机械制造业智能工厂规划设计.html.pdf

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1、写在前面 朱森第1 机械制造业是配套繁多、工艺精细、生产组织复杂、制造周期较长的产业，是向用户提供装备或装置的产业，也是制造业的 主要组成。一个机械整机产品往往由上千甚至上万个零部件组装装配而成，一个零部件又要经过各种加工工艺，或经车铣磨钻等 冷加工，或经铸锻焊热等热加工。从采购到加工装配再到销售，从订单到设计到零部件加工再到装配，需要环环相扣的生产调度 组织。机械制造业几十年来一直都在探索如何快速响应市场、高效组织生产，也一直在寻求实现加工自动化、管理高效化的生产 模式。例如独立制造岛、并行工程、网络制造、计算机集成制造、精益生产等，材料需求计划（MRP）、制造资源计划 （MRP）、企业资源

2、计划（ERP）等，大规模批量生产、大批量定制生产、网络协同制造、云制造等，可以说从未停止过升 级、创新的脚步。如今，制造企业进入了信息时代，云计算、大数据、移动互联网、人工智能等技术层出不穷，为机械制造企业 实现智能制造提供了基础条件和技术工具，也对机械制造业带来了巨大的冲击。 机械制造企业充分认识到这一巨大变革的意义，不少企业及早谋划，在多层次、多维度上开展智能制造的实践。一时，智能 制造成为制造企业的关注点和着力点。鉴于机械制造业的特点，机械制造企业实现智能制造不是一蹴而就的，需要有一定的技术 积累、管理基础，尤其需要明确实现智能制造的目的和宗旨，分析推进智能制造的步骤和方法。在人们为了尽

3、快实现制造智能 化，纷纷采购工业机器人、数控机床，关注选型ERP、MES、PLM，着力构建物流系统时，本书告诉人们，机械制造业智能工 厂的建设，第一步是要做好智能工厂的规划设计，不然，会走很多弯路。作者以其几十年从事制造业信息化的经验和体会，向读 者提供了机械制造业智能工厂规划设计的通则、总体框架，阐述了实现智能制造的智能设计、智能产品、智能经营、智能服务、 智能生产、智能决策6个单元技术的现状、问题、设计目标，总体框架、主要内容、智能化的要素、集成接口等。蒋明炜先生是 我国最早投身制造业信息化事业的专家之一。从1978年开始至今，先后组织领导了近百家企业的管理诊断与管理信息化实施工 作，近3

4、年研究智能制造技术和智能制造规划。本书凝结了作者对制造业整个价值链的知识和信息化的看法与经验，总结了作者 在管理、技术、流程、软件的融合上的认识及成果，对机械企业顺利推进智能制造将起到促进作用。 1 朱森第，教授级工程师，中国机械工业联合会专家委员会名誉主任，国家制造强国建设战略咨询委员会委员，国家信息化专 家咨询委员会委员，国家智能制造标准化专家咨询组副组长，原机械工业部党组成员、总工程师。 前言 信息技术，特别是信息通信技术，催生了新一轮科技革命和产业变革，掀起了新一轮工业革命。这场革命对于制造业来讲就 是要实现数字化、网络化和智能化。世界各国出台了一系列的应对规划和策略，比如德国工业4.

5、0、美国工业互联网，中国也发 布了中国制造2025“互联网+”行动的指导意见关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见，以及最新的智能 制造发展规划（20162020）。面对新一轮工业革命，机械制造企业必须以两化融合为主线，以创新驱动为突破，以转型升 级为契机，以智能制造为主攻方向，制定企业发展战略和智能制造规划。本书为机械制造企业编制智能制造发展规划提供参考模 型。 本书针对机械工业两化融合的发展现状及存在的问题，提出机械制造业智能工厂规划设计通则和总体框架。单元技术包括智 能设计、智能产品、智能经营、智能服务、智能生产、智能决策6个部分，每个部分阐述了现状、问题、设计目标、总体框架、 主要内

6、容、智能化的要素、集成接口等。在大数据应用方面，结合智能决策，介绍了大数据平台结构及其在机械制造业中的应 用。作者针对智能制造的若干模糊认识阐述了自己的观点，并结合即将发布的国家标准信息化和工业化融合管理体系 要求 信息化和工业化融合管理体系 基础和术语信息化和工业化融合管理体系 实施指南3个文件，介绍了企业如何构建信 息化和工业化融合的管理体系，保证智能工厂建设顺利进行。 本书可供机械制造企业领导、首席信息官（CIO），规划和实施企业战略、两化融合、智能制造的人员阅读，也可以供两化 融合服务供应商参考。 第1章 智能制造是历史发展的必然 1.1 中国制造业面临的挑战 中国已成为全球制造业第一

7、大国。世界上500种主要工业品中，中国有220种产品的产量位居世界第一。钢铁、煤炭产品占 全球产量的一半，水泥占世界产量的60%，化纤、船舶、汽车、家电等产品全球产量第一。载人航天、探月、深潜等产品跃身居 世界前列。可以自豪地说，我们已取得了举世瞩目的成就。 但是我国工业自主创新能力不强。一些关键装备、核心部件和关键技术依赖进口，自主品牌缺乏，也缺少具有国际竞争力的 大企业和大集团。在国际产业链的分工中我国还处于价值链的低端，如一部苹果手机在中国工厂组装，中国工厂只分得1.8%的 利润，而苹果公司一个零件不造却获得58.5%的利润，这说明产品的高附加值部分被发达国家把持。另外，中国粗钢、水泥、

8、煤 炭产量居世界第一，但GDP只占全球的15.5%。2012年，中国能源消费量达到36亿吨标煤，投资、消费、出口比例失衡，要想 按照现有模式完成中国的工业化进程，显然不现实。长期以来，我国的工业发展过度依靠投资拉动，“十一五”期间投资年均增 长25.5%，2013年固定资产投资42.7万亿，投资对经济增长的贡献率高达50.4%，这造成能源原材料价格上涨、地方负债增加、 部分行业产能过剩严重，使得发展的风险和隐患突出。随着土地、劳动力、原材料、燃料动力等要素成本全面、快速上升，中国 传统的比较优势将逐步削弱，亟待形成新的竞争优势。受近40年计划经济的影响，中国面向市场的采购、销售模式改变了，但

9、是企业内部的管理模式、流程、制度、生产制造技术与新一轮工业革命还很不匹配。两化融合还有很长的路要走。设计智能化、 产品智能化、管理现代化、决策科学化、制造自动化/智能化/网络化与发达国家相比还有差距。我们必须抓住新一轮工业革命的 契机，推行智能制造，实现跨越式的发展。 第1章 智能制造是历史发展的必然 1.1 中国制造业面临的挑战 中国已成为全球制造业第一大国。世界上500种主要工业品中，中国有220种产品的产量位居世界第一。钢铁、煤炭产品占 全球产量的一半，水泥占世界产量的60%，化纤、船舶、汽车、家电等产品全球产量第一。载人航天、探月、深潜等产品跃身居 世界前列。可以自豪地说，我们已取得了

10、举世瞩目的成就。 但是我国工业自主创新能力不强。一些关键装备、核心部件和关键技术依赖进口，自主品牌缺乏，也缺少具有国际竞争力的 大企业和大集团。在国际产业链的分工中我国还处于价值链的低端，如一部苹果手机在中国工厂组装，中国工厂只分得1.8%的 利润，而苹果公司一个零件不造却获得58.5%的利润，这说明产品的高附加值部分被发达国家把持。另外，中国粗钢、水泥、煤 炭产量居世界第一，但GDP只占全球的15.5%。2012年，中国能源消费量达到36亿吨标煤，投资、消费、出口比例失衡，要想 按照现有模式完成中国的工业化进程，显然不现实。长期以来，我国的工业发展过度依靠投资拉动，“十一五”期间投资年均增

11、长25.5%，2013年固定资产投资42.7万亿，投资对经济增长的贡献率高达50.4%，这造成能源原材料价格上涨、地方负债增加、 部分行业产能过剩严重，使得发展的风险和隐患突出。随着土地、劳动力、原材料、燃料动力等要素成本全面、快速上升，中国 传统的比较优势将逐步削弱，亟待形成新的竞争优势。受近40年计划经济的影响，中国面向市场的采购、销售模式改变了，但 是企业内部的管理模式、流程、制度、生产制造技术与新一轮工业革命还很不匹配。两化融合还有很长的路要走。设计智能化、 产品智能化、管理现代化、决策科学化、制造自动化/智能化/网络化与发达国家相比还有差距。我们必须抓住新一轮工业革命的 契机，推行智

12、能制造，实现跨越式的发展。 1.2 新一轮工业革命的兴起 关于新一轮工业革命，国外有许多计划和文章。如美国的学者杰里米里夫金发布了专著第三次工业革命，内容涉及以 蒸汽机为代表的第一次工业革命，以内燃机为代表的第二次工业革命，以可再生能源为代表的第三次工业革命。新一轮工业革命 包括德国工业4.0、美国工业互联网等。 1.2.1 德国工业4.0 德国认为，第一次工业革命是18世纪60年代至19世纪中期掀起的通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化；第二次工业革命是 19世纪后半期至20世纪初的电力广泛应用；第三次工业革命是20世纪后半期出现的应用电子、信息技术，它们进一步提高了生 产自动化水平；今天提出的

13、第四次工业革命则是以信息物理融合系统为特征的新的工业革命。 德国工业4.0概念包含由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产 品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，随之将产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正 在发生改变，产业链分工将被重组。德国学术界和产业界认为，工业4.0概念是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性 的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS） 相结合的手段，将制造业向智能化转型。 德国工业4.0提出了八项行动

14、计划。第一，标准化和参考架构是实现纵向、横向和端到端三项集成的基础；第二，在CPS环 境下实现整个价值链的复杂管理；第三，利用宽带互联网基础设施提供可靠、安全的通信；第四，为生产安全、信息安全提供保 障；第五，智能工厂改变了人们的角色、内容、流程和环境，需要进行工作组织的再设计；第六，培训和持续的专业发展，提升 工人的工作技能；第七，监管框架及新的制造环境，需要新的法律、准则的支持；第八，不断提高资源利用率和工作效率。工业 4.0提供了充分的灵活性和柔性的制造环境，从而可以为客户提供个性化的产品和服务，在大数据的支持下再进行优化，提高了 资源的利用率和系统的效率，创造出在高工资条件下企业仍然具

15、有竞争能力。 1.2.2 美国工业互联网 美国通用电气公司（GE）在2012年秋天提出工业互联网（Industrial Internet）的概念。2014年4月，在美国波士顿，由 AT&T、思科、通用电气、IBM和英特尔宣布成立工业互联网联盟（IIC），以期打破技术壁垒，促进物理世界和数字世界的融 合。同年6月，联盟成员已发展到50个。2014年10月9日，通用电气宣布：其40款工业互联网产品为公司增加超过10亿美元的收 入，涵盖石油/天然气平台监测管理、航空发动机在线监测和优化管理、铁路机车效率分析、医院管理系统、提升风电机组电力 输出、电力公司配电系统优化、医疗云影像技术等一系列提升管理效

16、率、降低运营成本的软件产品。GE公司开发的Predix工业 大数据与分析平台已开放给第三方用户和软件商，实现了与软件开发商和解决方案提供商的产品的对接。 工业互联网是继工业革命、互联网革命之后的第三场革命，也是全球工业系统与高级计算、分析、感知技术以及互联网连接 融合的结果。它通过智能机器间的连接最终实现人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业，激发生产力，让世界变得更 美好、更快速、更安全、更清洁且更经济。 1.工业互联网的三要素 智能机器：以崭新的方法将现实世界中的机器、设备、团队和网络通过先进的传感器、控制器和软件应用程序连接起来。 高级分析：使用基于物理的分析法、预测算法、自动化和

17、材料科学、电气工程及其他关键学科的深厚专业知识，来理解机 器与大型系统的运作方式。 工作人员：建立员工之间的实时连接，连接各种工作场所的人员，以支持更为智能的设计、操作、维护，以及提供高质量 的服务与安全保障。 GE公司认为，机器自身的潜能已经发挥到了极致，只有通过智能机器、智能系统、智能决策，才能实现企业资产、设备、 机群、网络的优化，为企业创造新的价值。他们预测如果通过上述的优化，航空、电力行业将减少1%的燃料消耗，石油天然气 行业将减少1%的成本，铁路、医疗行业将提高1%的系统运行效率，那么到2025年，全球的GDP可提高15万亿美元；通过数据 进行决策，企业的生产力可以高出56个百分点

18、。 2.工业互联网的催化剂和推动力 设备智能化：向设备加入传感器和进行智能化改造，使其具有接入互联网并传输数据的能力。 高级分析方法：可使来自不同设备制造商的相似资产或不同资产的数据实现深度融合的新数据标准，能使数据更快地转换成 信息资产，并为集成和分析做准备等。 系统平台：在技术标准和协议之上，新的系统平台能使资源管理系统在共享框架或结构之上建立具体应用。供应商、设备制 造商和消费者之间的新关系可以在这个平台上得到持续维护。 作业流程：充分整合信息到决策的流程，以便创新业务实践，用以监控机械数据质量的流程，协调各资源管理系统安排的先 进法律程序等。 基础设施：工业互联网需要一个适宜的主干网。

19、数据中心、宽带网络都是信息通信技术基础设施的一部分，它们需要进一步 发展，并用以连接行业、地域之间不同的机器、系统和网络。 1.2.3 中国制造2025简介 2015年5月8日我国国务院印发了中国制造2025的通知，并强调，制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、 强国之基，并提出了发展目标、指导思想、基本方针、战略任务和重点领域等。 1.发展目标 我国计划到2025年迈入世界制造强国行列，到2035年达到世界强国中等水平，到2045年进入世界制造强国前列。中国制 造2025的目标是：经过10年的奋斗，到2025年，中国制造业整体素质大幅提高，智能化、服务化、绿色化达到国际先进水 平，中

20、国进入世界制造强国的行列。 2.指导思想 坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度 融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力， 提高综合集成水平，完善多层次、多类型人才培养体系，促进产业转型升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强 的历史跨越。 3.基本方针 基本方针是创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本。在创新驱动方面，我国国务院于2015年9月23日再次下 发国务院关于加快构建大众创业万众创新支撑平台的指导意见，强调，当前全球分享经

21、济快速增长，基于互联网等方式的创 业创新蓬勃兴起，众创、众包、众扶、众筹（四众）等大众创业、万众创新支撑平台快速发展，新模式、新业态不断涌现，线上 线下加快融合，这对生产方式、生活方式、治理方式产生了广泛而深刻的影响，动力强劲，潜力巨大。 4.九大战略任务 九大战略任务是：提高国家制造业创新能力，促进信息化与工业化融合，强化工业基础能力，加强质量品牌建设，全面推行 绿色制造，大力推动重点领域突破发展，深入推进制造业结构调整，积极发展服务型制造和生产性服务业，提高制造业国际化发 展水平。智能制造作为两化深度融合的主攻方向，提出要着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方 式，

22、全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平。 5.十大重点领域 新一代信息技术 高档数控机床和机器人 航空航天装备 海洋工程装备及高技术船舶 先进轨道交通装备 节能与新能源汽车 电力装备 农业装备 新材料 生物医药及高性能医疗器械 2015年9月29日，国家制造强国建设战略咨询委员会正式发布“中国制造2025”重点领域技术路线图（2015版），明 确了新一代信息技术产业等十大领域的发展方向和目标，这些领域分为23个重点方向，每个重点方向又分了若干重点产品。路 线图的每个重点发展方向统一按照需求、目标、发展重点、应用示范重点、战略支撑与保障5个纬度进行分析和描绘，分别形成 了从2015202

23、5年，展望2030年的详细技术路线图，这是中国制造2025的首个技术路线图。 1.2.4 “互联网+”协同制造 2015年7月1日，国务院发布了国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见，提出“互联网+”的目标和“互联网 +”的11项重点行动。 1.“互联网+”的目标 到2018年，互联网与经济社会各领域的融合发展进一步深化，基于互联网的新业态成为新的经济增长动力，互联网支撑 大众创业、万众创新的作用进一步增强，互联网成为提供公共服务的重要手段，网络经济与实体经济协同互动的发展格局基本形 成。 到2025年，网络化、智能化、服务化、协同化的“互联网+”产业生态体系基本完善，“互联网+”新经济

24、形态初步形 成，“互联网+”成为经济社会创新发展的重要驱动力量。 2.“互联网+”的11项重点行动 “互联网+”创业创新 “互联网+”协同制造 “互联网+”现代农业 “互联网+”智慧能源 “互联网+”普惠金融 “互联网+”益民服务 “互联网+”高效物流 “互联网+”电子商务 “互联网+”便捷交通 “互联网+”绿色生态 “互联网+”人工智能 其中“互联网+”协同制造，为制造业指明了发展方向。国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见提出：“推 动互联网与制造业融合，提升制造业数字化、网络化、智能化水平，加强产业链协作，发展基于互联网的协同制造新模式。在重 点领域推进智能制造、大规模个性化定制、

25、网络化协同制造和服务型制造，打造一批网络化协同制造公共服务平台，加快形成制 造业网络化产业生态体系。” 1.2.5 制造业与互联网融合创新 2016年5月20日，国务院发布了关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见（以下简称为指导意见），指导意 见是制造业转型升级、发展智能制造、走向制造强国的纲领性文件。其提出，围绕一条主线，即以激发制造企业创新活力、发 展潜力和转型动力为主线；打造两个平台，即构建基于互联网的大型制造企业“双创”平台和为中小企业服务的第三方“双 创”服务平台，营造大中小企业协同共进的“双创”新生态；培育3个模式，即支持鼓励制造企业与互联网企业开展多种形式的 跨界合作、融合发展

26、，积极培育网络化协同制造、个性化定制、服务型制造等网络化生产新模式，增强制造企业创新活力和转型 动力；增强3个能力，即增强支撑制造业与互联网融合发展的基础技术、解决方案、安全保障等能力，夯实融合发展基础，激发 制造业发展新动能；落实7项政策，即在体制机制、国企改革、财税、金融、用地用房、人才培养、国际合作等方面加强政策引 导和措施保障。 指导意见为制造业与互联网融合创新指明了道路，构建了基础，提供了政策保障，对制造业转型升级、发展智能制造、 走向制造强国，具有重要的战略和实战指导意义。 1.3 智能制造是历史发展的必然产物 无论是德国工业4.0、美国工业互联网、中国制造2025，还是制造业与互

27、联网融合发展，其共同的发展方向是：制造业必须 走向智能制造。这是中国经济转型升级的必然，是社会经济发展的必然，是科学技术发展的必然，是企业获取可持续发展竞争优 势的必然。 1.中国经济转型升级的必然 如前所述，中国工业自主创新能力不强，在全球产业链分工中处于价值链的低端，经济长期依赖投资、出口拉动。现在随着 土地、劳动力、原材料、燃料动力等要素成本的全面、快速上升，中国传统比较优势将逐步削弱。资源环境的压力突出，传统的 工业发展模式不可持续，亟待形成新的竞争优势。信息化和工业化两化融合、发展智能制造、走新型工业化道路是中国经济转型 升级的必然。 2.科学技术发展的必然 信息技术，特别是信息通信

28、技术的发展，深刻地改变了人们的生产方式、生活方式、社会形态。互联网、物联网的广泛应 用，使得信息物理系统（CPS）应运而生，它将物理世界与信息世界融合在一起，掀起了新一轮的工业革命。西方的信息物理系 统与中国提出的信息化和工业化两化深度融合不谋而合、异曲同工。如今，智能手机、智能可穿戴设备、智能汽车、智能家居、 智慧城市等像飓风一样席卷全球。发展智能制造是技术发展的必然。 3.社会经济发展的必然 随着世界人口老龄化进程的加快，劳动力短缺的现象从发达国家向发展中国家，再向欠发达国家蔓延。随着中国农业现代 化、城镇化进程的加快，广大农村人口受教育水平的提高，从事简单劳动和重体力劳动的人越来越少，招

29、工难将成为常态。江 苏、浙江、广州正在实施的机器换人计划就是一个很好的例证。因此发展智能制造是社会经济发展的必然。 4.企业获取可持续发展竞争优势的必然 企业的竞争是人才、技术、成本的竞争。当各种各样的智能产品摆上了货架，来到你身边的时候，你自己的产品智能化了 吗？如果不是，那么你的产品将没有销路。当同行在智能工厂里，以高效率、高柔性的装备，以精益的管理，快速响应客户个性 化的需求、贴心周到的服务、低成本地生产产品的时候，典型传统的企业将难以存活。企业为了获取可持续发展的竞争优势必须 建造智能工厂。 第2章 智能工厂设计通则 不同的企业，由于其生产的产品、生产批量、生产工艺流程、企业发展阶段的

30、不同，对智能工厂的设计需求也不同，所以智 能工厂的设计一定要先对工厂的发展战略进行规划和分析，识别企业可持续发展的核心竞争力，针对客户需求，对企业的研发设 计、经营管理、生产制造、用户服务进行调研和分析。以创新的思维，采用最新的信息技术、业界最佳实践，对企业的组织、技 术、流程、模式、数据进行优化。最终，有针对性地提出智能工厂的设计目标、指导思想并对智能制造技术内容进行规划和设 计。 2.1 智能工厂设计流程 智能工厂的设计流程如图2.1所示。 1.智能工厂设计的总输入是企业的发展战略 大家知道企业发展战略是对企业长远发展的全局性谋划。它是由企业的愿景、使命、政策环境、长期和短期目标及实现目标

31、 的策略等组成的总体概念。企业战略是企业一切工作的出发点和归宿。按照企业发展战略，站在两化融合的高度，充分运用信息 技术，进行智能工厂设计，这无疑是实现企业发展战略的一个重要组成部分。它从企业战略出发并服务于企业战略。 图2.1 智能工厂设计流程 2.识别可持续发展竞争能力的需求 为了实现战略目标，应识别企业可持续发展的竞争能力需求。如产品创新设计能力、供应链管控能力、生产制造能力、财务 管控能力、经营决策能力、客户服务能力等。 3.智能工厂设计需求分析 根据识别出的可持续竞争能力需求，站在智能工厂的高度，对企业的组织、管理模式、业务流程、技术手段、数据开发利用 等进行诊断和评估，找出打造可持

32、续发展的核心竞争能力的需求，从而确定智能工厂的方针、目标、需求，为智能工厂每个分项 目的设计提供依据。 4.智能工厂的设计 正确运用信息技术、自动化技术、制造技术、专家系统、人工智能技术、物联网技术，进行智能设计、智能产品、智能经 营、智能制造、智能服务、智能决策系统的设计。 5.项目投资预算 按照每一个项目的设备、设施购置费、软件购置费、软件开发费、咨询服务费、人工成本、运行维护费、不可预见费进行项 目的投资预算和汇总。 6.项目可行性分析 可行性分析是通过对项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资 金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方

33、面进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社 会环境影响进行预测，从而提出该项目是否值得投资和如何进行建设的意见。这是为项目决策提供依据的一种综合性的系统分析 方法。可行性分析应具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。 7.项目实施计划 项目实施计划包括项目实施的组织，落实总项目和分项目的负责人和团队，编制项目实施进度，明确项目实施的先后顺序、 内容、时间进度，以及关键节点。 8.项目评审 图2.1中的项目评审只体现了项目的最终评审。实际上项目评审要多次进行。项目的总体方针、目标、基本内容确定后，就 要进行初步评审。每一个单项初步方案出来后也要评审，然后才是最终评审

34、。最终评审要由领导班子成员、项目相关的部门、外 部专家组成评审组，听取项目组的方案汇报、评审组的质询和答辩。达到评审要求则组织实施，否则修改设计，直至达标。 下面仅对需求分析和优化设计方法进行深入讨论。 2.2 智能工厂设计需求分析 我们在这里不讲战略规划的方法，假设企业已经通过战略分析制定了战略规划，但是在做智能工厂规划设计时，还要站在智 能工厂的高度回顾和梳理战略分析，进行智能工厂的需求分析，制定智能工厂规划设计的方针、目标、需求，为细部设计提供依 据。智能工厂需求分析如图2.2所示。 图2.2 智能工厂需求分析 2.2.1 外部环境分析 外部环境分析有多种模型可供选择。下面重点介绍五力模

35、型和竞争态势分析模型。 1.五力模型 首先要对外部市场竞争环境进行分析，迈克尔波特（Michael Porter）提出的五力模型，是企业制定竞争战略时经常使用 的战略分析工具。他认为，行业中存在着决定竞争规模和程度的五种力量，这五种力量综合起来影响着产业的吸引力。五种力量 分别为进入壁垒、替代品威胁、买方议价能力、卖方议价能力以及行业竞争程度。五力模型如图2.3所示。 图2.3 竞争环境分析五力模型 （1）供应商因素 供方力量的强弱主要取决于他们所提供给买方的投入要素，当供方所提供的投入要素价值构成了买方产品总成本的较大比 例、对买方产品生产过程非常重要，或者严重影响买方产品的质量时，供方对于

36、买方的潜在讨价还价力量就大大增强。例如供方 被一些具有比较稳固市场地位而不受市场剧烈竞争困扰的企业所控制，其产品的买方很多，以至于每一单个买方都不可能成为供 方的重要客户，或者，供方各企业的产品各具有一定特色，以至于买方难以转换或转换成本太高，甚至很难找到可与供方企业产 品相竞争的替代品，这时供应商就成为强势供应商。航空发动机公司对飞机制造商就有较强的议价能力，谐波减速器公司对机器 人制造商有较强的议价能力，反之亦然。 （2）新进入的壁垒 新进入者在给行业带来新生产能力、新资源的同时，还希望在已被现有企业瓜分完毕的市场中争得一席之地，这就有可能会 形成与现有企业发生原材料与市场份额的竞争，最终

37、导致行业中现有企业盈利水平降低，严重的话还有可能危及这些企业的生 存。新进入的威胁严重程度取决于进入该新领域的壁垒。进入壁垒主要包括生产许可、规模经济、产品差异、资本需要、转换成 本、销售渠道开拓、政府行为与政策等。例如，要想新进入汽车、军工领域，就有很高的进入壁垒。 （3）买方因素 买方主要通过压价、要求提供较高的产品或服务质量的能力，来影响行业中现有企业的盈利能力。其买方议价能力影响主要 有：买方的总数较少，而每个购买者的购买量较大，占了供应方销售量的很大比例。供应方行业由大量相对来说规模较小的企业 组成，买方所购买的基本上是一种标准化产品，所以同时向多个供主购买产品在经济上也完全可行。这

38、样，买方的议价能力就很 强，反之亦然。例如，铁路总公司对铁路车辆购买的议价能力就很强。 （4）替代品威胁 两个处于同行业或不同行业中的企业，可能会由于所生产的产品是互为替代品，从而在它们之间产生相互竞争行为，这种源 自于替代品的竞争会以各种形式影响行业中现有企业的竞争战略。例如，现有企业产品售价及获利潜力的提高，将由于存在着能 被用户方便接受的替代品而受到限制。由于替代品生产者的侵入，使得现有企业必须提高产品质量，或者通过降低成本来降低售 价，或者使其产品具有特色，否则其销量与利润增长的目标就有可能受挫。源自替代品生产者的竞争强度，受产品买方转换成本 高低的影响。总之，替代品价格越低、质量越好

39、、用户转换成本越低，其所能产生的竞争压力就强；而这种来自替代品生产者的 竞争压力的强度，可以具体通过考察替代品销售增长率、替代品厂家生产能力与盈利扩张情况来加以描述。例如，数码相机的出 现，胶卷相机和胶卷产品几乎彻底覆灭；智能手机的出现，一大批普通手机生产商倒下。 （5）行业竞争程度 企业为获得相对于竞争对手的优势，必然会产生冲突与对抗，企业之间的竞争不可避免。现有企业之间的竞争常常表现在价 格、广告、产品介绍、售后服务等方面，其竞争强度与许多因素有关：行业进入障碍较低，势均力敌的竞争对手较多，竞争参与 者范围广泛；市场趋于成熟，产品需求增长缓慢；竞争者企图采用降价等手段促销；竞争者提供几乎相

40、同的产品或服务，用户转 换成本很低；行业外部实力强大的公司在接收了行业中实力薄弱的企业后，发起进攻性行动，结果使得刚被接收的企业成为市场 的主要竞争者；退出壁垒较高，即退出竞争要比继续参与竞争代价更高。出现上述情况说明行业竞争非常激烈，一定要有应对措 施。 企业对每一类产品或服务都要进行竞争力的分析，从而确定企业产品技术在行业中的竞争能力，明确发展的方向。 2.竞争态势分析 竞争态势矩阵（Competitive Profile Matrix，CPM矩阵）用于比较公司之间的竞争优势，确定企业竞争能力的强弱。竞争 态势分析步骤如图2.4所示。 图2.4 竞争态势分析步骤 首先确定行业竞争的关键因素

41、，再根据每个因素对该行业中成功经营的相对重要程度，确定每个因素的权重，权重和为1。 筛选出关键竞争对手后，按每个因素对企业进行评分，分析各自的优势所在和优势大小。将各评分与相应的权重相乘，得出各竞 争者各因素的加权评分值，再相加后得到企业的总加权分，即可在总体上判断企业的竞争力。表2.1是一个竞争态势的实例。 表2.1 竞争态势分析实例 表2.1中的数据说明：竞争企业比被分析公司有更强的竞争优势。 2.2.2 内部资源能力分析 企业内部资源能力分析主要介绍核心竞争能力分析和价值链分析。 1.核心竞争能力分析 1990年，美国著名管理学者加里哈默尔和普拉哈拉德提出了核心竞争力（Core Comp

42、etence）的战略分析模型。它与前 面波特的五力模型不同，五力模型是自外而内的战略，他将市场、竞争对手、消费者置于战略设计流程的出发点上。而核心竞争 力理论恰好与其相反，它是一个自内而外的战略，该理论认为从长远来看，企业的竞争优势取决于企业能否以低成本并以超过对 手的速度构建核心竞争力。企业核心竞争力是建立在企业核心资源基础上的企业技术、产品、管理、文化等的综合优势在市场上 的反映，是企业在经营过程中形成的独特能力。 企业核心竞争力的识别标准有以下4个： （1）价值性 这种能力首先能很好地实现顾客所看重的价值，如：能显著地降低成本，提高产品质量，提高服务效率，增加顾客的价值， 从而给企业带来

43、竞争优势。 （2）稀缺性 这种能力必须是稀缺的，只有少数的企业拥有它。 （3）不可替代性 竞争对手无法通过其他能力来替代它，它在为顾客创造价值的过程中具有不可替代的作用。 （4）难以模仿性 核心竞争力还必须是企业所特有的，并且是竞争对手难以模仿的，也就是说它不像材料、机器设备那样能在市场上购买到， 而是难以转移或复制的。这种难以模仿的能力可为企业带来超过平均水平的利润。 那么，如何辨识和建立企业的核心竞争能力呢？ 企业核心竞争力辨识可以首先从企业的资源和能力入手，从中发现企业的竞争力，然后再确定哪些竞争力能够构成核心竞争 力。具体操作可分为以下4个步骤。 1）资源和能力分析。建立企业竞争力分析

44、指标体系，测度企业内外部资源和技术能力及支撑能力指标的表现。例如，对于 一个机械制造业的企业，其竞争能力的指标至少应包括：市场营销能力、产品创新研发能力、生产经营管控能力、制造装备能 力、客户服务能力、经营决策能力和财务能力。上述指标中实际上还包含着人力资源、知识资产、企业文化、品牌的能力、获取 外部资源的能力等。 2）竞争力分析。用前面讲述的竞争态势分析模型，制定竞争力指标体系，给每个指标赋予权重和分数，将各评价分数与相 应的权重相乘，得出各竞争者各因素的加权评分值，相加得到企业的总加权分，从而在总体上判断企业的竞争力。比较本企业与 同行业其他企业的表现，找出相对于其他企业的优势资源和能力，

45、从中界定出本企业的竞争力组合。 3）核心竞争力分析。对竞争力组合因素，逐一检验是否符合核心竞争力的特征，即是否符合企业的发展和竞争战略，与企 业的目标和长远规划相一致；是否具有价值，能够提高企业经营管理效率，降低成本，对最终产品中的顾客利益有突出贡献；是 否具有独特性，独具特色和个性，有助于企业进行差异化经营；是否难于模仿，难以被其他企业学习；是否不可替代，难以被竞 争对手所替代；是否能提供进入市场的潜能，衍生出一系列的产品和服务满足市场需求，有利于扩大经营范围。 4）打造核心竞争能力。一旦确定了企业的核心竞争能力，如何提升和创建这些核心竞争能力，就是我们智能工厂设计的目 标和需求。我们要应用

46、一切信息技术手段与工业技术的融合，通过智能工厂的设计和实施，切实提升和打造企业的核心竞争能 力。 2.价值链分析 由美国哈佛商学院迈克尔波特提出的“价值链分析法”（见图2.5），把企业内外价值增加的活动分为基本活动和支持性活 动，基本活动涉及企业进料后勤、生产、发货后勤、销售、售后服务。支持性活动涉及人力资源管理、财务、计划、研究与开 发、采购等，基本活动和支持性活动构成了企业的价值链。在不同的企业参与的价值活动中，并不是每个环节都创造价值，实际 上只有某些特定的价值活动才真正创造价值，这些真正创造价值的经营活动，就是价值链上的“战略环节”。企业要保持的竞争 优势，实际上就是企业在价值链某些特

47、定的战略环节上的优势。运用价值链的分析方法来确定核心竞争力，就是要求企业密切关 注组织的资源状态，要求企业特别关注和培养在价值链的关键环节上获得重要的核心竞争力，以形成和巩固企业在行业内的竞争 优势。 图2.5 价值链分析 价值活动是企业所从事的物质上和技术上的界限分明的各项活动，这些活动是企业创造对买方有价值的产品的基石。利润是 总价值与从事各种价值活动的总成本之差。 涉及各种基本活动的有以下5种类型： （1）进料后勤 与接收、存储和分配相关联的各种活动，如原材料搬运、仓储、库存控制、车辆调度和向供应商退货。 （2）生产 与将投入转化为最终产品形式相关的各种活动，如机械加工、包装、组装、设备

48、维护、检测等。 （3）发货后勤 与集中、存储和将产品发送给买方有关的各种活动，如产成品库存管理、原材料搬运、送货车辆调度等。 （4）销售 与提供买方购买产品的方式和引导它们进行购买的各种相关活动，如广告、促销、销售队伍、渠道建设等。 （5）售后服务 与提供服务以增加或保持产品价值有关的各种活动，如安装、维修、培训、零部件供应等。 涉及各种支持性活动的有4种基本类型： （1）采购管理 指购买用于企业价值链各种投入的活动，采购既包括企业生产原料的采购，也包括支持性活动相关的购买行为，如研发设备 的购买等；另外还包含物料的管理作业。 （2）研究与开发 每项价值活动都包含着技术成分，无论是技术诀窍、程

49、序，还是在工艺设备中所体现出来的技术。 （3）人力资源管理 包括各种涉及所有类型人员的招聘、雇佣、培训、开发和报酬等各种活动。人力资源管理不仅对基本和支持性活动起到辅助 作用，而且支撑着整个价值链。 （4）企业基础设施 企业基础设施和制度支撑了企业的价值链条，如：会计制度、生产计划、采购制度、销售制度、行政流程等。 对于企业价值链进行分析的目的在于分析公司运行的哪些环节可以提高客户价值或降低生产成本，目前管理中存在什么问 题，如何提升战略环节的价值创造。对于任意一个价值增加行为，关键问题如下： 1）是否可以在降低成本的同时维持价值（收入）不变； 2）是否可以在提高价值的同时保持成本不变； 3）是否可以在降低工序投入的同时保持成本收入不变； 4）更为重要的是，企业能否可以同时实现上述1）、2）、3）条。 价值链的框架是将链条从基础材料到最终用户分解为独立工序，以理解成本行为和差异来源。通过分析每道工序系统的成 本、收入和价值，业务部门可以获得成本差异、累计优势。 2.2.3 SWOT分析 在做完外部市场环境分析和内部资源能力分析之后，我们需要进行SWOT分析。SWOT是一种战略分析方法，用来确定企业 本身的竞争优势（strength）