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    智能制造已不再只是一個概念，越來越多的跡象清楚地顯示出工業4.0和智能制造不可逆轉的發展趨勢。智能制造不僅是技術上的更新，更重要的是，它代表的是一種新興生產方式的變革，在這一建設過程中，需要從系統總體架構、上游半導體芯片、基礎零部件、網絡建設、智能化機器設備、產線設計、企業的“兩化”融合等多個層面做認真細致的規劃和部署。

    智能制造發展規劃逐步清晰

    正如新松機器人自動化股份有限公司創始人、總裁曲道奎先生所說的，當前，全球正面臨著一次重大技術突破、制造模式更迭、以及商業模式重塑所帶來的新變革。不同國家針對這一新趨勢，都根據本身原有的工業基礎或國家發展的脈絡，從各自的切入點來制定未來國家的不同發展戰略。

    無論是美國提出的“工業互聯網”、德國提出的“工業4.0”等概念，還是中國政府制定的“中國制造2025”國家戰略，都強調的是信息系統和物理系統之間的融合，通過將設備與信息技術在數據、網絡等不同層級的連接，打造一種新型、柔性、智能化的生產制造模式，以達到優質、高效、低耗、綠色的總體發展目標。

    從產業鏈的角度來看，智能制造的上游為感知層，主要包含制造行業的各種零部件，以及與信息采集、傳感感知相關的產品；產業鏈中游為網絡層，主要包含云計算、大數據、智能芯片等產品；產業鏈下游為執行層和應用層，主要包含以工業機器人、智能機床、自動化裝備、3D打印為產品構成的自動化生產線和智能工廠（如圖1所示）。

圖1智能制造整體產業鏈（資料來源：東西智庫）

    而從智能制造的發展來看（如圖2所示），數字化、網絡化、可視化是智能制造建設的第一步。第二階段是實現實時交互的動態優化，包括現場數據的實時獲取及處理；實時動態優化和決策；以及基于MES、ERP智能反饋優化運行與管控等。第三階段則是實現虛實融合的智能化生產，全面建成不同層級（產品、制造裝備及工藝、車間和企業）的數字孿生，以達到工況自感知、工藝自學習、裝備自執行、系統自組織的目標，完善基于賽博物理融合生產系統（CPPS）的智能工廠建設。

圖2智能制造發展“三部曲”（資料來源：《智能制造之路》）

    但另一方面，不得不面對的是，現階段中國制造業面臨的最大難題在于，沒有經歷過工業化嚴格的發展進程，可以說，短短的幾十年，中國制造業實際上是整個全球制造發展史的一個縮影，發展水平極不均衡，1.0、2.0、3.0參差不齊，這也意味著中國的新工業革命相對于發達國家來說難度可能更大。因此，中國整個制造業的發展實際上是一個混合時代，要想一步就跨入4.0時代或者說智能制造時代，是不現實、也是不可行的，需要不同行業中的各個企業把握以下四個原則：一是要實現制造效率的提高，二是要降低制造成本，三是要減少能源消耗，四是要提高制造的靈活性與柔性化，來制定切實可行的企業新技術和新生產模式的升級、轉型。

    半導體層面向聯網、智能、節能、安全邁進

    為了實現智能工廠的轉型，必須提供智能和節能產品，或者說完全自主的系統，這些系統由各種半導體器件和傳感器組成，并與模擬和數字信號處理IC相結合。因此，半導體制造商需要適應這一技術趨勢，即工業領域正朝著聯網、智能、節能產品，以及集成安全安保功能和能源采集能力等重要方向邁進。

    瑞薩電子中國產業解決方案中心工業和家電部戴其宏經理表示，在中國智能工廠和工業4.0是非常熱門的話題，數字化工業自動化市場提出了一些關鍵需求，首先是要不斷提高機器效率，然后是要進行實時性分析和過程優化，實現生產流程的智能化及提高敏捷性，最后是服務解決方案要實現這些工業分析，同時也需要兼顧到工業生產的安全性連接，實現IT和OT之間的連接。她指出：“面對工業IoT和工業4.0，瑞薩目前所能提供的電子技術，首先是我們的工業網絡解決方案，基于瑞薩的RZ/N多協議工業以太網、OPCUA、TSN、云、IO-Link這樣一些技術，然后同時提供BLDC電機與伺服運動控制方案。”

    RZ/N1是最新面向控制及工業控制級的產品，主要適用于可編程控制器，其設計理念是把應用部分和實時通信部分兩者分開，如圖1所示，左邊是應用領域設計，它采用了ARMCortex–A7，可選單雙核（最高主頻500MHz），其上可以跑Linux、ThreadX這樣的OS，同時集成了外設，主要給客戶做不同的應用控制。右邊部分專注于做客戶的以太網通信，搭載了ARMCortex–M3內核，運行的是硬件RTOS（uITORNOS），同時也集成了多協議多工業以太網協議與冗余協議，并搭載了5端口實時以太網交換機。RZ/N1有四大特點：

    ● 支持工業IT和OT網絡的連接，支持多協議工業網絡，幾乎涵蓋了目前市場上所有熱門工業協議如EtherCat、Ethernet/IP、ⅢSercos、Powerlink、Profinet、Modbus、Canopen以及其它一些總線協議。協議棧集成在通用操作系統抽象層層面上，可以實現片內兩個CPU之間的無縫通信，兩個CPU是通過共享內存和中斷請求來進行互相通信；

    ● 芯片內有一個單核CortexA7用來做智能控制，同時還有一個CortexM3核用來做客戶智能控制應用，并且它也提供DDR2/3、XiPQSPI、NAND閃存接口；

    ● 在工業IIoT工業網關方面，該芯片內部有先進的5端口Gbit交換機橋接IT及OT網絡；這樣的功能在目前市場上仍較少見，主要用于支持IT和OT網絡連接，以及支持TSN的判斷；

    ● 其關注于安全運行和防范網絡安全攻擊和冗余網絡。為了做到這一點，存儲器帶片上ECC校驗，唯一的IDHSR/PRP/MRP冗余，給客戶提供唯一的ID以防客戶程序被其他競爭對手盜取，同時芯片能支持工業交換機需要的冗余協議。

圖3RZ/N1架構設計圖

    用戶在應用RZ/N1芯片時，只需要專注于應用層開發即可，通過通用操作系統抽象層簡化協議之間的轉換，客戶在應用方面如果需要調用實時通信協議，只要直接調用R-IN引擎就可以了，不需要再次開發，這樣大大簡化了客戶的開發工作量，目前主控協議棧是由IEC61131-3開發系統來提供的。

    讓機器、設備更加智能

    實現智能制造的工廠將采用更多自主型智能機器。這些智能機器的功能將會不斷革新，更加靈活性和自適應性，可自監測和預測、檢測故障，甚至能診斷問題，以提升工廠和整個供貨與物流鏈更高的效率，降低生產成本、并增加生產的安全性。

    例如，作為智能制造的一項關鍵技術，機器人應用在最近幾年取得了突飛猛進的發展。中國制造業的產業升級和技術創新，為機器人行業提供了一個良好的發展機遇。在市場面，隨著中國制造業的轉型升級、國內勞動力成本的不斷飆升，以及老年化社會的逐步來臨，令到無論是工業領域還是民生領域，都對機器人應用提出了旺盛的需求，市場應用條件已經成熟。但與此同時，在目前機器人實際應用中還存在著一些技術瓶頸，大多數的應用場合還僅僅能夠實現機械手（臂）的功能，完成簡單的生產和加工工藝，如打磨、焊接等等；而要真正替代人類進行各種精細化生產作業，就要求機器人能夠整合更多視覺、感知、交互等前沿技術。

    具體來說，機器人技術的發展正沿著由“機器”向“機器人”的方向邁進，“機器人”的名稱沒有變，但是內容和支撐發生了顛覆性的改變，其特征包括：傳統機器人只是一種機械設備，但今天的機器人開始越來越多地帶有智能化系統的基本特征，即靈活性、靈巧性、智能性，具備操作、感知、學習和決策能力；過去，在機器人1.0時代，追求的是效率、速度和可靠性，而如今，機器人進入到2.0時代，要求機器人應具有作業、交互、行走、決策這四大能力，并且具備感知技術、行為技術，以及關鍵的安全技術，同時還要與許多前沿技術融合在一起，例如AI、IoT、大數據、云計算等，甚至包括材料學以及生命科學等在內，從而形成了一個“機器人技術生態”，也使得新型機器人技術生態空間蘊含著無限廣闊的發展前景。

    打造彈性多工的智能產線

    針對生產制造，臺達近期在漢諾威展上展出了“彈性多工智能產線”，現場模擬實際產線，整合三座機器人工作站、制造執行及可視化監控管理平臺、智能輸送線等，客戶可以當場下單訂制禮品，以智能產線分流加工件，同步多工生產，并進行即時監控與可視化，真正升級“未來智造”。同時，臺達也呼應智能設備需求，推出了全新“3D檢測系統”，通過動態設備模擬產品在流水線上進行精準的尺寸檢測，全面從設備、生產線、工廠層面實現智能制造。

    臺達機電事業群總經理劉佳容表示：“智能制造不但是潮流，更是強化企業競爭力勢在必行的方向。臺達持續強化工業自動化布局，落實智能工廠，同時掌握發展智能制造的契機，整合完整的工業自動化軟、硬件與解決方案，真正落實新的‘智造’模式，以自動化和創新打造全新‘智造’業。”

    這條“彈性多工智能產線”全長4米，整合臺達機器人、視覺傳感器、智能化監控軟件、機聯網技術、云端數據等，串聯客戶訂單、生產線、監控系統，模擬無人工廠作業，打造高效、全自動、數字化的未來生產線。主要應用包括：

    ● 左、右兩側各一組垂直多關節(六軸)工業機器人DRV90L系列執行上料、加工、取件、入庫等作業，中央一組SCARA工業機器人DRS60L系列則將兩組六軸機器人加工完成的成品進行包裝；

    ● 生產線上的所有作業皆根據客戶現場通過電腦、平板或手機進行線上下單的內容進行定制化制造，客戶也可通過云端、制造可視化管理平

    臺(DIAMMP)網頁監控作業進度與設備運作數據等即時信息；

    ● 生產線采用臺達全新設計打造、可彈性分流的智能輸送線，此先進輸送帶圍繞著展示設備構建，可根據加工情況，分別將工件送至不同的機器人工作站進行加工，實現同步多工、縮短待機時間，并提高生產效率。

    “彈性多工智能產線”體現的“智造”生產流程包括：客戶首先在制造執行系統(DIAMES)構建的制造管理平臺網頁上選擇想要的禮品類型，然后輸入欲雕刻在禮品上的定制化內容后送出訂單，完成后收到通知短信息以及取貨所需的訂單QRCode。訂單通過云端平臺送至設備控制系統，系統依當前的作業情況，將夾具送至可較快進行加工的六軸機器人工作站，由機器人夾取待加工禮品以及包裝盒，放入夾具中，再送至雷射雕刻工作站進行雷雕；然后由SCARA工業機器人進行包裝，再依客戶需求現場送件，或放入倉儲區待客戶稍晚取貨。取貨流程也完全依照生產線作業，以臺達最新的條碼掃瞄器DAH系列掃瞄客戶訂單短信息中的QRCode，再由左側機器人自動取貨。

圖4臺達整合三座機器人工作站、制造執行及可視化監控管理平臺、智能輸送線

    工業企業掀起數字化變革

    數字化是智能制造的基礎，也是核心競爭力所在。施耐德電氣定位于驅動不斷發展的工業自動化市場數字化變革，以及助力工業客戶進行數字化轉型，并正在從根本上加速這種轉型的實現。施耐德電氣工業事業部執行副總裁何維克表示：“首先，工業軟件正從一系列基于專業功能的獨立產品轉變成為跨企業部署、推動更廣泛的效率和性能優化的整合與互相協作的軟件。這將進一步提升從設計到建設（Capex），再到運維（Opex）階段的連續性，從而在整個資產和運營生命周期內將效率提升到新的高度。其次，數字互聯和豐富的數據支持創建新的商業模式，如軟件即服務，平臺即服務，甚至維護即服務，使工業企業可以輕松啟動數字化進程。”

    施耐德電氣數字化驅動的互聯互通方案使工業企業能夠與客戶建立新的關系，從而為其帶來巨大的競爭優勢，其中包括：

    端到端集成軟件：通過面向工業領域的EcoStruxure，施耐德電氣將提供真正統一化的，可以在多個工業領域進行部署的工程方式。利用與AVEVA獨有的合作關系，可提供一套涵蓋從流程模擬到設計、建造和制造運營管理與優化各個方面的全面數字資產管理解決方案。

    開發者生態系統：基于施耐德電氣廣泛的已裝機市場，數字化可為開發人員研發新軟件應用程序提供更多機會。憑借40多種數字化服務，施耐德電氣正在賦能企業業務和運營，并使其變得更為數字化與高效。在這方面，施耐德電氣居于業界前列。

    開放和互操作技術：作為OPCUATSN塑造者團隊的成員，施耐德電氣參與了漢諾威工業展覽會的5個概念驗證合作項目，進一步推動以開放式架構，釋放全部工業物聯網潛力的理念。通過推動下一代從設備端到云端的統一通信，網絡將得到進一步簡化，用戶也可以利用已有的技術來降低集成和維護成本。

    工業物聯網服務：新的應用程序、數據的可用性與豐富專業知識的結合，為整個行業創造了新的價值。施耐德電氣EcoStruxure可通過將數據轉化為機器制造商的關鍵洞察力，助力提高企業的效率和收益水平。