智能制造已不再只是一个概念，越来越多的迹象清楚地显示出工业4.0和智能制造不可逆转的发展趋势。智能制造不仅是技术上的更新，更重要的是，它代表的是一种新兴生产方式的变革，在这一建设过程中，需要从系统总体架构、上游半导体芯片、基础零部件、网络建设、智能化机器设备、产线设计、企业的“两化”融合等多个层面做认真细致的规划和部署。

    智能制造发展规划逐步清晰

    正如新松机器人自动化股份有限公司创始人、总裁曲道奎先生所说的，当前，全球正面临着一次重大技术突破、制造模式更迭、以及商业模式重塑所带来的新变革。不同国家针对这一新趋势，都根据本身原有的工业基础或国家发展的脉络，从各自的切入点来制定未来国家的不同发展战略。

    无论是美国提出的“工业互联网”、德国提出的“工业4.0”等概念，还是中国政府制定的“中国制造2025”国家战略，都强调的是信息系统和物理系统之间的融合，通过将设备与信息技术在数据、网络等不同层级的连接，打造一种新型、柔性、智能化的生产制造模式，以达到优质、高效、低耗、绿色的总体发展目标。

    从产业链的角度来看，智能制造的上游为感知层，主要包含制造行业的各种零部件，以及与信息采集、传感感知相关的产品；产业链中游为网络层，主要包含云计算、大数据、智能芯片等产品；产业链下游为执行层和应用层，主要包含以工业机器人、智能机床、自动化装备、3D打印为产品构成的自动化生产线和智能工厂（如图1所示）。

图1智能制造整体产业链（资料来源：东西智库）

    而从智能制造的发展来看（如图2所示），数字化、网络化、可视化是智能制造建设的第一步。第二阶段是实现实时交互的动态优化，包括现场数据的实时获取及处理；实时动态优化和决策；以及基于MES、ERP智能反馈优化运行与管控等。第三阶段则是实现虚实融合的智能化生产，全面建成不同层级（产品、制造装备及工艺、车间和企业）的数字孪生，以达到工况自感知、工艺自学习、装备自执行、系统自组织的目标，完善基于赛博物理融合生产系统（CPPS）的智能工厂建设。

图2智能制造发展“三部曲”（资料来源：《智能制造之路》）

    但另一方面，不得不面对的是，现阶段中国制造业面临的最大难题在于，没有经历过工业化严格的发展进程，可以说，短短的几十年，中国制造业实际上是整个全球制造发展史的一个缩影，发展水平极不均衡，1.0、2.0、3.0参差不齐，这也意味着中国的新工业革命相对于发达国家来说难度可能更大。因此，中国整个制造业的发展实际上是一个混合时代，要想一步就跨入4.0时代或者说智能制造时代，是不现实、也是不可行的，需要不同行业中的各个企业把握以下四个原则：一是要实现制造效率的提高，二是要降低制造成本，三是要减少能源消耗，四是要提高制造的灵活性与柔性化，来制定切实可行的企业新技术和新生产模式的升级、转型。

    半导体层面向联网、智能、节能、安全迈进

    为了实现智能工厂的转型，必须提供智能和节能产品，或者说完全自主的系统，这些系统由各种半导体器件和传感器组成，并与模拟和数字信号处理IC相结合。因此，半导体制造商需要适应这一技术趋势，即工业领域正朝着联网、智能、节能产品，以及集成安全安保功能和能源采集能力等重要方向迈进。

    瑞萨电子中国产业解决方案中心工业和家电部戴其宏经理表示，在中国智能工厂和工业4.0是非常热门的话题，数字化工业自动化市场提出了一些关键需求，首先是要不断提高机器效率，然后是要进行实时性分析和过程优化，实现生产流程的智能化及提高敏捷性，最后是服务解决方案要实现这些工业分析，同时也需要兼顾到工业生产的安全性连接，实现IT和OT之间的连接。她指出：“面对工业IoT和工业4.0，瑞萨目前所能提供的电子技术，首先是我们的工业网络解决方案，基于瑞萨的RZ/N多协议工业以太网、OPCUA、TSN、云、IO-Link这样一些技术，然后同时提供BLDC电机与伺服运动控制方案。”

    RZ/N1是最新面向控制及工业控制级的产品，主要适用于可编程控制器，其设计理念是把应用部分和实时通信部分两者分开，如图1所示，左边是应用领域设计，它采用了ARMCortex–A7，可选单双核（最高主频500MHz），其上可以跑Linux、ThreadX这样的OS，同时集成了外设，主要给客户做不同的应用控制。右边部分专注于做客户的以太网通信，搭载了ARMCortex–M3内核，运行的是硬件RTOS（uITORNOS），同时也集成了多协议多工业以太网协议与冗余协议，并搭载了5端口实时以太网交换机。RZ/N1有四大特点：

    ● 支持工业IT和OT网络的连接，支持多协议工业网络，几乎涵盖了目前市场上所有热门工业协议如EtherCat、Ethernet/IP、ⅢSercos、Powerlink、Profinet、Modbus、Canopen以及其它一些总线协议。协议栈集成在通用操作系统抽象层层面上，可以实现片内两个CPU之间的无缝通信，两个CPU是通过共享内存和中断请求来进行互相通信；

    ● 芯片内有一个单核CortexA7用来做智能控制，同时还有一个CortexM3核用来做客户智能控制应用，并且它也提供DDR2/3、XiPQSPI、NAND闪存接口；

    ● 在工业IIoT工业网关方面，该芯片内部有先进的5端口Gbit交换机桥接IT及OT网络；这样的功能在目前市场上仍较少见，主要用于支持IT和OT网络连接，以及支持TSN的判断；

    ● 其关注于安全运行和防范网络安全攻击和冗余网络。为了做到这一点，存储器带片上ECC校验，唯一的IDHSR/PRP/MRP冗余，给客户提供唯一的ID以防客户程序被其他竞争对手盗取，同时芯片能支持工业交换机需要的冗余协议。

图3RZ/N1架构设计图

    用户在应用RZ/N1芯片时，只需要专注于应用层开发即可，通过通用操作系统抽象层简化协议之间的转换，客户在应用方面如果需要调用实时通信协议，只要直接调用R-IN引擎就可以了，不需要再次开发，这样大大简化了客户的开发工作量，目前主控协议栈是由IEC61131-3开发系统来提供的。

    让机器、设备更加智能

    实现智能制造的工厂将采用更多自主型智能机器。这些智能机器的功能将会不断革新，更加灵活性和自适应性，可自监测和预测、检测故障，甚至能诊断问题，以提升工厂和整个供货与物流链更高的效率，降低生产成本、并增加生产的安全性。

    例如，作为智能制造的一项关键技术，机器人应用在最近几年取得了突飞猛进的发展。中国制造业的产业升级和技术创新，为机器人行业提供了一个良好的发展机遇。在市场面，随着中国制造业的转型升级、国内劳动力成本的不断飙升，以及老年化社会的逐步来临，令到无论是工业领域还是民生领域，都对机器人应用提出了旺盛的需求，市场应用条件已经成熟。但与此同时，在目前机器人实际应用中还存在着一些技术瓶颈，大多数的应用场合还仅仅能够实现机械手（臂）的功能，完成简单的生产和加工工艺，如打磨、焊接等等；而要真正替代人类进行各种精细化生产作业，就要求机器人能够整合更多视觉、感知、交互等前沿技术。

    具体来说，机器人技术的发展正沿着由“机器”向“机器人”的方向迈进，“机器人”的名称没有变，但是内容和支撑发生了颠覆性的改变，其特征包括：传统机器人只是一种机械设备，但今天的机器人开始越来越多地带有智能化系统的基本特征，即灵活性、灵巧性、智能性，具备操作、感知、学习和决策能力；过去，在机器人1.0时代，追求的是效率、速度和可靠性，而如今，机器人进入到2.0时代，要求机器人应具有作业、交互、行走、决策这四大能力，并且具备感知技术、行为技术，以及关键的安全技术，同时还要与许多前沿技术融合在一起，例如AI、IoT、大数据、云计算等，甚至包括材料学以及生命科学等在内，从而形成了一个“机器人技术生态”，也使得新型机器人技术生态空间蕴含着无限广阔的发展前景。

    打造弹性多工的智能产线

    针对生产制造，台达近期在汉诺威展上展出了“弹性多工智能产线”，现场模拟实际产线，整合三座机器人工作站、制造执行及可视化监控管理平台、智能输送线等，客户可以当场下单订制礼品，以智能产线分流加工件，同步多工生产，并进行即时监控与可视化，真正升级“未来智造”。同时，台达也呼应智能设备需求，推出了全新“3D检测系统”，通过动态设备模拟产品在流水线上进行精准的尺寸检测，全面从设备、生产线、工厂层面实现智能制造。

    台达机电事业群总经理刘佳容表示：“智能制造不但是潮流，更是强化企业竞争力势在必行的方向。台达持续强化工业自动化布局，落实智能工厂，同时掌握发展智能制造的契机，整合完整的工业自动化软、硬件与解决方案，真正落实新的‘智造’模式，以自动化和创新打造全新‘智造’业。”

    这条“弹性多工智能产线”全长4米，整合台达机器人、视觉传感器、智能化监控软件、机联网技术、云端数据等，串联客户订单、生产线、监控系统，模拟无人工厂作业，打造高效、全自动、数字化的未来生产线。主要应用包括：

    ● 左、右两侧各一组垂直多关节(六轴)工业机器人DRV90L系列执行上料、加工、取件、入库等作业，中央一组SCARA工业机器人DRS60L系列则将两组六轴机器人加工完成的成品进行包装；

    ● 生产线上的所有作业皆根据客户现场通过电脑、平板或手机进行线上下单的内容进行定制化制造，客户也可通过云端、制造可视化管理平

    台(DIAMMP)网页监控作业进度与设备运作数据等即时信息；

    ● 生产线采用台达全新设计打造、可弹性分流的智能输送线，此先进输送带围绕着展示设备构建，可根据加工情况，分别将工件送至不同的机器人工作站进行加工，实现同步多工、缩短待机时间，并提高生产效率。

    “弹性多工智能产线”体现的“智造”生产流程包括：客户首先在制造执行系统(DIAMES)构建的制造管理平台网页上选择想要的礼品类型，然后输入欲雕刻在礼品上的定制化内容后送出订单，完成后收到通知短信息以及取货所需的订单QRCode。订单通过云端平台送至设备控制系统，系统依当前的作业情况，将夹具送至可较快进行加工的六轴机器人工作站，由机器人夹取待加工礼品以及包装盒，放入夹具中，再送至雷射雕刻工作站进行雷雕；然后由SCARA工业机器人进行包装，再依客户需求现场送件，或放入仓储区待客户稍晚取货。取货流程也完全依照生产线作业，以台达最新的条码扫瞄器DAH系列扫瞄客户订单短信息中的QRCode，再由左侧机器人自动取货。

图4台达整合三座机器人工作站、制造执行及可视化监控管理平台、智能输送线

    工业企业掀起数字化变革

    数字化是智能制造的基础，也是核心竞争力所在。施耐德电气定位于驱动不断发展的工业自动化市场数字化变革，以及助力工业客户进行数字化转型，并正在从根本上加速这种转型的实现。施耐德电气工业事业部执行副总裁何维克表示：“首先，工业软件正从一系列基于专业功能的独立产品转变成为跨企业部署、推动更广泛的效率和性能优化的整合与互相协作的软件。这将进一步提升从设计到建设（Capex），再到运维（Opex）阶段的连续性，从而在整个资产和运营生命周期内将效率提升到新的高度。其次，数字互联和丰富的数据支持创建新的商业模式，如软件即服务，平台即服务，甚至维护即服务，使工业企业可以轻松启动数字化进程。”

    施耐德电气数字化驱动的互联互通方案使工业企业能够与客户建立新的关系，从而为其带来巨大的竞争优势，其中包括：

    端到端集成软件：通过面向工业领域的EcoStruxure，施耐德电气将提供真正统一化的，可以在多个工业领域进行部署的工程方式。利用与AVEVA独有的合作关系，可提供一套涵盖从流程模拟到设计、建造和制造运营管理与优化各个方面的全面数字资产管理解决方案。

    开发者生态系统：基于施耐德电气广泛的已装机市场，数字化可为开发人员研发新软件应用程序提供更多机会。凭借40多种数字化服务，施耐德电气正在赋能企业业务和运营，并使其变得更为数字化与高效。在这方面，施耐德电气居于业界前列。

    开放和互操作技术：作为OPCUATSN塑造者团队的成员，施耐德电气参与了汉诺威工业展览会的5个概念验证合作项目，进一步推动以开放式架构，释放全部工业物联网潜力的理念。通过推动下一代从设备端到云端的统一通信，网络将得到进一步简化，用户也可以利用已有的技术来降低集成和维护成本。

    工业物联网服务：新的应用程序、数据的可用性与丰富专业知识的结合，为整个行业创造了新的价值。施耐德电气EcoStruxure可通过将数据转化为机器制造商的关键洞察力，助力提高企业的效率和收益水平。