中國在2015年發(fā)布制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領《中國制造2025》，這是中國部署全面推進實施制造強國的戰(zhàn)略文件。

按照《中國制造2025》的戰(zhàn)略，中國正加快推動新一代信息技術和制造技術融合，核心是智能制造，重點發(fā)展智能裝備和智能產品，推進生產過程智能化，培育新型生產方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產、管理和服務的智能化水平。

從業(yè)務和技術層面看，制造業(yè)數字化轉型的內涵是實現(xiàn)整個制造業(yè)價值鏈的智能化，貫穿研發(fā)、工藝規(guī)劃、生產制造、采購、倉儲、營銷、服務等各個環(huán)節(jié)，在產品的設計、制造、使用的生命周期中，實現(xiàn)產品的持續(xù)創(chuàng)新，通過將軟件以云服務的方式提供，實現(xiàn)應用軟件隨需而變，通過應需設計，實現(xiàn)個性化設計，通過數字設計與制造一體化，實現(xiàn)定制化生產，通過融入智能感知設備，實現(xiàn)產品性能持續(xù)改進。即：

IT基礎設施服務：基于智能傳感器、邊緣計算建設智能感知系統(tǒng)，基于虛擬化、云計算技術構建it基礎設施服務；

個性化設計：通過互聯(lián)網獲取用戶個性化需求，通過靈活柔性組織設計、制造資源和生產流程，實現(xiàn)低成本大規(guī)模定制；

智能化生產：實現(xiàn)從單個機器到產線、車間乃至整個工廠的智能決策和動態(tài)優(yōu)化，顯著提升全流程生產效率、提高質量，降低成本；

服務化轉型：通過對產品運行的實時監(jiān)測，提供遠程維護、故障預測、性能優(yōu)化等服務，推動產品的設計優(yōu)化，實現(xiàn)企業(yè)的服務化轉型；

數字化管理：通過設計、生產、售后環(huán)節(jié)的資源共享，實現(xiàn)業(yè)務協(xié)作、工作協(xié)同等為主線的協(xié)作平臺，并實現(xiàn)制造業(yè)務的全流程監(jiān)控和管理。

我們按照上面的總體目標，沿著設計、制造的核心流程，深入探討制造業(yè)數字化轉型的路線圖。

1．如何構建制造業(yè)，數字化轉型的IT基礎設施？

制造業(yè)數字化轉型的前提是通過智能傳感器、邊緣計算等，構建感知系統(tǒng)，捕獲感知工廠底層數據：

基于工業(yè)互聯(lián)網，實現(xiàn)車間設備、產線、工廠、產業(yè)鏈的互聯(lián)互通，實現(xiàn)互聯(lián)工廠；

基于物聯(lián)網技術，實現(xiàn)物理世界數字化標識、提升數控設備及數字化工藝的 比率；實現(xiàn)設備、流程、工藝、人員的數字化。

而后，制造業(yè)數字化轉型需要強健的IT基礎設施支撐，包括彈性的IaaS云計算平臺、三維設計SaaS云計算平臺等。

如何構建彈性的IaaS云計算平臺？

首先，采用服務器、網絡、存儲虛擬化技術，構建底層的計算資源池、網絡資源池和存儲資源池，然后，通過云資源管理平臺將池化的資源以服務化的方式向外提供。

最佳實踐是，服務器虛擬化架構可以采用ESXi、Hypervisor或者KVM，存儲虛擬化架構可以采用集中式存儲或者分布式存儲，網絡虛擬化架構可以采用SDN，云資源管理平臺可以采用vCloud、Axure或者Openstack，實現(xiàn)自動化、一站式的IT基礎設施服務交付。

最佳實踐的另一種場景是，以云計算平臺為基礎，采用docker構建容器云，快速向用戶交付基礎設施服務。

如何構建三維設計SaaS云計算平臺？

三維設計SaaS平臺支撐個性化設計等業(yè)務場景，它的核心目標是將三維設計軟件在圖形加速系統(tǒng)的輔助下以服務的方式提供給設計人員使用，關鍵技術是共享高性能GPU、三維圖形加速和遠程虛擬桌面。

技術實現(xiàn)原理是，三維圖形加速軟件通過對OpenGL圖形庫的重新封裝，實現(xiàn)本地用戶調用遠程GPU資源，多個用戶同時共享GPU資源，配合遠程虛擬桌面，設計人員共享使用三維設計軟件，提高設計協(xié)同能力，設計部門可進行協(xié)同研發(fā)同一產品，解決了地理跨度的難題。

技術實現(xiàn)過程是，三維設計軟件的應用主機接收客戶端發(fā)來的請求，進行高性能的數據計算，生成2D圖形，三維圖形加速軟件所在的渲染主機利用本地的圖形處理卡對命令進行3D數據計算和渲染服務，完成3D渲染任務，渲染主機得到的最終圖形通過遠程虛擬桌面?zhèn)鬏數娇蛻舳恕?/p>

最佳實踐是， 服務端采用高性能圖形工作站作為計算資源，DCV三維圖形加速軟件提供專業(yè)的3D數據計算和渲染服務，Inventor、Alias等三維設計軟件進行高性能的數據計算，遠程虛擬桌面可以采用realvnc，客戶端通過瀏覽器、DCV endstation、RealVNC client訪問SaaS平臺，獲取DCV渲染的3D圖形結果。

另一種場景是，采用Autodesk公司的Fusion云計算平臺構建三維設計云計算服務。

2．如何進行個性化設計和智能制造？

個性化設計和智能制造要求在概念階段，充分考慮個性化需求，以用戶體驗為中心，重塑企業(yè)的設計、制造模式，精準行動，敏捷運營，生態(tài)協(xié)同與組織賦能，將工業(yè)自動化和信息化高度整合，即整合網絡信息和物理系統(tǒng)，構建基于資源、信息、物品、人相關聯(lián)的信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber－Physical system）。

業(yè)務模式是在設計信息、生產信息、用戶使用及反饋信息高度智能化集成的基礎上，通過智能化方式產生需求，設計師基于基礎設計數據進行智能化的用戶參與式設計，然后，將設計直接轉變?yōu)樯�產信息并執(zhí)行，完成智能化的柔性生產。緊接著，為用戶提供產品的浸入式體驗進行營銷，最終通過智能互聯(lián)的智能產品為用戶提供產品即服務式的后服務，完成產品的完整生命周期。

那么如何進行個性化設計呢？

個性化設計的業(yè)務過程是，設計師根據訂單進行數據建模、設計，通過仿真模擬或者3D打印，以真實的觸摸和感覺獲得反饋對設計進行驗證，開發(fā)和改進產品創(chuàng)意，自由地進行設計迭代。這個過程中需要貫徹標準化、系列化、模塊化的思想，以支持大批量客戶定制或產品個性化定制。

技術實現(xiàn)過程呢？

首先，企業(yè)需要使用面向研發(fā)設計服務的SaaS云計算平臺，通過平臺提供的CAD設計、CAE仿真及CAM工藝設計、Inventor、Alias等整套設計流程的軟件服務，同時利用PDM、PLM管理研發(fā)設計過程，基于正向產品研發(fā)，進行產品的概念設計，建立產品的三維數字化模型；

然后，產品的全三維數字化模型貫穿產品的設計、制造環(huán)節(jié)，建立虛擬數字化樣機，深入應用虛擬仿真、拓撲優(yōu)化技術；從生命周期的維度將各個環(huán)節(jié)的信息進行集成，如三維模型為工藝設計、制造過程所利用，PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接。

個性化設計最佳實踐的一種場景是，應用分析工具，根據零部件的承載進行應力分析和拓撲優(yōu)化，通過拓撲優(yōu)化來確定和去除那些不影響零件剛性部位的材料，并在滿足功能和性能要求的基礎上，從多種結構優(yōu)化的方案中找到功能和性能要求相同但重量更輕的結構，從而實現(xiàn)輕量化的創(chuàng)新設計。然后，再利用3D打印將這些復雜結構制造出來，從而實現(xiàn)整個創(chuàng)新過程。

3D打印的最佳實踐是，通過FDM、PolyJet、立體光固化成型、激光燒結、金屬粉末層熔融等技術路徑，采用工程塑料、高性能塑料、光敏樹脂、金屬（鈦、鈷）等材料進行產品模型打印。

然后，如何智能化生產？

制造企業(yè)基于產品設計，結合工廠三維設計及物流仿真工具，系統(tǒng)地規(guī)劃整條生產線上工業(yè)機器人的工作路徑和工作節(jié)拍，驅動智能工業(yè)機器人進行柔性制造。

業(yè)務過程是，產品設計被傳輸到備料部門后，由備料部門對產品所需材料進行備料，并將材料加載至智能生產線，生產線上的智能機器人訪問網絡信息和數據，自主切換生產方式和更換生產材料，在智能生產線上實現(xiàn)個性化定制的工藝傳遞，機器人根據產品設計和工藝要求進行智能裝配，完成生產。

3．如何服務化轉型？

服務化轉型包含兩個部分，一是通過物聯(lián)網、大數據、云計算、人工智能等新一代技術將企業(yè)服務由設備生產銷售向設備維護和診斷等服務轉移，實現(xiàn)企業(yè)商業(yè)流程和商業(yè)模式的轉變，幫助用戶“用好設備、管好設備”，提高設備利用效率、降低企業(yè)管理成本；二是開展智慧營銷，為消費者體驗設計完整的流程，通過數據的智能化采集、挖掘和分析，構建具有認知性的數字化體系。

依賴物聯(lián)網、云計算技術的發(fā)展，通過在產品上安裝傳感器，收集產品運行數據，對產品進行性能、質量實時監(jiān)控，工程技術人員將更加充分了解當前產品的運行狀況，從而對預防性維護等服務進行分層，將其作為額外的服務提供給客戶，過渡到真正的產品即服務。

智慧營銷的最佳實踐是，基于數據的洞察與分析，實現(xiàn)對核心客戶群體人員數量、消費頻次、消費頻率的精準統(tǒng)計，為消費者提供個性化和智能化的服務，拓展進店營銷等前沿應用，通過數據分析、人工智能等數字化技術打造營銷推廣系統(tǒng)。

4．如何數字化管理？

制造企業(yè)數字化管理的內涵是建立生產管控系統(tǒng)和運營管理系統(tǒng)，實現(xiàn)設計協(xié)同、計劃協(xié)同、供應協(xié)同和工廠協(xié)同，智能排產和智能調度。

數字化管理的技術內涵是應用信息化系統(tǒng)，根據業(yè)務需求和策略，進行生產過程鏈全生命周期管理等內容，實現(xiàn)制造企業(yè)的設計、排產、生產、銷售、服務等管理活動。

技術實現(xiàn)是，整合生產環(huán)節(jié)各類制造資源、支持用戶在線開展生產計劃及任務管理，根據設計文件、設備信息，進行生產派工；管理生產訂單、采購物料、物料及零部件出入庫、質量報表等；生產過程中，設備情況、加工進度可在線查看，并通過在線質量管理，保證最終產品符合要求；實現(xiàn)生產至銷售各環(huán)節(jié)的管理，幫助企業(yè)從云端獲得標準業(yè)務流程管理規(guī)范，提升業(yè)務實踐能力。

最佳實踐是，建設生產管控系統(tǒng)和運營管理系統(tǒng)，包括ERP、制造企業(yè)生產過程執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、進階生產規(guī)劃及排程系統(tǒng)（APS）、主數據管理（MDM）、人力資產管理系統(tǒng)（HCM）、客戶關系管理系統(tǒng)（CRM）、企業(yè)資產管理系統(tǒng)（EAM）、供應商關系管理系統(tǒng)（SRM）、業(yè)務流程管理系統(tǒng)（BPM）等系統(tǒng)，滿足企業(yè)生產制造過程中的資源管理、生產執(zhí)行管理、資源數據采集管理等主要需求，實現(xiàn)生產執(zhí)行過程的管理、生產資源保障以及生產過程中的設備、人、物的管理。

總體而言，制造業(yè)數字化轉型是一個完美的閉環(huán)，包括智能感知、智慧決策、智能生產、智能服務、智慧分析（事后）、深度學習等過程。