扼住智能制造的喉咙——智能工厂

发布时间：2017-05-14 作者：佚名

关键字：智能制造智能工厂

收藏好文推荐打印

智能工厂是智能制造生态系统的核心，也是未来智能制造基础设施中的关键组成部分。在智能工厂中，信息物理系统将人、数据、资源进行深入融合，使产品的制造过程得以全面优化，真正实现高能效、高柔性的智能制造。

一、智能工厂概念及框架分析

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

智能工厂已经具有了自主能力，可采集、分析、判断、规划；通过整体可视技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造过程。系统中各组成部分可自行组成最佳系统结构，具备协调、重组及扩充特性。已系统具备了自我学习、自行维护能力。因此，智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，其本质是人机交互。

智能工厂由赛博空间中的虚拟数字工厂和物理系统中的实体工厂共同构成。其中，实体工厂部署有大量的车间、生产线、加工装备等，为制造过程提供硬件基础设施与制造资源，也是实际制造流程的最终载体；虚拟数字工厂则是在这些制造资源以及制造流程的数字化模型基础上，在实体工厂的生产之前，对整个制造流程进行全面的建模与验证。为了实现实体工厂与虚拟数字工厂之间的通信与融合，实体工厂的各制造单元中还配备有大量的智能元器件，用于制造过程中的工况感知与制造数据采集。在虚拟制造过程中，智能决策与管理系统对制造过程进行不断的迭代优化，使制造流程达到最优；在实际制造中，智能决策与管理系统则对制造过程进行实时的监控与调整，进而使得制造过程体现出自适应、自优化等智能化特征。

二、智能工厂建设原则及维度

1、建设原则

（1）智能工厂的实施广度

参考德国工业4.0中对“智能工厂”的定义：重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。前半句“智能化生产系统及过程”，是说除了包括智能化的机床、机器人等生产设施以外，还包括对生产过程的智能化管控，站在信息化的角度，就是智能化的MES制造执行系统。而后半句：“以及网络分布式生产设施的实现”，是指将生产所用的生产设施（如机床、热处理设备、机器人、AGV、测量测试等各种数字化设备），进行互联互通、智能化的管理，实现信息化系统与物理系统的深度融合。目前很多企业实施的DNC/MDC(设备联网、设备监控系统)是其重要的基础。

（2）智能工厂的实施深度

按照工业4.0战略的描述，理想状态的智能制造是一种高度自动化、高度信息化、高度网络化的生产模式，工厂内人、机、料自主协同，自组织、高效运转；工厂间，通过端对端集成、横向集成，实现了价值链的共享、协作，效率、成本、质量、个性化都得到了质的飞跃。

对于中国制造企业而言，现在恰逢“三期交叠”的困难期，企业希望既要符合工业4.0或者是中国制造2025的发展方向，又要投资小、见效快、确保成功率，如何在两者之间平衡，是一个很现实、也很重要的问题。

在本次智能化制造的革命中，企业一定要“着眼长远、立足当下”。既要符合工业4.0 的理念，体现出其主要特点，又要本着务实的原则实施工业4.0战略。比如，要汲取以前CIMS实施的经验与教训，不要过于理想化，不要过多强调自组织、自学习、自执行等高难度的智能技术，企业不是突破什么关键智能制造技术的研究单位，而是以创造效益为根本目的，要总体规划、分步实施，以效益为驱动，确保成功率。

在自动化的基础上，实现信息化、网络化，在管理方面深挖潜力，充分发挥人的作用，构建具有适度智能的数字化、网络化、高效化、个性化的智能生产模式，切实做到明显的“提质增效”。并以量化为指标，循序渐进，全面提升企业的竞争力。假如通过3年时间，能将设备利用率提高100%，就极有可能“确保企业的未来”，这些作法就是符合工业4.0战略思想的。

（3）建设智能工厂要有全局的、系统的思想

企业在智能工厂建设时一定要从全局思考，打造一个全面的、有体系的智能工厂管理系统，从各个方面进行优化、挖掘潜力，最大程度地提升企业的生产效率及管理水平。

2、建设维度

从6个维度的“智能”打造中国特色的智能工厂：智能计划排产、智能生产过程协同、智能设备互联互通、智能生产资源管控、智能质量过程控制、智能大数据分析与决策支持。分别从计划源头、过程协同、设备底层、资源优化、质量控制、决策支持等6个方面着手，实现全面的精细化、精准化、自动化、信息化、网络化的智能化管理与控制，既很好地符合了德国智能工厂的定义，又能与美国工业互联网、以及中国制造2025等理念完全吻合。

三、智能工厂产业布局分析

产业链示范效应信息网络技术应用从流程行业向离散行业延伸，离散制造企业开始积极布局智能工厂建设。以钢铁、石化为代表的流程制造行业较早运用信息技术进行产业改造，自动化、数字化程度较高，为物联网、移动互联、云计算等信息网络技术在流程行业的融合应用奠定了良好的基础。

相比之下，离散制造行业具有生产过程复杂、产品种类繁多、工艺路线和设备使用灵活、车间形态多样等特点，离散制造企业底层自动化、数字化的基础较为薄弱，应用信息网络技术进行智能工厂建设的难度也相对较大。

目前，信息网络技术应用已经从流程行业延伸到离散行业，汽车、电子、工程机械、航空航天等部分大型离散制造企业积极进行探索，将信息网络技术引入研发设计、生产制造、过程管理等环节，不断提升产品、装备、生产、管理和服务的智能化水平。

智能工厂促进企业间信息共享和业务协同，龙头离散制造企业智能工厂建设的产业链示范效应初步显现。智能工厂通过价值链以及信息网络，进行信息资源整合，能够实现产业链上各企业间的研发、设计、生产制造、供应链管理、服务等方面的无缝合作和综合集成，为龙头企业建设智能工厂发挥产业链示范带动效应提供了基础。

目前，工程机械行业部分龙头企业已经建立以自身为核心、上下游企业间“链合”创新的研发体系，实现研发设计环节的协同创新，提升了行业整体研发设计水平；汽车行业部分龙头企业实行模块化设计和生产，推动相关零部件供应商加大资金投入和研发力度，有效降低产业链总成本的同时，实现零部件企业的同步开发、集成制造、系统供货等。

四、智能工厂发展趋势

智能工厂将更加智能、灵活和动态。

制造工艺的组织将不同，会与整个生产链协同——从供应商到物流到产品的生命周期管理——跨越企业的各个部门紧密相连。

各个生产步骤将实现无缝连接。影响的过程将包括：工厂和生产规划；产品开发；物流；企业资源规划（ERP）；制造执行系统（MES）；控制技术；现场的各个传感器和执行器。