小白聊智慧制造之三：什么是智慧制造

我们经常听到数字化企业、智能制造、工业4.0等有关制造的名称，那么这些与智慧制造有什么样的关系？

在聊智慧制造之前，我们来梳理一下制造业的历史。

01 制造业的前世今生

石器时代

人类的制造始于工具的制造，制造活动始终伴随着人类文明的发展。在人类发展的蒙昧阶段，人类就开始了制造工具的历史。我们的祖先在困境中学会了制造石质工具、骨质工具和木质工具并以此征服了狂野凶残的大自然。正是通过这些制造活动，人类逐渐走向了生物史上的巅峰。人类在制造中认识了自身的能力，也在制造中不断学习和进步。这才使得人类逐渐拥有了建造城市的能力和发明文字的需求，而此二者则标志着文明的起源。因此从这个角度来说，制造成就了人类文明。但在石器时代，制造系统的要素和结构简单。几个人，几块石头，几根动物的骨骼或几根木头就构成一个原始的制造系统。在这个简单粗糙的制造系统中，控制系统和能量系统几乎处于空白状态。但制造系统最重要的子系统开始以完整型态出现，即以石器、骨器和木器为代表的产品系统。这其实非常重要，因为整个制造系统的目的是为了满足客户需求。也就是说制造一开始就是为了需求而生。一旦需求出现了，那么制造系统就开始运转起来了。

金属时代

随着人类的能力在制造中得到不断地锻炼和提升，人类进入了青铜器时代，很快又进入了铁器时代。在这个时期，人类的制造能力得到极大的提升。在这个阶段，产品系统结构的复杂度越来越高，种类和数量也与日俱增。但是更重要的是人类能够制造自然界本不存在的物质形态的产品，这主要是得益于能量系统的极大改进。此时的制造系统不再是以人力为唯一的能量来源。人类开始用木柴燃烧为炼铁铸剑提供能量之源。制造也不再只是敲击和打磨这些简单的操作了，而是可以铸铜炼铁了。人类有了生产原材料的能力，人造原材料取代了天然原材。

蒸汽时代

1785年瓦特改良的蒸汽机第一次投入使用，人类从此进入蒸汽时代，伟大的工业革命也正式拉了开序幕。至此，人类从农耕时代开始走进工业时代。这又一次体现了制造推动人类文明的进步。

第一次工业革命之所以会取得如此伟大的成就，究其根本原因是由于以蒸汽机为新能源系统的使用为工业生产提供了源源不断的强劲动力，生产总量急速增加，大规模的生产模式得以实现。因此19世纪是能量系统变革的世纪，也是制造系统第一次质的飞跃。

电气时代

1879年，美国著名发明家爱迪生发明了人类第一盏可有广泛实用价值的电灯。1866年，德国人维尔纳·西门子研发出了直流发电机。1888年，天才工程师尼古拉·特斯拉发明了交流电机并大力推广交流电。随着各种电器的发明和应用，以及与之配套的各种电力设施的完善，人类快速地步入了电气化时代。先进的电气动力取代落后的蒸汽动力，尤其是交流电动机系统的发明和应用，极大地提升了制造系统的使用水平。

与蒸汽动力系统相比，极小的体积和无需不断增加燃料的方式极大地增加了电气动力系统的应用范围。电气动力系统的应用使得制造业在规模和质量上都得到了空前发展。人类开始了创造以前无法想象的富丰和复杂的产品系统。20世纪的这场电气化变革引发了制造系统第二次质的飞跃。

信息时代

20世纪后半叶，随着电子计算机和通讯技术的迅猛发展，人类从电气化时代跨入了更高级的信息化时代。计算机控制技术的应用，进一步提升了能量系统的精准度，使得高精度的零件加工和高纯度的原材料生产成为现实。同时它也促进了自动化生产逐渐成熟。尤其是通讯技术在工业领域中的应用，使得我们对于制造过程的控制和协调能力取得了极大的进展。制造系统的运行速度、成本和质量都得到了成倍的改进。制造系统对于市场变化的快速响应变得更加敏捷。产品的更新换代节奏前所未有，制造系统已经与用户联系在一起了，为最终实现我们梦寐以求的需求与供给的统一奠定了坚实的基础。

与此同时，福特生产方式和丰田生产方式作为新颖的生产组织与控制方式取得了卓越的成果。控制系统作为独立的实体逐渐形成和完善，它作为制造系统的神经中枢开始发挥作用，为制造系统的高效运行引领方向。

毫无疑问，控制系统的变革已经发生，我们所面对的制造系统已经开始从物理层面向信息层面蜕变。通讯与控制技术的发展和两大生产方式的成熟标志着制造系统的第三次质的飞跃，即控制系统变革。

制造系统的发展历程犹如一副恢弘的画卷，在人类历史的长河中见证了无数的辉煌与寂寥。它伴随着人类的进步与发展，时而沉思低吟，时而高歌猛进；有沉沦败落也有奋勇前进，是国家竞争的战场也是人们幸福的终点站。

02 现代制造业的发展

现代制造业始于英国的工业革命，我们称之为工业1.0；继于电气时代，我们称之为工业2.0；发展于信息时代，我们称之为工业3.0；而目前我们所生活的时代，以德国提出的工业4.0为代表的智慧制造的时代正悄然来临。

03 什么是智慧制造

我们知道工业4.0的根本落脚点就是智慧制造，那么在讨论智慧制造之前，我们先探讨下什么是智慧制造，我们对制造业按四象限分析法做一个划分，如图：

这个四象限划分原则是，以自动化程度为横坐标和物联程度为竖坐标为标准，将平面分为四个部分：

---传统制造业属于既不联网也无自动化；

---联网但无自动化的互联网+制造；

---自动化却未联网的智能制造；

---联网+自动化+人工智能的智慧制造。

从这个图上我们可以列一个等式：

（互联网+自动化+数字化+人工智能）制造+......=智慧制造

我们将上图补充完整如下：

在我国，这四种的制造业模式都存在着，只是完全意义上的传统制造业已经不多，随着互联网的不断深入，作为应用和沟通工具，或多或少的制造都在向信息化方向转型，而完全意义上的智慧制造目前也鲜见。在我国，处于“互联网+制造”和“智能制造”两者之间的制造企业最多，特别是兼具这两种属性的企业最多，这也是目前众人都言自己的制造是智慧制造的原因吧。

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