制造業面臨的的挑戰
中國已成為全球制造業第一大國。世界500種主要工業品中，中國有220種產品產量位居世界第一。鋼鐵、煤炭占全球產量的一半，水泥占世界產量的60%，化纖產品、造船、汽車、家電….全球產量第一。 載人航天、探月、深潛....躍身世界前列。我們可以自豪的說我們取得了舉世屬目的成就。
但是我國工業自主創新能力不強。一些關鍵裝備、核心和關鍵技術依賴進口，自主品牌缺乏，缺少具有國際競爭力的大企業大集團。在國際產業鏈的分工中我們處于價值鏈的低端，一部蘋果手機在中國組裝只分得1.8%的利潤，而蘋果公司一個零件不造獲得58.5%的利潤，高附加價值的的部分被發達國家把持。資源環境難以支撐。中國粗鋼、水泥、煤炭產量世界第一，但GDP只占全球的9.5%。2012年中國能源消費量達到36億噸標煤，按照現有模式完成中國的工業化進程，顯然不現實。投資、消費、出口比例失衡。長期以來，工業發展過度依靠投資拉動，“十一五”期間投資年均增長25.5%，2013年固定資產投資42.7萬億，投資對經濟增長的貢獻率高達50.4%，造成能源原材料價格上漲、地方負債增加、部分行業產能過剩嚴重，發展的風險和隱患突出。外貿依存度高達50-60%，受國際市場波動影響大，抗風險能力低。隨著土地、勞動力、原材料、燃料動力等要素成本的全面、快速上升，中國傳統比較優勢將逐步削弱，亟待形成新的競爭優勢。管理模式、流程、制度落后。受近40年計劃經濟的影響，面向市場的采購、銷售模式改變了，但是企業內部的管理模式、流程、制度和新型工業化不匹配。兩化融合還有很長的路要走。設計智能化、產品智能化、管理現代化、決策科學化、制造自動化、智能化、網絡化與發達國家比還有差距。
為了改變上述狀況，國務院提出了工業轉型升級的規劃：“工業轉型升級，要堅持走中國特色新型工業化道路，按照構建現代產業體系的本質要求，以科學發展為主題，以加快轉變經濟發展方式為主線，以改革開放為動力，著力提升自主創新能力;推進信息化與工業化深度融合，改造提升傳統產業，培育壯大戰略性新興產業，加快發展生產性服務業，全面優化技術結構、組織結構、布局結構和行業結構;把工業發展建立在創新驅動、集約高效、環境友好、惠及民生、內生增長的基礎上，不斷增強工業核心競爭力和可持續發展能力，為建設工業強國和全面建成小康社會打下更加堅實的基礎。”這是英明的決策。但是制造業轉型升級的方向究竟在何方呢?我們應該借鑒國外新一輪工業革命的發展趨勢。
新一輪工業革命的興起
關于新一輪工業革命，國外有許多計劃和文章。如美國的未來學者杰里米·里夫金發布了專著《第三次工業革命》，以蒸汽機為代表的第一次工業革命;以內燃機為代表的第二次工業革命;以可再生能源為代表的第三次工業革命。
德國提出工業4.0，他們認為第一次工業革命是18世紀60年代至19世紀中期掀起的通過水力和蒸汽機實現的工廠機械化;第二次工業革命是19世紀后半期至20世紀初的電力廣泛應用;第三次工業革命是20世紀后半期出現的，應用電子、信息技術進一步提高生產自動化水平;今天提出的第四次工業革命則是以信息物理融合系統為特征的新的工業革命。
德國“工業4.0”概念包含了由集中式控制向分布式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變，產業鏈分工將被重組。德國學術界和產業界認為，“工業4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業革命，或革命性的生產方法。該戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統—信息物理融合系統CPS(Cyber-Physical System)相結合的手段，將制造業向智能化轉型。
德國工業4.0提出了八項行動計劃，包括：第一，標準化和參考架構是實現縱向集成、橫向集成和端到端三項集成的基礎;第二，在CPS環境下實現整個價值鏈的復雜管理;第三，寬帶互聯網基礎設施，提供可靠、安全的通信;第四，為生產安全、信息安全提供保障;第五，智能工廠改變了人們的角色、內容、流程和環境，需要進行工作組織的再設計;第六，培訓和持續的專業發展，改變工人的工作和技能;第七，監管框架，新的制造環境，需要新的法律、準則的支持;第八，不斷提高資源利用率和工作效率。工業4.0提供了充分的靈活性、柔性的制造環境，從而可以為客戶提供個性化的產品和服務。在大數據的支持下進行優化，提高了資源的利用率和系統的效率。創造出在高工資條件下仍然具有競爭能力。
美國通用電氣GE公司在2012年秋天提出工業互聯網(IndustrialInternet)的概念。2014年4月在美國波士頓，由AT&T、思科、通用電氣IBM和英特爾宣布成立工業互聯網聯盟(IIC)，以期打破技術壁壘，通過促進物理世界和數字世界的融合。同年6月成員已發展到50名。 2014年10月9日，通用電氣宣布其40款工業互聯網產品，為公司增加超過10億美元的收入。涵蓋了石油天然氣平臺監測管理、航空發動機在線監測和優化管理、鐵路機車效率分析、醫院管理系統、提升風電機組電力輸出、電力公司配電系統優化、醫療云影像技術等一系列提升管理效率、降低運營成本的軟件產品。GE公司開發的Predix工業大數據與分析平臺將開放給第三方用戶和軟件商，實現與軟件開發商和解決方案提供商的產品實現對接。
工業互聯網是繼工業革命、互聯網革命之后的第三場革命。工業互聯網是指全球工業系統與高級計算、分析、感應技術以及互聯網連接融合的結果。它通過智能機器間的連接并最終將人機連接，結合軟件和大數據分析，重構全球工業、激發生產力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經濟。
工業互聯網的三個要素包括：
智能機器：
以嶄新的方法將現實世界中的機器、設備、團隊和網絡通過先進的傳感器、控制器和軟件應用程序連接起來。
高級分析：
使用基于物理的分析法、預測算法、自動化和材料科學，電氣工程及其他關鍵學科的深厚專業知識來理解機器與大型系統的運作方式。
工作人員：
建立員工之間的實時連接，連接各種工作場所的人員，以支持更為智能的設計、操作、維護以及高質量的服務與安全保障。
GE公司認為機器自身的潛能已經發揮到極致了，只有通過智能機器、智能系統、智能決策，實現企業資產、設備、機群、網絡的優化，為企業創造新的價值。他們預測如果通過上述的優化，在航空、電力行業減少1%的燃料消耗，在石油天然氣行業減少1%的成本，在鐵路、醫療行業提高1%的系統運行效率，那么到2025年，可使世界的GDP提高15萬億美元，通過數據進行決策，企業的生產力可以高出5-6個百分點。
工業互聯網的催化劑和推動力是以下幾個方面：
設備智能化：
將設備加入傳感器和智能化改造，使其具有聯入互聯網并傳輸數據的能力。
高級分析方法：
可使來自不同設備制造商的相似資產或不同資產種類的數據實現深度融合的新數據標準，能使數據更快轉換成信息資產并為集成和分析做準備的技術構架等。
系統平臺：
在技術標準和協議之上，新的系統平臺能使資源管理系統在共享框架或結構之上建立具體應用。供應商、設備制造商和消費者之間的新關系可以在這個平臺上得到持續維護。
作業流程：
充分整合信息到決策流程，以便創新業務實踐。用以監控機械數據質量的流程。能協調各資源管理系統安排的先進法律程序等。
基礎設施：
工業互聯網需要一個適宜的主干網。數據中心、寬帶網絡都是信息通信技術基礎設施的一部分，他們需要進一步發展，并用以連接行業和地域之間不同的機器、系統和網絡。
工業互聯網、德國工業4.0與中國兩化融合的比較
工信部苗圩部長在講到德國工業4.0與中國兩化深度融合時，用了三個關鍵詞：“如出一轍、異曲同工、殊途同歸”。下面我們用一張表將工業互聯網、德國工業4.0和中國的信息化與工業化深度融合做一個比較。
從產品智能、互聯互通、制造智能、經營智能、服務智能、大數據分析和先進制造幾個維度，對工業互聯網、德國工業4.0和我國的兩化融合做一個比較可以看出：美國GE公司的工業互聯網，強調智能產品、互聯、大數據、服務，沒有涉及制造環節。但是2014年10月24日，GE公司在上海發布了《未來智造》白皮書，提出：由工業互聯網、先進制造和全球智慧所催生的新一輪工業變革。由此可見，德國工業4.0，美國工業互聯網+未來制造，中國兩化深度融合對新一輪工業革命的認識高度一致。智能制造、智能工廠是主要特征，這和德國工業4.0和我國的兩化融合高度契合。
離散制造業智能制造的內涵
1 智能制造的定義和內涵
智能制造系統是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它對制造自動化的概念進行了更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。“智能制造國際合作研究計劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統是一種在整個制造過程中貫穿智能活動，并將這種智能活動與智能機器有機融合，將整個制造過程從訂貨、產品設計、生產到市場銷售等各個環節以柔性方式集成起來的能發揮最大生產力的先進生產系統。”
與傳統的制造相比，智能制造具有如下特征：
自律能力：
智能制造過程具有能感知與理解環境信息和自身信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。具有自律能力的設備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協調運作與競爭。 值得注意的是，強有力的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎。
人機一體化：
目前IMS不單純是“人工智能”系統，而是人機一體化智能系統，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感(頓悟)思維。 它能夠獨立承擔起分析、判斷、決策等任務。 人機一體化智能系統在智能機器的配合下，更好地發揮出人的潛能，使人機之間表現出一種平等共事、相互“理解”、相互協作的關系。
因此，在智能制造系統中，高素質、高智能的人將發揮更好的作用，機器智能和人的智能將真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。
虛擬現實技術：
虛擬現實技術是實現虛擬制造的支持技術，也是實現高水平人機一體化的關鍵技術之一。虛擬現實技術是以計算機為基礎，融信號處理、動畫技術、智能推理、預測、仿真和多媒體技術為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現實生活中的各種過程、物件等，因而也能擬實制造過程和未來的產品，從感官和視覺上使人獲得完全如同真實的感受，但其特點是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機結合的新一代智能界面，是智能制造的一個顯著特征。
自組織和超柔性：
自組織和超柔性是指智能制造系統中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，其柔性不僅表現在運行方式上，而且表現在結構形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。
學習能力與自我維護能力：
智能制造系統能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能，同時，在運行過程中自行進行故障診斷，并具備對故障自行排除、自行維護的能力。這種特征使智能制造系統能夠自我優化并適應各種復雜的環境。智能制造對于不同的行業其需求是不同的。
2 流程工業智能工廠
最近幾年歐美國家針對流程工業提出了“智能工廠”的概念。流程工業智能工廠由商業智能、運營智能、操作智能三個層次組成，如圖2所示。 圖2 流程工業智能工廠
3 離散制造業智能工廠
離散制造業與流程工業相比較，首先在底層制造環節由于生產工藝的復雜性，車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對制造裝備的智能化要求很高，投資很大。與原材料工業相比較，離散制造業特別是裝備制造業、家電、消費電子等產品大都要求產品智能化，設計智能。圖3給出離散制造業智能工廠的框架。
在信息物理融合系統的CPS的支持下，構建智能制造、智能經營、智能設計、智能產品、智能決策五大系統。要做到縱向、橫向和端到端的集成首先要有一系列的標準的支持，信息安全的保障。
信息物理融合系統CPS：
通過物聯網、服務網將制造業企業設施、設備、組織、人互通互聯，集計算機、通訊系統、感知系統為一體，實現對物理世界安全、可靠、實時、協同感知和控制。對物理世界實現“感”、“聯”、“知”、“控”。 如圖4所示。
智能設計：
應用CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術，在設計知識庫、專家系統的支持下進行產品創新設計。在虛擬環境下設計出數字化樣機，對其結構、性能、功能進行模擬仿真，優化設計，實驗驗證。支持并行設計、協同設計。在工藝知識庫的支持下進行工藝設計、工藝過程模擬仿真。最大限度縮短產品設計、試制周期，快速響應客戶需求，提高產品設計的創新能力。
智能產品：
智能產品要具有感知、分析、推理、決策、控制功能。具有信息存儲、傳感、無線通信功能，進入物聯網，實現遠程監控、遠程服務。它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。如智能加工中心、自適應數控機床、自動駕駛汽車、智能儀表。
智能經營：
在物聯網和務聯網支持下的整個價值鏈上從客戶需求、產品設計、工藝設計、智能制造、進出廠物流、生產物流等全過程的協同供應鏈的優化和管理，使得任何客戶的需求、變動、設計的更改，在整個供應鏈的網絡中快速傳播，及時響應。制造服務全過程的管理。著眼于產品全生命周期，從用戶需求、設計制造、賣方信貸、產品租賃、售后服務、直至回收再利用全過程的管理和服務。在上述全流程過程中的契約、協議、交易、法律、互聯網金融的支持。全價值鏈上資源優化利用，意外的處置，生產安全、信息安全、綠色環保等一系列的保障措施。
智能制造：
使用智能裝備、智能物流、制造執行系統，實現整個生產制造過程的優化控制、智能調度、生產及設備運行狀態監控、質量管理、車間績效等。對生產、設備、質量的異常作出正確的判斷和處置。實現制造執行與運營管理、研發設計、智能裝備的集成。實現設計制造一體化，管控一體化。
智能決策：
在智能工廠的環境下，將產生大量的數據包括結構化數據、半結構化數據、非結構化數據，用大數據的處理技術，進行建模、數據抽取、分析使企業的各級決策者獲得知識或洞察力，促使他們做出對企業更有利的決策。提高決策的遇見性和準確性。對于工業企業大數據的開發利用可以用于市場和客戶的分析，爭取、發展和留住客戶;優化企業運營，使資源利用最大化，降低成本;全面了解、深入洞察和控制財務風險;創建新的業務模式等。
智能制造之路
對于一個制造業企業特別是離散制造業企業，要全面實現智能化是一個浩大的工程。需要大量的資金，人力資源的投入，絕不是一蹴而就的事。正如“中國制造2025”的規劃，要用第一個十年進入世界第二方陣，第二個十年進入第一方陣，第三個十年完成中國從制造大國向制造強國的轉變，在制造業的主要領域我們要具有創新引領的能力和明顯的競爭優勢，建成全球領先的技術體系和產業體系。這是中國制造2025的愿景和目標，也應該成為每一個企業的愿景和目標。這樣一個宏偉的目標不是短時間能完成的。所以我們一定要總體規劃，分步實施，重點突破，效益為先的方針。
總體規劃，分步實施
建設智能制造系統，智能工廠是一項長期、艱巨、復雜的系統工程，必須按照“總體規劃，分步實施，重點突破，效益為先”的原則進行規劃。首先要將其納入企業的長期發展戰略，5-10年企業發展愿景是什么，我們要成為什么樣的企業，在國內和國際上我們在某一特定領域占有什么位置。制定企業長遠發展的戰略目標，抓住獲取企業核心競爭能力這條主線，從而知道我們需要創新研發什么樣的產品，什么樣的制造技術，什么樣的經營模式，什么樣的服務。在這樣清晰的戰略目標指引下制定總體規劃，分析制約企業發展的瓶頸，排出先后順序，制定分階段的目標和內容。
抓住獲取企業可持續發展的核心競爭力這條主線
什么是企業可持續發展的核心競爭能力，能為客戶創造高的價值，超越競爭對手，很難復制和模仿的競爭能力。降價競爭從來不可能獲得可持續競爭優勢，引進一項新技術或新產品獲得的競爭優勢并不是可持續的。擁抱互聯網，走智能制造的路，逐步實現研發設計智能化、產品智能化、經營管理智能化、制造智能化、服務智能化、決策智能化，這是制造業的發展方向。
智能制造也要進行投資效益分析
建設一個自動化、智能化的工廠是要花費大量資金的，為了智能化而智能化，不進行投資效益分析是不行的。中國勞動力成本是在逐年上升，但是與發達國家比較仍然是低的，在企業的若干生產活動中仍然有許多活動用人比用機器更合理、更便宜。要首先選擇那些質量、效益、安全綜合效益好的環節實施智能化，不要盲目追求全盤自動化、智能化。企業要結合自身的情況、所處的發展階段、技術水平、經濟實力，量力而行。二十多年前一個863/CIMS示范企業盲目追求制造自動化，向銀行貸款大筆資金，背上沉重的負債，企業從此一蹶不振，這是一個沉重痛的教訓。所以搞智能制造也要進行投資效益分析。
發揮企業的主體作用
隨著新一輪工業革命的興起，國家實施“中國制造2025”，“智能制造試點示范專項行動”，“互聯網與工業融合創新”等項目相繼開展，這是非常重要的。政府組織、引導、鼓勵企業走新型工業化的道路。但是一定要堅持市場主導，企業為主體的思想，企業對投資效益負責。
中國已成為全球制造業第一大國。世界500種主要工業品中，中國有220種產品產量位居世界第一。鋼鐵、煤炭占全球產量的一半，水泥占世界產量的60%，化纖產品、造船、汽車、家電….全球產量第一。 載人航天、探月、深潛....躍身世界前列。我們可以自豪的說我們取得了舉世屬目的成就。
但是我國工業自主創新能力不強。一些關鍵裝備、核心和關鍵技術依賴進口，自主品牌缺乏，缺少具有國際競爭力的大企業大集團。在國際產業鏈的分工中我們處于價值鏈的低端，一部蘋果手機在中國組裝只分得1.8%的利潤，而蘋果公司一個零件不造獲得58.5%的利潤，高附加價值的的部分被發達國家把持。資源環境難以支撐。中國粗鋼、水泥、煤炭產量世界第一，但GDP只占全球的9.5%。2012年中國能源消費量達到36億噸標煤，按照現有模式完成中國的工業化進程，顯然不現實。投資、消費、出口比例失衡。長期以來，工業發展過度依靠投資拉動，“十一五”期間投資年均增長25.5%，2013年固定資產投資42.7萬億，投資對經濟增長的貢獻率高達50.4%，造成能源原材料價格上漲、地方負債增加、部分行業產能過剩嚴重，發展的風險和隱患突出。外貿依存度高達50-60%，受國際市場波動影響大，抗風險能力低。隨著土地、勞動力、原材料、燃料動力等要素成本的全面、快速上升，中國傳統比較優勢將逐步削弱，亟待形成新的競爭優勢。管理模式、流程、制度落后。受近40年計劃經濟的影響，面向市場的采購、銷售模式改變了，但是企業內部的管理模式、流程、制度和新型工業化不匹配。兩化融合還有很長的路要走。設計智能化、產品智能化、管理現代化、決策科學化、制造自動化、智能化、網絡化與發達國家比還有差距。
為了改變上述狀況，國務院提出了工業轉型升級的規劃：“工業轉型升級，要堅持走中國特色新型工業化道路，按照構建現代產業體系的本質要求，以科學發展為主題，以加快轉變經濟發展方式為主線，以改革開放為動力，著力提升自主創新能力;推進信息化與工業化深度融合，改造提升傳統產業，培育壯大戰略性新興產業，加快發展生產性服務業，全面優化技術結構、組織結構、布局結構和行業結構;把工業發展建立在創新驅動、集約高效、環境友好、惠及民生、內生增長的基礎上，不斷增強工業核心競爭力和可持續發展能力，為建設工業強國和全面建成小康社會打下更加堅實的基礎。”這是英明的決策。但是制造業轉型升級的方向究竟在何方呢?我們應該借鑒國外新一輪工業革命的發展趨勢。
新一輪工業革命的興起
關于新一輪工業革命，國外有許多計劃和文章。如美國的未來學者杰里米·里夫金發布了專著《第三次工業革命》，以蒸汽機為代表的第一次工業革命;以內燃機為代表的第二次工業革命;以可再生能源為代表的第三次工業革命。
德國提出工業4.0，他們認為第一次工業革命是18世紀60年代至19世紀中期掀起的通過水力和蒸汽機實現的工廠機械化;第二次工業革命是19世紀后半期至20世紀初的電力廣泛應用;第三次工業革命是20世紀后半期出現的，應用電子、信息技術進一步提高生產自動化水平;今天提出的第四次工業革命則是以信息物理融合系統為特征的新的工業革命。
德國“工業4.0”概念包含了由集中式控制向分布式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的活動領域和合作形式。創造新價值的過程正在發生改變，產業鏈分工將被重組。德國學術界和產業界認為，“工業4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業革命，或革命性的生產方法。該戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統—信息物理融合系統CPS(Cyber-Physical System)相結合的手段，將制造業向智能化轉型。
德國工業4.0提出了八項行動計劃，包括：第一，標準化和參考架構是實現縱向集成、橫向集成和端到端三項集成的基礎;第二，在CPS環境下實現整個價值鏈的復雜管理;第三，寬帶互聯網基礎設施，提供可靠、安全的通信;第四，為生產安全、信息安全提供保障;第五，智能工廠改變了人們的角色、內容、流程和環境，需要進行工作組織的再設計;第六，培訓和持續的專業發展，改變工人的工作和技能;第七，監管框架，新的制造環境，需要新的法律、準則的支持;第八，不斷提高資源利用率和工作效率。工業4.0提供了充分的靈活性、柔性的制造環境，從而可以為客戶提供個性化的產品和服務。在大數據的支持下進行優化，提高了資源的利用率和系統的效率。創造出在高工資條件下仍然具有競爭能力。
美國通用電氣GE公司在2012年秋天提出工業互聯網(IndustrialInternet)的概念。2014年4月在美國波士頓，由AT&T、思科、通用電氣IBM和英特爾宣布成立工業互聯網聯盟(IIC)，以期打破技術壁壘，通過促進物理世界和數字世界的融合。同年6月成員已發展到50名。 2014年10月9日，通用電氣宣布其40款工業互聯網產品，為公司增加超過10億美元的收入。涵蓋了石油天然氣平臺監測管理、航空發動機在線監測和優化管理、鐵路機車效率分析、醫院管理系統、提升風電機組電力輸出、電力公司配電系統優化、醫療云影像技術等一系列提升管理效率、降低運營成本的軟件產品。GE公司開發的Predix工業大數據與分析平臺將開放給第三方用戶和軟件商，實現與軟件開發商和解決方案提供商的產品實現對接。
工業互聯網是繼工業革命、互聯網革命之后的第三場革命。工業互聯網是指全球工業系統與高級計算、分析、感應技術以及互聯網連接融合的結果。它通過智能機器間的連接并最終將人機連接，結合軟件和大數據分析，重構全球工業、激發生產力，讓世界更美好、更快速、更安全、更清潔且更經濟。
工業互聯網的三個要素包括：
智能機器：
以嶄新的方法將現實世界中的機器、設備、團隊和網絡通過先進的傳感器、控制器和軟件應用程序連接起來。
高級分析：
使用基于物理的分析法、預測算法、自動化和材料科學，電氣工程及其他關鍵學科的深厚專業知識來理解機器與大型系統的運作方式。
工作人員：
建立員工之間的實時連接，連接各種工作場所的人員，以支持更為智能的設計、操作、維護以及高質量的服務與安全保障。
GE公司認為機器自身的潛能已經發揮到極致了，只有通過智能機器、智能系統、智能決策，實現企業資產、設備、機群、網絡的優化，為企業創造新的價值。他們預測如果通過上述的優化，在航空、電力行業減少1%的燃料消耗，在石油天然氣行業減少1%的成本，在鐵路、醫療行業提高1%的系統運行效率，那么到2025年，可使世界的GDP提高15萬億美元，通過數據進行決策，企業的生產力可以高出5-6個百分點。
工業互聯網的催化劑和推動力是以下幾個方面：
設備智能化：
將設備加入傳感器和智能化改造，使其具有聯入互聯網并傳輸數據的能力。
高級分析方法：
可使來自不同設備制造商的相似資產或不同資產種類的數據實現深度融合的新數據標準，能使數據更快轉換成信息資產并為集成和分析做準備的技術構架等。
系統平臺：
在技術標準和協議之上，新的系統平臺能使資源管理系統在共享框架或結構之上建立具體應用。供應商、設備制造商和消費者之間的新關系可以在這個平臺上得到持續維護。
作業流程：
充分整合信息到決策流程，以便創新業務實踐。用以監控機械數據質量的流程。能協調各資源管理系統安排的先進法律程序等。
基礎設施：
工業互聯網需要一個適宜的主干網。數據中心、寬帶網絡都是信息通信技術基礎設施的一部分，他們需要進一步發展，并用以連接行業和地域之間不同的機器、系統和網絡。
工業互聯網、德國工業4.0與中國兩化融合的比較
工信部苗圩部長在講到德國工業4.0與中國兩化深度融合時，用了三個關鍵詞：“如出一轍、異曲同工、殊途同歸”。下面我們用一張表將工業互聯網、德國工業4.0和中國的信息化與工業化深度融合做一個比較。
從產品智能、互聯互通、制造智能、經營智能、服務智能、大數據分析和先進制造幾個維度，對工業互聯網、德國工業4.0和我國的兩化融合做一個比較可以看出：美國GE公司的工業互聯網，強調智能產品、互聯、大數據、服務，沒有涉及制造環節。但是2014年10月24日，GE公司在上海發布了《未來智造》白皮書，提出：由工業互聯網、先進制造和全球智慧所催生的新一輪工業變革。由此可見，德國工業4.0，美國工業互聯網+未來制造，中國兩化深度融合對新一輪工業革命的認識高度一致。智能制造、智能工廠是主要特征，這和德國工業4.0和我國的兩化融合高度契合。
離散制造業智能制造的內涵
1 智能制造的定義和內涵
智能制造系統是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它對制造自動化的概念進行了更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。“智能制造國際合作研究計劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統是一種在整個制造過程中貫穿智能活動，并將這種智能活動與智能機器有機融合，將整個制造過程從訂貨、產品設計、生產到市場銷售等各個環節以柔性方式集成起來的能發揮最大生產力的先進生產系統。”
與傳統的制造相比，智能制造具有如下特征：
自律能力：
智能制造過程具有能感知與理解環境信息和自身信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。具有自律能力的設備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協調運作與競爭。 值得注意的是，強有力的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎。
人機一體化：
目前IMS不單純是“人工智能”系統，而是人機一體化智能系統，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感(頓悟)思維。 它能夠獨立承擔起分析、判斷、決策等任務。 人機一體化智能系統在智能機器的配合下，更好地發揮出人的潛能，使人機之間表現出一種平等共事、相互“理解”、相互協作的關系。
因此，在智能制造系統中，高素質、高智能的人將發揮更好的作用，機器智能和人的智能將真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。
虛擬現實技術：
虛擬現實技術是實現虛擬制造的支持技術，也是實現高水平人機一體化的關鍵技術之一。虛擬現實技術是以計算機為基礎，融信號處理、動畫技術、智能推理、預測、仿真和多媒體技術為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現實生活中的各種過程、物件等，因而也能擬實制造過程和未來的產品，從感官和視覺上使人獲得完全如同真實的感受，但其特點是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機結合的新一代智能界面，是智能制造的一個顯著特征。
自組織和超柔性：
自組織和超柔性是指智能制造系統中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，其柔性不僅表現在運行方式上，而且表現在結構形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。
學習能力與自我維護能力：
智能制造系統能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能，同時，在運行過程中自行進行故障診斷，并具備對故障自行排除、自行維護的能力。這種特征使智能制造系統能夠自我優化并適應各種復雜的環境。智能制造對于不同的行業其需求是不同的。
2 流程工業智能工廠
最近幾年歐美國家針對流程工業提出了“智能工廠”的概念。流程工業智能工廠由商業智能、運營智能、操作智能三個層次組成，如圖2所示。 圖2 流程工業智能工廠
3 離散制造業智能工廠
離散制造業與流程工業相比較，首先在底層制造環節由于生產工藝的復雜性，車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對制造裝備的智能化要求很高，投資很大。與原材料工業相比較，離散制造業特別是裝備制造業、家電、消費電子等產品大都要求產品智能化，設計智能。圖3給出離散制造業智能工廠的框架。
在信息物理融合系統的CPS的支持下，構建智能制造、智能經營、智能設計、智能產品、智能決策五大系統。要做到縱向、橫向和端到端的集成首先要有一系列的標準的支持，信息安全的保障。
信息物理融合系統CPS：
通過物聯網、服務網將制造業企業設施、設備、組織、人互通互聯，集計算機、通訊系統、感知系統為一體，實現對物理世界安全、可靠、實時、協同感知和控制。對物理世界實現“感”、“聯”、“知”、“控”。 如圖4所示。
智能設計：
應用CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術，在設計知識庫、專家系統的支持下進行產品創新設計。在虛擬環境下設計出數字化樣機，對其結構、性能、功能進行模擬仿真，優化設計，實驗驗證。支持并行設計、協同設計。在工藝知識庫的支持下進行工藝設計、工藝過程模擬仿真。最大限度縮短產品設計、試制周期，快速響應客戶需求，提高產品設計的創新能力。
智能產品：
智能產品要具有感知、分析、推理、決策、控制功能。具有信息存儲、傳感、無線通信功能，進入物聯網，實現遠程監控、遠程服務。它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。如智能加工中心、自適應數控機床、自動駕駛汽車、智能儀表。
智能經營：
在物聯網和務聯網支持下的整個價值鏈上從客戶需求、產品設計、工藝設計、智能制造、進出廠物流、生產物流等全過程的協同供應鏈的優化和管理，使得任何客戶的需求、變動、設計的更改，在整個供應鏈的網絡中快速傳播，及時響應。制造服務全過程的管理。著眼于產品全生命周期，從用戶需求、設計制造、賣方信貸、產品租賃、售后服務、直至回收再利用全過程的管理和服務。在上述全流程過程中的契約、協議、交易、法律、互聯網金融的支持。全價值鏈上資源優化利用，意外的處置，生產安全、信息安全、綠色環保等一系列的保障措施。
智能制造：
使用智能裝備、智能物流、制造執行系統，實現整個生產制造過程的優化控制、智能調度、生產及設備運行狀態監控、質量管理、車間績效等。對生產、設備、質量的異常作出正確的判斷和處置。實現制造執行與運營管理、研發設計、智能裝備的集成。實現設計制造一體化，管控一體化。
智能決策：
在智能工廠的環境下，將產生大量的數據包括結構化數據、半結構化數據、非結構化數據，用大數據的處理技術，進行建模、數據抽取、分析使企業的各級決策者獲得知識或洞察力，促使他們做出對企業更有利的決策。提高決策的遇見性和準確性。對于工業企業大數據的開發利用可以用于市場和客戶的分析，爭取、發展和留住客戶;優化企業運營，使資源利用最大化，降低成本;全面了解、深入洞察和控制財務風險;創建新的業務模式等。
智能制造之路
對于一個制造業企業特別是離散制造業企業，要全面實現智能化是一個浩大的工程。需要大量的資金，人力資源的投入，絕不是一蹴而就的事。正如“中國制造2025”的規劃，要用第一個十年進入世界第二方陣，第二個十年進入第一方陣，第三個十年完成中國從制造大國向制造強國的轉變，在制造業的主要領域我們要具有創新引領的能力和明顯的競爭優勢，建成全球領先的技術體系和產業體系。這是中國制造2025的愿景和目標，也應該成為每一個企業的愿景和目標。這樣一個宏偉的目標不是短時間能完成的。所以我們一定要總體規劃，分步實施，重點突破，效益為先的方針。
總體規劃，分步實施
建設智能制造系統，智能工廠是一項長期、艱巨、復雜的系統工程，必須按照“總體規劃，分步實施，重點突破，效益為先”的原則進行規劃。首先要將其納入企業的長期發展戰略，5-10年企業發展愿景是什么，我們要成為什么樣的企業，在國內和國際上我們在某一特定領域占有什么位置。制定企業長遠發展的戰略目標，抓住獲取企業核心競爭能力這條主線，從而知道我們需要創新研發什么樣的產品，什么樣的制造技術，什么樣的經營模式，什么樣的服務。在這樣清晰的戰略目標指引下制定總體規劃，分析制約企業發展的瓶頸，排出先后順序，制定分階段的目標和內容。
抓住獲取企業可持續發展的核心競爭力這條主線
什么是企業可持續發展的核心競爭能力，能為客戶創造高的價值，超越競爭對手，很難復制和模仿的競爭能力。降價競爭從來不可能獲得可持續競爭優勢，引進一項新技術或新產品獲得的競爭優勢并不是可持續的。擁抱互聯網，走智能制造的路，逐步實現研發設計智能化、產品智能化、經營管理智能化、制造智能化、服務智能化、決策智能化，這是制造業的發展方向。
智能制造也要進行投資效益分析
建設一個自動化、智能化的工廠是要花費大量資金的，為了智能化而智能化，不進行投資效益分析是不行的。中國勞動力成本是在逐年上升，但是與發達國家比較仍然是低的，在企業的若干生產活動中仍然有許多活動用人比用機器更合理、更便宜。要首先選擇那些質量、效益、安全綜合效益好的環節實施智能化，不要盲目追求全盤自動化、智能化。企業要結合自身的情況、所處的發展階段、技術水平、經濟實力，量力而行。二十多年前一個863/CIMS示范企業盲目追求制造自動化，向銀行貸款大筆資金，背上沉重的負債，企業從此一蹶不振，這是一個沉重痛的教訓。所以搞智能制造也要進行投資效益分析。
發揮企業的主體作用
隨著新一輪工業革命的興起，國家實施“中國制造2025”，“智能制造試點示范專項行動”，“互聯網與工業融合創新”等項目相繼開展，這是非常重要的。政府組織、引導、鼓勵企業走新型工業化的道路。但是一定要堅持市場主導，企業為主體的思想，企業對投資效益負責。