企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益最大化。

 

通過信息化和工業(yè)化深度融合實現(xiàn)流程工業(yè)智能優(yōu)化制造仍存在著一些亟需解決的重大基礎(chǔ)理論與工程科技問題，如經(jīng)營決策、資源與能源的結(jié)構(gòu)配置、生產(chǎn)計劃調(diào)度與優(yōu)化控制系統(tǒng)指令仍然依賴人工經(jīng)驗，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有實現(xiàn)生產(chǎn)全過程整體運行行為的優(yōu)化，生產(chǎn)工藝研究和新產(chǎn)品的開發(fā)還停留于生產(chǎn)試驗和實驗小試，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有實現(xiàn)虛擬制造。流程工業(yè)智能優(yōu)化制造需要進(jìn)一步深度融合物理裝置、信息和社會，旨在進(jìn)一步提升員工素質(zhì)、保障安全環(huán)保和形成良好的社會效益。

 

▌企業(yè)推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型要從頂層設(shè)計開始

從眾多項目之間經(jīng)驗中我們看到，經(jīng)驗之一是一定要注重頂層設(shè)計。從頂層設(shè)計開始，到底層實施為止。智能制造既要有頂層設(shè)計，有戰(zhàn)略性的指導(dǎo)，也要有戰(zhàn)術(shù)性的安排，最終形成一條線，才能保證未來不會走偏，也才能真正落地。必須在頂層設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合到具體的工具、方法，用一定素質(zhì)的人，把這些執(zhí)行層面的東西串起來。

 

頂層設(shè)計要短期與長期經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合。既然要從頂層設(shè)計開始，就必然涉及到近期性和長期性，這就是智能制造的經(jīng)濟(jì)性問題，對于企業(yè)非?，F(xiàn)實。企業(yè)是算短期的經(jīng)濟(jì)性，還是5 年或10 年后的？頂層設(shè)計要考慮清楚。比如生產(chǎn)設(shè)備，如果今天用的不是數(shù)字化的設(shè)備，沒有數(shù)字化的接口，短期來看，可能經(jīng)濟(jì)性會好一點，但長期來看，經(jīng)濟(jì)性并不會好。因為沒有數(shù)字化的設(shè)備，未來的智能化就跟你的企業(yè)沒關(guān)系了，這就是長期經(jīng)濟(jì)性不夠。頂層設(shè)計不僅對于新建智能工廠非常重要，對于老廠的智能化改造，雖然面臨的主要問題不是頂層設(shè)計，而是底層改善，但依然需要以頂層設(shè)計作指導(dǎo)，只有這樣，才能達(dá)到局部最優(yōu)。如果企業(yè)高層沒有充分的認(rèn)知，智能制造很難持續(xù)，因為企業(yè)要講利潤，講投入產(chǎn)出比。在這個問題上只講情懷是不夠的，必須考慮近期經(jīng)濟(jì)性及長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)性。