詩經有云，他山之石可以攻玉。智能制造是一個長期的系統工程，推進智能制造需要開放的國際視野。本文結合e-works歷屆國際智能制造考察的所見所聞，歸納總結一些值得我國制造企業在推進智能制造，實現轉型升級過程中借鑒的發展策略與成功經驗。

一、對制造的專注與執著

德國制造業絕大多數是家族企業，有很多百年歷史的“隱形冠軍”。他們業精于勤，在很多細分領域成為全球市場的佼佼者。無論是被譽為工業4.0標桿的西門子安貝格電子工廠、激光設備領域的全球領導者通快（Trumpf）、氣動元件和自動化領軍企業費斯托（Festo）、機床巨頭德瑪吉森精機（DMG MORI）、電氣行業隱形冠軍菲尼克斯電氣（Phoenix Contact）、電控柜行業領導者威圖（Rittal），還是真空技術領軍企業施邁茨(Schmaiz)、超聲波焊接設備制造企業海爾曼（Herrmann）、德國名表制造企業格拉蘇蒂原創(Glashutte original)，都非常專注于自身的領域，在制造工藝、設備精度和產品質量，在信息技術和自動化技術應用，甚至在工業美學方面不斷進取，同時也致力于推進機電軟一體化，為客戶提供整體解決方案。其中，2017年我們考察的威圖與Eplan（全球電氣設計軟件領軍企業），作為一個集團旗下的兄弟公司，共同組建了創新中心，實現了電控柜的數字設計與制造一體化。重卡龍頭企業MAN工廠采用AGV作為重卡裝配過程的載體，提高了裝配線的柔性。德國獨特的雙軌制職業教育體系和學徒制度，也使企業能夠獲得擁有專業技能的勞動力資源。

格拉蘇蒂原創手表融合現代制造技術和工匠精神

MAN工廠采用AGV作為載體進行車橋和整車裝配

日本制造企業非常強調Monozukuri，直譯是“造物”，其內涵是要制造出卓越的產品，應當建立優秀的制造系統，不斷優化制造工藝；同時，需要先育人，培養掌握專業技能和敬業精神的合格員工，因此，日本企業高度重視員工培訓。Monozukuri體現了工匠精神，彰顯對制造的熱愛，對質量的執著。FANUC公司將產品質量和可靠性作為企業的立業之本，e-works考察團兩次參觀FANUC總部，其兩萬多平米的可靠性試驗大樓和高度的自動化給考察團成員帶來極大的震撼。豐田汽車無疑已成精益生產的全球典范，而三菱電機、富士通、日產等企業也都非常強調精工制造，持續改善。作為日本最大的IT產品制造企業，富士通特別重視信息技術、自動化技術和物聯網技術在制造過程中的應用。在富士通位于日本島根縣出云市的便攜電腦工廠，車間物流人員將RFID讀寫器戴在手上，根據物流小車的屏幕指引進行揀貨確認，顯著提高了根據訂單進行配貨的效率。

富士通工廠推進自動化和信息化的方案

雖然很多美國制造企業較早實現了全球化，廣泛推進制造外包，但是，美國制造企業在產品的數字化設計與制造和物聯網應用方面引領全球，并持續推進工廠自動化和智能化；同時，仍然有眾多優秀的制造企業堅持本土制造。例如，羅克韋爾位于美國克利夫蘭的電子工廠非常強調IT與OT的融合，應用了羅克韋爾的MES系統；哈雷.戴維森在位于密爾沃基的摩托車發動機工廠建立了很多智能制造單元，能夠同時生產多種系列的數十種變形產品；約翰迪爾在全球農機行業并不景氣的大環境下，持續投資進行工廠智能化改造，在位于莫林市的約翰迪爾播種機工廠，傳動部件采用全自動組裝，并結合產品的模塊化設計，根據客戶訂單進行總裝。2017年11月，我們還考察了一家非常專業的美國IT設備制造企業Stratus，該公司專門制造高性能容錯服務器，即使其中一個服務器掉電也不會對業務運行產生任何影響。該公司成立于1980年，30多年來一直專注于高可靠的容錯服務器研發與制造，其產品支撐著全球金融、證券、制造業等需要高可靠性的關鍵業務。

哈雷摩托2017年發布的密爾沃基八號發動機(圖片來源于網絡）

2017年6月，e-works考察團首次走進法國。e-works考察團參觀了施耐德電氣諾曼底工廠，該工廠生產接觸器，從繞線圈、裝配到包裝，實現了全自動化?？疾靾F還參觀了標致雪鐵龍集團（PSA）的米盧斯工廠，這家有半個世紀歷史的工廠正在進行卓越工廠改造，旨在進一步提高生產效率和質量，降低生產成本，加強數字化技術的應用，已取得顯著成效，可以進行七種車型的混流生產?？傃b車間建立了巨大的零部件配料中心(Kitting Area)，通過AGV將每個不同車型所需裝配的物料直接配送到線邊，消除了線邊庫；還采用了全摩擦輪的懸掛式輸送鏈，顯著降低了噪音；通過采用非接觸式測量和三維重建技術對白車身進行檢測，極大地提高了檢測效率。

PSA集團米盧斯工廠裝配車間的配料中心（圖片來源于網絡）

PSA集團米盧斯工廠采用非接觸式測量技術極大提高白車身檢測效率（圖片來源于網絡）

二、前瞻性的技術研發

日本制造業巨頭非常注重前瞻性的技術研究和新一代產品的開發。例如，三菱電機北美研究院研發了從嘈雜的語音中將某個人的語音進行分離的多聲道分離技術，以及將五軸加工中心與增材制造相結合從而提高零件強度的技術。富士通公司有十個研究所，他們認為前沿研發沒有失敗，即使產品開發不成功，但積累的技術仍然是寶貴的資產。富士通研究所創新技術展覽館所展示的技術，包括了軟件代碼地圖、生物技術、新能源、語音識別等諸多方面，可謂包羅萬象，五彩繽紛，讓人目不暇接，其中掌靜脈技術識別技術已經商用。

富士通研發的手掌靜脈識別技術（來源：富士通官網）

德國Fraunhofer有60多個研究所，是全球產學研合作的典范，每個研究所與當地的高校都有緊密合作。在2016年的漢諾威工業展上，我看到一個Fraunhofer研究所研發了將零件的顯微圖像用于零件的識別和追溯的技術。最近去日本NEC的參觀，看到NEC也研發了這一技術，無需對產品進行任何標識，通過對電路板的側邊進行拍照，就可以建立“指紋”，通過識別顯微圖像進行準確追溯。該技術還可以用于在超市自動識別包裝盒中農產品的數量。德國通快集團不滿足于成為全球工業激光器和激光加工設備的領導者，還進軍金屬增材制造領域；德瑪吉.森精機公司則推出了全球第一臺混合制造加工中心LaserTec 65。FANUC公司最早從事數控系統研發，他們將相關控制技術進行延伸，成功地發展了機器人產業，以及小型加工中心、全電動注塑機和電火花加工設備，成為日本盈利能力最強的企業之一。德國EOS公司成立于1989年，一直專注于增材制造技術的工業應用，潛心研究金屬增材制造技術，成為業界公認的金屬增材制造領導廠商，其產品在GE、西門子的增材制造工廠中得到廣泛應用，獲得了航空業的國際認證。

2016年11月，李培根院士作為團長訪問美國，帶領我們考察了美國數字制造與設計創新研究中心（DMDII），該中心致力于通過政府、高校和企業共同協作，跨越從原始技術研究到產業化之間的鴻溝，重點解決技術成熟度3-6的問題，真正實現科技成果產業化，受到廣泛關注。

美國DMDII關注跨越技術創新過程中的鴻溝

三、真正注重以人為本

在國際考察過程中，我有一個很深的體會，就是很多企業真正實現了以人為本。眾所周知，自働化（Jidoka）與JIT是豐田生產方式(TPS)的兩大支柱。在2017年舉行的兩次日本考察中，我們先后參觀了豐田汽車的元町工廠和堤工廠。在總裝車間感受到的是人與機器的高效協作，通過安東系統顯示產線每個工位的狀態，出現問題及時解決，通過SPS（Set Part Supply）方式揀貨，通過開得飛快的物料運輸車和AGV結合的方式配送，自動化程度并不是業界最高的，但很強調實用。

2016年4月，我們考察過一家德國的行星齒輪減速機制造企業紐卡特（Neugart）。這家企業的減速機總裝工位是一個U型工作臺，有十個工位。一位女工獨立完成整個產品的總裝，并進行質量檢驗。這個場景給大家留下了深刻印象。

菲尼克斯電氣等德國企業非常追求可持續健康發展，在2008-2009年全球經濟危機時幾乎沒有裁員，而是適當縮減工作時間，讓員工與企業共渡難關，工人保住了工作，而企業也降低了人工成本；而在經濟復蘇時期，則增加工作時間，提高員工收入，這樣企業避免了重新招聘工人帶來的困難。

我們考察的德、美、法、日幾十家制造企業都非常強調人是企業的核心，對于工人都是采用計時工資，沒有一家采用計件工資。他們孜孜以求的首要目標是確保產品的高質量，而不是產量，嚴格按訂單生產高附加值的產品。大批量生產的產品注重推進自動化，而小批量、個性化訂單，以及高端產品則更加強調“匠人”的作用。

四、構建創新的生態系統

構建健康的生態系統是企業做強做大的關鍵，在歷次考察中，我發現很多知名企業非常重視生態（Ecosystem）體系和聯盟的建設。例如，GE公司聯合博世、EMC、IBM、SAP和華為等公司發起組建了IIC（工業互聯網聯盟），現在已有幾百家企業加盟。羅克韋爾、思科和FANUC建立了緊密的戰略合作，旨在實現IT與OT的融合，FANUC與思科合作，推出ZDT服務（Zero Downtime，零宕機），為機器人的用戶提供預測性維護服務。羅克韋爾還參與發起組建了智能制造領袖聯盟（SMLC），該組織是全球第一個智能制造領域的聯盟，成立于2011年。三菱電機發起組建了e-f@ctory聯盟，旨在連攜各合作伙伴，包括提供同三菱電機FA設備有良好兼容性的軟件供應商，以及靈活運用FA設備進行系統構建的系統集成商，通過強有力的合作，從而為客戶提供最佳解決方案。

三菱電機組織間的e-f@ctory聯盟

2017年10月，李培根院士率團考察德國期間，我們參觀了倍福（Beckhoff）自動化公司。該公司創立于1980年，所生產的工業PC、現場總線模塊、驅動產品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。德國倍福自動化構建了EtherCAT實時工業以太網于聯盟，已有將近5000家企業加入。EtherCAT于2014年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。

Ethercat的技術優勢

五、人機融合推進智能制造

協作機器人（COBOT）的研發與應用成為各個機器人廠商關注的熱點。ABB、FANUC、KUKA、UR等公司都推出了這類產品，機器人的編程也普遍引入了示教功能。博世推出的APAS（Automated Production Assistant，自動化生產輔助系統）是一款通過了安全認證的協作機器人，在通用機器人的基礎上，增加了一層內置傳感器的黑色“皮膚”，可以感知周邊人員的位置。人員靠近會自動減速，如果距離很近則會自動停止，確保人員安全。有一種型號的APAS可以移動，可根據工作需要增加到生產線上。集成視覺、觸覺等傳感器是協作機器人能夠與人協作的技術基礎。菲尼克斯電氣已開展了人機協作的應用實踐。

菲尼克斯電氣工廠的人機協作實踐

發達國家的企業和相關研究機構不僅非常注重自動化技術的應用，也非常重視人工操作工位的防呆放錯。例如，西門子安貝格工廠對人工操作的工位進行了防呆設計。通過感知產品托盤上的RFID芯片，可以根據產品的BOM信息確定可以取用哪些元件，對應的元件盒會亮綠燈。德國的Smart Factory OWL實驗室展示了多種類型的工作臺，可以利用圖示、燈光、聲音，乃至增強現實技術，提醒操作人員如何進行正確操作。三菱電機則提供了作業支援解決方案，可以利用視頻和燈光提示操作工正確取件，并使用正確的電動螺絲刀等工具進行擰緊作業。

三菱電機推出的作業支援系統

六、踐行綠色制造與循環經濟

在歷屆考察過程中，e-works考察團充分領略到國際領先企業在綠色、節能、環保方面的實踐。例如，施耐德電氣是全球能效和工業自動化的領導者，一直致力于實現綠色高效。施耐德電氣的總部大樓就是綠色節能的標桿，通過應用施耐德電氣的EcoStruxure架構對能源進行精確管理，大樓的能耗比六年前降低了一半。

日本對家電產品回收建立了強制性的標準。2017年12月，e-works第二屆智能工廠考察團參觀了松下的電子產品回收工廠(PETEC)。該工廠充分體現了綠色制造的3R原則（Reduce、Reuse、Recycle）將家電的回收視為一次“尋寶”的過程，實現了冰箱、電視機、洗衣機等各類家電的拆解，并使用各種分選技術，將金屬材料和各類塑料進行分揀和回收，回收率高于90%。對于電路板等器件，會交給專門機構進行進一步的回收。

松下電子產品回收工廠的循環經濟實踐

2016年11月，e-works考察團參觀了位于美國賓州Grove City的GE內燃機車再制造工廠。該工廠將內燃機車完全拆解，經過檢測，繼續使用完好的零件，更換部分損壞的零件，重新進行裝配，并且給內燃機添加傳感器，連接到GE的Predix工業物聯網平臺。

GE內燃機車再制造工廠實現設備的翻新并連接工業物聯網平臺

七、品牌的文化底蘊與體驗經濟

哈雷摩托是全球知名摩托車品牌，1903年創立于密爾沃基市。一個多世紀以來，哈雷.戴維森一直是自由大道、原始動力和美好時光的代名詞，建立了強大的品牌影響力。每年，全球的哈雷粉絲們都會舉行規模盛大的聚會。e-works考察團兩度參觀了位于密爾沃基的動力總成工廠，觀摩了哈雷摩托的智能制造應用實踐和企業文化，深受啟發。在密爾沃基市，哈雷.戴維森還建立了哈雷博物館，展示了哈雷制造摩托車百年的歷史長河中各個經典產品。

1913年的一款哈雷摩托

福特公司也將位于底特律附近生產F-150皮卡的Rouge工廠建成了一個可供參觀的體驗式工廠，與亨利福特博物館和福特故居等景點一起，融為體現福特汽車文化的一部分。參觀工廠時，首先觀看的是體現福特歷史的短片，接下來則會觀看一部體現F-150設計和制造過程的4D影片，融合了激光、機器人等效果，極為震撼。然后，觀眾可以走進F-150的總裝工廠，在參觀通道自由觀摩。通過這樣開放式的工廠參觀，不僅帶來可觀的收入，而且也吸引了更多客戶。

福特公司Rouge工廠（圖片來源于網絡）

美國波音總裝工廠的參觀已成為西雅圖市的經典景點。e-works有兩屆美國考察團參觀了波音工廠，給大家留下了深刻印象。工業參觀彰顯了企業的自信，也贏得了更多客戶的厚愛。

八、強大的工業軟件產業

建立制造強國，離不開強大的工業軟件產業。e-works歷屆考察團參觀了不少有代表性的工業軟件企業。其中，德國的工業軟件企業不僅包括全球最大的管理軟件公司SAP，也包括面向隱形冠軍的管理軟件企業abas、德國最大的專業MES軟件公司MPDV、全球主流的業務流程管理和企業應用集成軟件公司Software AG、全球知名的EDI和供應鏈協同平臺軟件公司Seeburger、全球知名的PLC應用開發軟件3S公司、全球最大的電氣設計軟件公司Eplan、德國知名的管理軟件實施服務商SYCOR和全球知名的供應鏈管理平臺Supplyon。

相比而言，美國的工業軟件企業整體上更為強大。e-works考察團曾三次前往全球PLM和物聯網軟件領導廠商PTC總部考察，該公司在近幾年進行激進的轉型，由CAD/PLM廠商變身為物聯網應用開發平臺和AR應用開發平臺的全球領軍企業。e-works還三次前往全球仿真軟件領導廠商ANSYS公司，考察ANSYS軟件在工業物聯網領域的應用，以及人工智能技術在仿真技術的最新發展與應用。e-works考察團曾兩次前往全球設計軟件領導廠商Autodesk，并參加Autodesk全球用戶大會AU，兩次前往面向汽車零部件、機械制造、電子、醫療器械等行業的全球知名制造業管理軟件公司QAD，還參觀了另一家全球仿真及優化軟件巨頭Altair公司。e-works考察團參觀全球第二大軟件公司Oracle時，Oracle也重點介紹了在物聯網應用方面的解決方案，還現場演示了通過腦電波控制小球運動的實驗。羅克韋爾作為全球老牌的工業自動化領軍廠商，在MES方面也提供了Factorytalk平臺，在汽車、快速消費品、制藥等行業建立了眾多用戶，日本FANUC公司就應用了羅克韋爾的MES系統。此外，e-works考察團還參觀了全球最大的勞動力管理軟件公司Kronos，全球知名的數據可視化軟件公司Tableau，以及全球汽車行業首選的供應鏈平臺Covisint。正是因為擁有眾多主流的工業軟件企業，才成就了美國制造業在數字化設計與制造領域的領先優勢。e-works考察的美國另一家自動化領軍企業Emerson也開發了工業互聯網平臺Plantweb，并提供了對工業自動化系統狀態監控與優化的系列軟件。

法國也擁有強大的工業軟件企業。e-works考察團先后考察了全球主流的產品創新平臺軟件公司達索系統公司，全球知名的工藝仿真與汽車碰撞仿真領軍企業ESI，全球知名的電氣設計與仿真軟件公司IGE+XAO，以及全球最大的時尚行業設計與管理軟件暨裁床制造企業Lectra(力克)等。力克公司的裁床適用于服裝和各種柔性材料（例如皮革、安全氣囊）的切割，從2007年起，就開始通過物聯網提供遠程運維服務。在參觀達索系統時，除了琳瑯滿目的VR應用之外，下圖展示的一個車間班組的可視化排班軟件，引起了大家的濃厚興趣。

達索系統公司MES系統中的車間班組可視化排班系統

相比而言，目前e-works在考察日本的過程中，還沒有發現很多工業軟件企業。已考察的企業中，富士通作為日本最大的ICT廠商，旗下有MES系統、企業級BOM系統和三維CAD系統等工業軟件。e-works還考察了全球APS領軍廠商Asprova。實際上雅馬哈、東芝、日立等公司旗下都有工業軟件企業，但還等待未來去深入了解。