导读：
10月15日，中国管理全球论坛：工业互联网与智能制造分论坛在上海举行。清华大学特聘课程教授、中国发明协会常务理事、走向制造研究院执行院长赵敏发表演讲，纵论工联网与智能制造，以新联接、新动能、新规则、新方法、新路径、新定义深度剖析新业态、新制造。
”
我们今天处在一个非常好的时代，整个制造业的发展，大家都非常关心，对智能制造以及相关理念、技术落地都非常关注。
制造无非是根据市场需求，按照一定的方式、方法，把原材料（制造资源）加工成用户满意的产品的过程。能量、信息、材料、信息、技术、知识、资金、人力、软件、 芯片等等这些有形无形的东西都可以归类为制造资源。
我们今天所有智能制造的对象、产品都可以统称为人工制造物，也可以叫做人造系统。从古老的石器、木器等材料发展到今天，千百年来，其实关于制造内涵并没有什么不同，无非我们把相互关联的那些元器件组合在一起，让它正常的运作，实现某种功能，这就是我们要的人造系统。而制造资源与过程在变化，产品和工具日趋复杂。
在历次工业革命中，我们可以看到人造系统的进化过程。第一次工业革命时期，我们有了机械转换为动力，蒸汽机，它是一个钢铁 蒸汽作为动力的时代；到了第二次工业革命，我们有了钢铁，并且加上了电，源源不断的电能提供了非常稳定的能源；发展到第三次工业革命时期有了电子，有了软件作为制造要素加入了我们的产品要素当中，加入到了我们人造系统当中。
我们今天所面对的机器，只要修改几段代码，只要换一个不同的版本，这个机器的功能就开始变了，这正是我们所期待的。于是软件现在更多的被引用到机器设备当中来，成为这样一个设备的思想者、定义者、统治者。
软件作为运行在芯片当中数字化指令和数据的集合，是一系列按照预定的逻辑和代码写的代码。不管怎么样写的代码最终都将变成机器码，它来驱动我们的工业设备，它来输出某种指令，最后让我们底层的芯片去执行预定的功能。因此我们可以认为软件封装了工业知识，建立了数据自动流动规则体系，这才是智能的根本。
在历史上，技术经过了三次的解放，历经了三次革命之后，软件从过去单独写一个程序，发展而成一个在今天非常具有某种目的性，带有某种专业技术去集成的。当大量的工业软件都嵌入到工业设备当中，让设备变的更加好用、更加有技术含量、更加智能。在嵌入的方式上，从过去一个分离的计算机放在设备边上，通过接口做一些事情，后来逐步发展到专门做一个控制柜，把工业电脑放在上面，再往后我们可以看到逐渐交汇融合一体化，现在很多的机器人或者集团当中直接把嵌入系统做到里面去。软件与物理机器的关系经历了分离 → 交汇 → 融合 → 一体的过程。
德国是工业4.0的始作俑者，德国国家工程院院长孔翰宁讲的关于德国工业4.0最基本的四条特征是：
1.在智能工厂中，人、机器和产品如同在社交网络一样进行交互；
2.智能工厂与智能物流、智能电网、智能建筑等的接口，是未来智能基础设施的重要组成部分；
3.以分布、联网的自治系统应对与日俱增的复杂性和灵活性；
4.智能工厂生产智能产品 。
美国的“工联网”技术也对中国产生了较大的影响。搞智能制造不可能不谈到“工业互联网”和“工业物联网”。不过现在我们不用去刻意区分“工业互联网”和“工业物联网”，因为根据美国IIC架构任务组联合主席林诗万先生的见解，现在在美国和欧洲，已经对二者不加区分地使用，可以统称其为“工联网”。
去年日本也在研究透了德国工业4.0和美国工联网的基础上，发布了“工业价值链参考体系”。大家可以看到，日本人提出的赛博世界和物理世界的联接，也是以“IOT”物联网为基础的。
因此，我们不难看出，德、美、日的新工业发展战略，从技术上看，都是建立在把各种“Thing（物件）”联接起来的基础上的，即以物联网为基础来实现工业的转型升级。
那么，关键问题来了：如何实现各种“Thing（物件）”的联接？——当然是“赛博物理系统（CPS）”！
因此，实现智能制造的三个重要步骤是：
数字化一切可以数字化的事物；
网联一切可以联接的事物；
由数据的自动流动而实现知识泛在。
关于三步走的详细内容大家可以看看《三体智能革命》这本书。
实现三步走的关键步骤是，将一个没有通信能力、又聋又哑的物理资产（如非数字化的传统机器、设备等），改造成为一个可以在数字世界中定义、表达、交换信息的“新型资产”，即“工业4.0组件”，也可以称作“智能制造组件”。
从对物理资产的分类与命名开始，给出唯一的ID识别号。
然后区分其在整个产品生命周期中是处于前半期的“原型”阶段，还是后半期的“实物”阶段。“原型”阶段包括任意的原型迭代，可以数字化的，也可以是物理样件的；“实物”阶段就是图纸审批发放之后的量产阶段。
给一个实物加上一定的通信能力并不难，只要把诸如芯片、传感器、网络等ICT技术引入就可以了，这就是我说的“数字化一切可以数字的事物”的具体做法之一，一个工4组件至少要具有“被动通信能力”。
再往上发展，就是对该组件进行数字化定义，如给出CAD、CAE、CAM模型等，尤其重要的是，让物流实体在数字空间中建立一个“数字孪生”。
然后，才能准确地实现对该组件的功能定义，并且在功能定义的基础上，来组建任何的业务活动或商业应用。
讲工业4.0，如果不谈工业4.0组件架构模型，没有谈到实质。工业4.0组件使我们可以从标准、框架、方法论的高度把一个实体变成工业4.0组件，我们搞智能制造完全可以参考这套标准。
从这个标准的三维架构参考模型中，我们可以看到德国人对制造业发展的缜密思考，从“层”、“流”、“级”这三个维度上，给出了如何去建设一个智能工厂、如何去评估一个智能产线、智能设备的详细的过程与节点。
具体的做法很简单，把集成层、通讯层、信息层构建在一个叫做管理壳（一种管理软件）中，管理壳承上启下，下接物理组件，上接功能层或商业层，任何一个“Thing（物件）”加上“管理壳”后就变成“工业4.0组件”。大家要特别注意，组件与组件的联接，最终形成了物联网！
在所有的物件之上，都叠加了一层管理壳——也就是数字空间——并且在数字空间中建立了物件的“数字孪生”之后，整个的物理世界与数字世界的融合与交汇就形成了。
而且，在符合工业4.0通信标准的联接总线上，跑的就是“数字主线（DT）”。
无论是德国工4、美国NIST的CPS标准、美国工联网、日本制造价值链，其实都是在说一件非常类似的事情，以CPS技术体系来打通物理世界与数字世界。
从管理壳到CPS其实很简单，管理壳通过集成层、通信层与信息层，用软件定义了一个“物件”所应该具有的一切必要的信息和功能，形成了必要的“软件定义”。CPS的基本逻辑是把人的隐性知识（思想、算法、推理）显性化，沉淀为显性知识；把知识嵌入软件，软件嵌入芯片，芯片嵌入硬件，硬件嵌入物件（物理设备）。
按照这样一个CPS的基本架构来进行构建，从过去解放人的体力，发展到解放人的脑力跨越。逻辑就在于从一套赛博和物理空间的闭环赋能体系，也就说刚才按照讲的，人可以离开，智力仍在，因为我们的知识已经提炼出来了，然后嵌入到软件，软件到硬件，硬件到设备当中，以P融C，实现以C控P，这样才是真正的CPS。
把物理世界的运行规律化，规律模型化，模型算法化，算法代码化，代码软件化，以软件优化物理世界运行。这个就是我们讲到的物理实体、意识人体、数字虚体这样“三体智能模型”的一个基本含义。
CPS的形成，就是一个如图所示的三体交汇的过程。
人体离开，智力沉淀。知识和算法都嵌入软件，软件嵌入硬件，软件可以为我们的研发活动去赋值、赋能、赋智。
因此我们可以做到“研发手段数字化”，大家用了很多软件去开发了很多产品，这些都是研发手段、生产手段、管理手段。
还有更重要的一点是“产品本身数字化”，只把研发手段和管理手段做好还不够，如果智能产品本身没有数字化的话，它还不是一个智能产品，还是一个没有通讯的、没有信息输入输出的东西，所以产品本身的数字化也很重要。我们有很多芯片、嵌入式系统、WiFi和云的技术，可以把这些智能化的要素放在物理设备当中。
一台2005款豪车，已经有61个嵌入式系统。过了一轮十二年后的今天，大家可以猜一猜一台豪车有多少个嵌入式系统？一般不会少于200个！每个嵌入式系统就是一个小型计算机，都有软件在其中其作用，因此豪车里面的软件代码大约有几千万行。因此大家可以看到，嵌入式系统是CPS发展的源头之一，软件定义现在已经实实在在地发生。
软件定义我们的设备，软件定义我们的产品，软件定义我们的制造，这已经是一种现实。在这样的基础上来去充分理解智能制造。到底什么是智能制造？
确定性是工业界的追求。制造的本质就是降低复杂系统的不确定性。
但因为我们所面对的这个世界有很多的不确定性，而且有些复杂性我们是没有办法控制其发生的。
比如说现在产品本身复杂，就有高度的不确定性，因为我们的产品本身非常复杂。第二是定制化生产的复杂性带来的不确定性，标准化产品逐渐失宠，用户趋向于个性化、多元化、常变化产品。供应链的复杂性带来的不确定性：复杂的产品构型导致供应链复杂、制造过程复杂、项目管理复杂。
关于智能制造的定义五花八门，版本很多。但是多数源于日本人在90年代初给出的定义。如果只是去照抄这个版本或者只做少许更改，那么就没有理解智能制造的真实含义，因为时过境迁，很多词汇的内涵都在发生改变。还有一些自我发挥的“自XX”版本，文字内容和用意都很好，但是没有把道理讲清楚。
大家可以参阅我在今年写的一篇文章：“智能制造之我见”，我在里面统计了一些不同版本的“智能制造定义”，比较详细地讲了这个问题。
这是美国国家标准语技术研究院对智能制造的理解，他们认为智能制造作为下一代制造范式，要解决的问题包括：差异性更大的定制化服务、更小的生产批量、不可预知的供应链变更和中断。
我认为：
“基于CPS（赛博物理系统）与软件定义技术构建‘状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升’的数据闭环，以软件形成的数据自动流动来消除复杂系统的不确定性，在给定的时间、目标场景下，优化配置资源的一种制造范式”
——这才是我心目中真正的智能制造。当然这只是我本人的定义，但是是在经过很长时间的谨慎研究之后给出的。
之所以这样来给出我所理解的智能制造的定义，是有道理可以讲的。我们可以从以下几个方面去逐字逐句地理解其要义：
智能机理：状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升；
操作对象：数据（信息与知识的数字化载体）；
使能：软件中的算法、规则与知识，形成“软件定义”；
本质：数据自动流动，并因自动流动而形成知识泛在；
目的：消除复杂系统的不确定性；
约束：给定时空下的工作场景；
价值：优化配置制造资源，价值最大化。
最后，未来基于工联网和CPS所形成的“新业态，新制造”可以用几个“新”来表述：
新联接：给任意物件加管理壳，成为智能制造组件，形成物联网；
新动能：软件定义，赋值、赋能、赋智；
新规则：在数字虚体中构建企业数据自动流动的规则体系；
新方法：以P融C，以C控P。C与P协调发展；
新路径：软件是将不确定性转化为确定性的最优路径；
新定义：消除系统的不确定性，实现制造资源最优配置。
从工联网走向智能制造，是制造业必然的发展趋势！
再次感谢金蝶公司邀请我作为主讲嘉宾参加本次智能制造论坛！
作者简介：赵敏——中国发明协会常务理事，发明方法研究分会会长，走向智能研究院执行院长，工信部CPS发展论坛副秘书长，英诺维盛公司总经理。国内著名创新方法专家、两化融合/智能制造专家。高级工程师。34年来一直致力于企业如何实现创新、转型的研究与实践，对TRIZ发明方法学、CAX、PLM、KE/KM、精益研发、智能制造、工业4.0等企业技术创新、管理创新和企业信息化专题有着深入的研究和独到的见解，在国内外媒体和国际国内学术会议发表文章和论文百余篇，为企业解决众多技术难题。著有《创新的方法》、《TRIZ入门及实践》、《知识工程与创新》、《TRIZ进阶及实战》、《三体智能革命》等专著、合著。
联系客服
