新制造：“智能+”赋能制造业转型升级

    人工智能、物联网、大数据、3D打印、区块链……“智能 ”重新定义中国制造未来新图景，从全球视角诠释“新制造”的实践路径与发展演变，助力我国实现从制造大国迈向制造强国的战略转型

    制造业是国民经济的基础和支柱产业，也是一国经济实力和竞争力的重要标志。

    自德国提出“工业4.0”战略以后，各国都开始高度重视制造业的发展，美国提出“先进制造业国家战略计划”，日本提出“机器人新战略”、英国提出“高价值制造业战略”等。而中国作为全球制造业中心，积极顺应全球新一轮科技革命浪潮，推出了“中国制造2025”计划，为我国制造业转型升级赋能。   

    本书立足于制造强国的战略目标，深入浅出地介绍了我国制造业的新阶段、新形势和新环境，对我国制造业的转型路径、落地策略以及未来发展方向进行了全面系统地解读，从宏观到微观、从理论到实践，详细阐述了工业物联网、工业大数据、个性化制造、服务型制造、数字化制造、工业机器人等新理念、新技术、新模式，试图为读者描绘一幅智能化浪潮下中国制造业发展的新图景。   

    豆大帷，中国社会科学院研究生院金融管理硕士，拥有20多年企业管理实践经验，咏华盛世（集团）董事长，创业事迹入选《深圳经济特区改革成果丛书》集团旗下的“实隽科技”，曾被媒体誉为行业“隐形冠军”。

    在车载领域拥有大份额市场，与微软、联咏等众多世界*企业展开项目合作。“深圳狮子会”成员，长期从事公益事业，为贫困地区多所学校捐建宿舍楼、体育场、电教室等。

CHAPTER 1顶层设计：从制造大国向制造强国转型
11迈向制造强国之路/
我国制造业的机遇与挑战/
从制造大国迈向制造强国/
制造强国与“中国制造2025”/
培育我国工业转型发展新动能/
主攻方向：实施智能制造战略/

12全球战略：引领新一轮制造业革命/
美国：先进制造业领导力战略/
德国：“工业40”战略/
日本：机器人新战略/

13重新定义“中国制造”/
马云为何频繁提及“新制造”？/
新制造模式的八个要素/
数据驱动的制造业变革/
新制造时代的进阶路径/
基于新制造理念的模式创新/

14阿里的“新制造”战略布局/
淘工厂：赋能工厂数字化改造/
阿里云：打造云制造服务平台/
阿里达摩院：布局“中国芯”/
天猫平台：新零售驱动新制造/
CHAPTER 2新技术：万物互联驱动“新制造”
21人工智能：开启全新制造时代/
AI技术与制造业的深度融合/
重塑全球制造业价值链/
从人工智能到智能制造/
“AI 制造”的智能化场景/
“AI 制造”的转型痛点与路径/

22工业物联网：制造业的智能变革/
工业物联网的概念与内涵/
工业物联网的发展现状/
工业物联网的关键技术与难点/
工业物联网在制造业的主要应用/

23工业大数据：赋能数字化转型/
新一轮产业革命的核心驱动力/
工业大数据的特征与应用/
工业大数据的重点技术方向/
案例实践：工业大数据的魔力/

24区块链：工业40下的制造新思维/
区块链与工业40战略/
区块链对制造业的价值/
基于区块链技术的智能制造/
区块链在制造业的应用场景/CHAPTER 3个性化制造：用户驱动的商业新范式
31C2B模式：基于个性化的大规模定制/
C2B开启个性化定制时代/
平衡个性化与规模化/
数据驱动下的C2B定制/
大规模定制化的实施策略/

32按需生产：重构与消费者的关系/
精准对接用户的个性化需求/
按需生产模式的关键技术/
按需生产模式的战略框架/
基于3D打印的个性化生产/

33柔性制造：助力制造业提质增效/
柔性制造的内涵与体现/
柔性制造模式优势与价值/
柔性制造技术的类型划分/
柔性制造模式的关键技术/
企业如何打造柔性制造系统/
CHAPTER 4服务型制造：制造业的服务化转型
41从传统制造向制造业服务化转型/
以服务为导向的制造业升级/
国外制造业服务化的发展现状/
我国制造业服务化发展现状/
全球制造业服务化的发展趋势/

42云制造：面向服务的网络化制造/
云制造的理念：制造即服务/
国内外云制造模式的应用发展/
基于按需供应模式的云制造服务/

43我国制造业服务化的实现路径/
“互联网 制造业服务化”/
制造企业的服务化转型路径/
推动制造业服务化的对策建议/
CHAPTER 5数字化制造：构建智能制造新图景
51智能制造：体系构建与行动路径/
制造业智能化、数字化转型/
路径一：精益化生产/
路径二：个性化定制/
路径三：自动化流程/
路径四：全球化布局/
路径五：数字化建设/
路径六：智能化升级/

52数字化工厂：工业40的实践之路/
数字化工厂的概念内涵与优势/
数字化工厂与工业40/
数字化工厂的实践路径/
数字化工厂建设面临的主要挑战/
数字化工厂在制造领域的应用/

53智能化工厂：构建精益生产系统/
智能工厂建设的体系架构/
智能工厂建设的三种模式/
智能工厂建设的重点环节/
智能工厂的五大产业链/
CHAPTER 6工业机器人：人机融合时代的来临
61正在席卷全球的机器人革命/
国家战略下的“机器人革命”/
世界各国的机器人发展战略/
机器人产业分类及市场规模/
机器人产业发展趋势和应用场景/

62掀起新一轮的工业革命浪潮/
工业机器人崛起的驱动因素/
实现智能制造的重要基石/
基于工业机器人的自动化系统/
工业机器人的分类与应用场景/

后记/

    工业时代和信息时代让制造业自动化、规模化、标准化，而数据时代的制造业是个性化、智能化、按需定制。未来制造业不仅仅是制造业，而是制造业和服务业完美结合；未来制造业竞争力不在于制造本身，而是制造背后的服务和体验；未来的制造业都是服务业，因为流水线上的大部分的工人将会被机器取代，而人类的部分、体验的部分不可能被取代。

—-阿里巴巴集团董事局主席  马云

    CHAPTER 2新技术：万物互联驱动“新制造”CHAPTER 2新技术：万物互联驱动“新制造”21人工智能：开启全新制造时代
    AI技术与制造业的深度融合
    从全球的视角看，近两年，我国的人口红利逐渐消失，人力成本、原材料成本不断增长，制造业逐渐失去了竞争优势。同时，生产管理模式迟迟没有革新，早已无法满足消费者日渐多样化的需求，使我国制造业面临着前所未有的危机。近年来，人工智能取得了重大突破，与先进制造技术实现了深度融合，新一代智能制造应运而生。
    这一发展趋势引起了政府的高度重视。2017年，国务院颁发《新一代人工智能发展规划》，倡导人工智能与制造业深度融合，解决制造业智能化转型过程中遇到的各种问题。当前，随着人工智能技术不断发展，再加上政策的支持与引导，人工智能逐渐与制造业实现全面融合，促使制造业进入智能化转型阶段。
    新一代智能制造的最大特点就是制造系统具备学习能力，能够将深度学习、增强学习等技术引入制造领域，使知识获取、利用、传承发生革命性变革，使企业的创新能力与服务能力均得以显著提升。
◆应用层面
    近来，人工智能技术被广泛用于图像识别、智能机器人、语音识别、故障诊断与预测性维护、智能驾驶、自动驾驶等领域，在产品研发创新、生产管理、故障诊断、质量控制等各个方面都有所涉及。
    面对复杂的过程，人工智能可对其进行智能化引导。以新品设计研发为例，设计软件在收集各种信息形成人工智能模块之后，可对设计师的需求做出全面理解，还可以接入各种数据，比如区域经济数据、社交媒体数据、社会舆情数据等，从而形成数据模型，自主生成产品设计研发方案，并将这些方案推荐给设计师，或向设计师推荐相关的产品设计方案。
    在生产制造管理方面，人工智能有着广阔的应用空间，比如人工智能可创新生产模式、优化产品质量、提升产品生产效率等。借助物联网，人工智能可实时获取各种信息，比如生产过程、工艺参数、设备工况等；可对产品进行检测，将质量不好的产品剔除。另外，如果在离线状态下，人工智能可利用机器学习技术对产品缺陷和物联网历史数据之间的关系进行深度挖掘，形成控制规则；如果是在线状态，人工智能可利用增强学习技术，通过实时反馈减少缺陷产品的出现概率，同时还能对专家经验进行整合，持续改进学习结果。
◆行业层面
    人工智能的应用范围极广，不仅包括3C、纺织、冶金、汽车等传统制造业，还包括机器人、装备制造、新能源等战略性新兴产业。在传统制造智能化转型过程中，人工智能从多个方面为其提供了支持，促使中国制造业的规模不断壮大，竞争力持续提升。
    将人工智能技术引入制造业，目的就在于提升产品质量与生产效率，降低产品生产成本。但从目前的情况看，人工智能还需要很长一段时间才能全面融入制造业。另外，制造企业必须认识到一点：人工智能只是一种工具，可以推动制造业迈进一个新的发展阶段，却不能解决所有问题。为了让人工智能与制造业实现深度融合，制造企业必须将其与实际需求结合在一起，否则就会失去发展的动力。
    制造企业引入人工智能时不能生搬硬套，要与自己企业的实际情况相结合，脚踏实地、循序渐进，找到最好的应用人工智能技术的方法，使人工智能的作用得以充分发挥，真正实现智能制造。
    重塑全球制造业价值链
    早在20世纪50年代，人工智能技术就已诞生，其出现时间和计算机相差无几。经过近70年的发展，人工智能领域划分出很多派系，也产生了很多新技术，但至今仍未有一个明确的定义。普罗大众可将人工智能理解为“像人类一样聪明、会思考、会自主解决问题的人造机器”。
    现阶段，世界各国都在推进人工智能。人工智能的发展与应用为经济社会的发展提供了新动力，使人们的生产方式、生活方式得到了彻底颠覆。人工智能创新技术主要应用于制造业，二者的全方位融合掀起了一场深刻的产业革命。大力推进人工智能发展，将人工智能在推动制造业转型升级方面的作用充分发挥出来，可有效优化经济结构，提升企业的国际竞争力。
    近几年，人工智能技术发展与应用的面貌焕然一新。人工智能技术逐渐产业化，延循“深度学习 大数据”的技术路线不断向前发展。同时，人工智能技术的应用领域也从服务业拓展到了农业、制造业等领域。在此情况下，人工智能的通用技术特征、基础技术特征表现得越发明显，对制造业产生了深远影响。
    图2-1人工智能对制造业的影响
◆优化制造业产业结构
    首先，引入人工智能之后，一些制造业部门将被淘汰。人工智能在制造业的应用，导致一些产品的功能被替代，其市场需求随之减少，生产这类产品的行业自然会不断萎缩，直到消失。最有可能面临这种情况的就是传统机械装备和与之配套的零部件制造行业。同时，传统电子信息产品要想长久生存下去，也必须迭代升级，配备人工智能功能。
    其次，在人工智能的作用下，一些行业将发生彻底变革。传统制造产品融入人工智能之后，短期内会催生出一些新功能，彻底颠覆产品与产业架构将。比如，无人车替代传统人力驾驶汽车之后，与之相关的交通法律法规、交通系统、汽车销售与使用方式、围绕汽车形成的商业生态系统都将发生彻底变革。
    未来，智能化将成为很多产品的一大基础功能，届时，绝大多数制造业产品都将发生变革，人工智能及相关行业则将跻身支柱产业行业。作为一项通用技术，人工智能可用于各行各业，不只是金融业、服务业、制造业。随着一些新技术不断发展、成熟，再加上相关的市场需求不断扩大，一个新的行业将应运而生。人工智能及相关技术，再加上衍生出来的服务，将形成一个庞大的产业体系。
◆提高制造业生产效率
    （1）在人工智能的作用下，制造业的智能化水平将得以大幅提升，工厂开工时间也能有所延长。工厂引入智能机器人取代人工作业可以延长作业时间，甚至可以实现24小时运转，而且无须支付额外的加班费用。目前，美国、日本、德国等国家都已经出现了可24小时运转的“无人工厂”。
    （2）在人工智能的作用下，生产与需求可实现精准匹配，从而实现柔性化生产。工厂引入人工智能，可对市场发展趋势做出精准预测，从而制订科学的生产计划，在满足市场需求的基础上保持低库存，甚至可以实现零库存。
    （3）工厂引入人工智能可提升质检水平，使产品的良品率得以有效提升。人工智能可全面监控各个生产环节，增强企业对产品质量的管控能力，降低不良产品出现的概率，从而提升产品生产效率。有些企业引入人工智能对整个生产过程进行质检，使年利润增加了上亿元。
◆改变制造业国际分工格局
    随着人工智能不断发展与广泛应用，全球制造业的价值链将得以重构，新的国际分工体系将应运而生。该体系的出现将颠覆传统制造业的国际分工。
    一方面，引入人工智能之后，传统价值链会增加一些新环节，这些环节将成为价值链上新的制高点。为了在全球分工中获取主导权，现阶段，德国、美国等发达国家都在努力抢占这一制高点。
    另一方面，引入人工智能之后，传统的价值链形态将有所改变，发展中国家将逐渐失去劳动力成本优势。过去很长一段时间乃至现在，在与发达国家竞争的过程中，我国仍以劳动力成本优势为核心竞争力。随着人工智能的广泛应用，这一优势将越来越弱。再加上，近年来，我国劳动力成本不断增长，高额的用工成本已成为沿海地区制造业发展的最大制约因素。人工智能的引入可有效解决这一问题。当然从这方面看，对于我国来说，人工智能进入制造业既会产生好的影响，也可能会产生坏的影响。
    需要注意的是，行业不同，引入人工智能之后所受到的影响也不同。如果是劳动密集型行业，比如家电、电子产品等，引入人工智能之后，可减少用工数量，提高良品率；如果是技术创新驱动发展的行业，比如生物医药、航空航天，引入人工智能之后，可以大幅提升数据挖掘与分析效率，创新技术研发模式；如果是流程型行业，比如冶金、化工等，引入人工智能之后，可实现低成本的定制化生产；如果是服装、食品等行业，引入人工智能之后，可对市场发展趋势做出精准预测，对市场变化做出快速响应。
    从人工智能到智能制造
    机械设备制造业代表的是“物理世界”，人工智能代表的则是“数字世界”，这两个领域之间的融合对制造业产生了深刻的影响，这种发展方式能够给社会经济带来新的活力。人工智能等先进技术手段的应用，促使企业改革传统的生产运营过程，具体包括供应链体系、生产流程及生产模式等。
    国际知名管理咨询公司埃森哲预计，2035年时，制造业通过采用人工智能技术，能够将总增长值提高4万亿美元，将年增长率提高到44%。从生产要素层面来分析，制造业应用人工智能会带来哪些变化？
    （1）某些传统人工劳作将由自动化、智能化机器操作来完成。当人口老龄化问题越来越严重时，包括我国在内的很多国家会出现劳动力不足的情况，企业的人力资源成本逐渐攀升，机器代替人工则能够在一定程度上解决这个问题。
    （2）采用人工智能可以提高员工的技术水平，加速企业的整体生产，让员工通过培训提高工作专业性，承担更高层级的工作任务。
    （3）制造业与人工智能的结合发展能够缩短新产品开发的时间，重塑企业的生产流程，提高企业生产操作的自动化水平。在这种全新的业务流程模式下，企业能够按照企业的个性化需求进行产品生产，实现人工智能在制造业中的应用目的。
    具体来说，人工智能在制造业领域的应用主要体现在以下几个方面：
    图2-2人工智能在制造业领域的应用
◆机器视觉检测系统
    视觉检测普遍存在于制造业的发展过程中。运用人工智能技术，企业能够打造自动视觉检测系统，以视觉检测方式对产品质量进行把关，采用人工智能技术在产品与照片之间进行对比分析，最终得出检测结果。
◆优化企业生产流程
    制造企业在生产过程中要用到许多机器设备，可通过人工智能技术的应用来调节这些机器的参数，从而优化企业的生产过程。举例来说，企业在制造某些产品的过程中，需要对生产过程中的温度及其变化过程进行控制。其间，外界环境的温度会影响到产品的生产。在这个过程中，企业要对温度数据进行获取与分析，可以利用人工智能来调节相关设备的参数。
◆加速新产品的开发、制造
    企业在进行新产品开发与生产过程中，要对各个环节进行持续性的改进与调整。企业可以利用人工智能加速新产品的研发与生产，实现整体效率的提升，带动整个行业的发展。
◆找到产品生产的问题所在
    企业在进行产品制造的过程中要经历许多环节，在进行产品检验时发现问题后，需要找到问题所在，据此进行后续的生产改进与优化。企业可利用大数据、人工智能技术锁定产品存在问题的具体环节。
    随着人工智能技术的发展，制造企业将应用智能自动叉车、传送带来完成货品的运送任务。在视觉应用方面，随着技术水平的提高，企业不仅能够运用人工智能手段对产品质量进行检测，     还能提高机器人的环境感知与适应能力。与此同时，还可以在无人驾驶、自适应制造等领域中体现人工智能的应用价值。
    “AI 制造”的智能化场景