智能工廠建設(shè)的主要模式及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

智能工廠是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體，主要通過構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng),、網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施,，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化,。智能工廠已經(jīng)具有了自主能力，可采集,、分析,、判斷、規(guī)劃,；通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè),，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過程,。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成*系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào),、重組及擴(kuò)充特性,。系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力,。因此,，智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機(jī)交互,。

一,、智能工廠主要建設(shè)模式

由于各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)流程不同，加上各個(gè)行業(yè)智能化情況不同,，智能工廠有以下幾個(gè)不同的建設(shè)模式,。

種模式是從生產(chǎn)過程數(shù)字化到智能工廠。在石化,、鋼鐵,、冶金、建材,、紡織,、造紙、醫(yī)藥,、食品等流程制造領(lǐng)域,，企業(yè)發(fā)展智能制造的內(nèi)在動(dòng)力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控，側(cè)重從生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)起步,，基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變,。因此其智能工廠建設(shè)模式為：一是推進(jìn)生產(chǎn)過程數(shù)字化，在生產(chǎn)制造,、過程管理等單個(gè)環(huán)節(jié)信息化系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上,，構(gòu)建覆蓋全流程的動(dòng)態(tài)透明可追溯體系,，基于統(tǒng)一的可視化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程跨部門協(xié)同控制；二是推進(jìn)生產(chǎn)管理一體化,，搭建企業(yè)CPS系統(tǒng),，深化生產(chǎn)制造與運(yùn)營管理、采購銷售等核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成,，促進(jìn)企業(yè)內(nèi)部資源和信息的整合和共享,；三是推進(jìn)供應(yīng)鏈協(xié)同化，基于原材料采購和配送需求,，將CPS系統(tǒng)拓展至供應(yīng)商和物流企業(yè),，橫向集成供應(yīng)商和物料配送協(xié)同資源和網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)外部原材料供應(yīng)和內(nèi)部生產(chǎn)配送的系統(tǒng)化,、流程化,，提高工廠內(nèi)外供應(yīng)鏈運(yùn)行效率；四是整體打造大數(shù)據(jù)化智能工廠,，推進(jìn)端到端集成,，開展個(gè)性化定制業(yè)務(wù)。

第二種模式是從智能制造生產(chǎn)單元（裝備和產(chǎn)品）到智能工廠,。在機(jī)械,、汽車、航空,、船舶,、輕工、家用電器和電子信息等離散制造領(lǐng)域,，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價(jià)值空間,，側(cè)重從單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長,。因此其智能工廠建設(shè)模式為：一是推進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備（生產(chǎn)線）智能化,，通過引進(jìn)各類符合生產(chǎn)所需的智能裝備，建立基于CPS系統(tǒng)的車間級(jí)智能生產(chǎn)單元,，提高jingzhun制造,、敏捷制造能力。二是拓展基于產(chǎn)品智能化的增值服務(wù),，利用產(chǎn)品的智能裝置實(shí)現(xiàn)與CPS系統(tǒng)的互聯(lián)互通,，支持產(chǎn)品的遠(yuǎn)程故障診斷和實(shí)時(shí)診斷等服務(wù)；三是推進(jìn)車間級(jí)與企業(yè)級(jí)系統(tǒng)集成,，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和經(jīng)營的無縫集成和上下游企業(yè)間的信息共享,，開展基于橫向價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同創(chuàng)新。四是推進(jìn)生產(chǎn)與服務(wù)的集成,，基于智能工廠實(shí)現(xiàn)服務(wù)化轉(zhuǎn)型,，提高產(chǎn)業(yè)效率和核心競(jìng)爭(zhēng)力,。

例如，廣州數(shù)控通過利用工業(yè)以太網(wǎng)將單元級(jí)的傳感器,、工業(yè)機(jī)器人,、數(shù)控機(jī)床，以及各類機(jī)械設(shè)備與車間級(jí)的柔性生產(chǎn)線總控制臺(tái)相連,，利用以太網(wǎng)將總控臺(tái)與企業(yè)管理級(jí)的各類服務(wù)器相連,，再通過互聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)管理系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)相連，打通了產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)通道,，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集分析和故障監(jiān)測(cè)診斷,。三一重工的18號(hào)廠房是總裝車間，有混凝土機(jī)械,、路面機(jī)械,、港口機(jī)械等多條裝配線，通過在生產(chǎn)車間建立“部件工作中心島”,，即單元化生產(chǎn),，將每一類部件從生產(chǎn)到下線suoyou工藝集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，猶如在一個(gè)獨(dú)立的“島嶼”內(nèi)完成全部生產(chǎn),。這種組織方式，打破了傳統(tǒng)流程化生產(chǎn)線呈直線布置的弊端,，在保證結(jié)構(gòu)件制造工藝不改變,、生產(chǎn)人員不增加的情況下，實(shí)現(xiàn)了減少占地面積,、提高生產(chǎn)效率,、降低運(yùn)行成本的目的。目前,，三一重工已建成車間智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和刀具管理系統(tǒng),、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統(tǒng)、計(jì)劃,、物流,、質(zhì)量管控系統(tǒng)、生產(chǎn)控制中心（PCC）中央控制系統(tǒng)等智能系統(tǒng),，還與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機(jī)械手,、基于DNC系統(tǒng)的車間設(shè)備智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智能化立體倉庫與AGV運(yùn)輸軟硬件系統(tǒng),、基于RFID設(shè)備及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的物料和資源跟蹤定位系統(tǒng),、gaoji計(jì)劃排程系統(tǒng)（APS）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）,、物流執(zhí)行系統(tǒng)（LES）,、在線質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)（SPC）,、生產(chǎn)控制中心管理決策系統(tǒng)等關(guān)鍵核心智能裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造資源跟蹤,、生產(chǎn)過程監(jiān)控,，計(jì)劃、物流,、質(zhì)量集成化管控下的均衡化混流生產(chǎn),。

第三種模式是從個(gè)性化定制到互聯(lián)工廠。在家電,、服裝,、家居等距離用戶zui近的消費(fèi)品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點(diǎn)在于充分滿足消費(fèi)者多元化需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn),，側(cè)重通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開展大規(guī)模個(gè)性定制模式創(chuàng)新,。因此其智能工廠建設(shè)模式為：一是推進(jìn)個(gè)性化定制生產(chǎn)，引入柔性化生產(chǎn)線,，搭建互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),，促進(jìn)企業(yè)與用戶深度交互、guangfan征集需求,，基于需求數(shù)據(jù)模型開展精益生產(chǎn),；二是推進(jìn)設(shè)計(jì)虛擬化，依托互聯(lián)網(wǎng)逆向整合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),，打通設(shè)計(jì),、生產(chǎn)、服務(wù)數(shù)據(jù)鏈,，采用虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝,；三是推進(jìn)制造網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化，變革傳統(tǒng)垂直組織模式,，以扁平化,、虛擬化新型制造平臺(tái)為紐帶集聚產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，發(fā)展遠(yuǎn)程定制,、異地設(shè)計(jì),、當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造新模式。

二,、國內(nèi)外智能工廠建設(shè)的現(xiàn)狀

近年來,，各主要經(jīng)濟(jì)體都在大力推進(jìn)制造業(yè)的復(fù)興。在工業(yè)4.0,、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等熱潮下，眾多youxiu制造企業(yè)都開展了智能工廠建設(shè)實(shí)踐,。

例如,，西門子安貝格電子工廠實(shí)現(xiàn)了多品種工控機(jī)的混線生產(chǎn)；FANUC公司實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人和伺服電機(jī)生產(chǎn)過程的高度自動(dòng)化和智能化,，并利用自動(dòng)化立體倉庫在車間內(nèi)的各個(gè)智能制造單元之間傳遞物料,，實(shí)現(xiàn)了zui高720小時(shí)無人值守；施耐德電氣實(shí)現(xiàn)了電氣開關(guān)制造和包裝過程的全自動(dòng)化,；美國哈雷戴維森公司guangfan利用以加工中心和機(jī)器人構(gòu)成的智能制造單元,，實(shí)現(xiàn)大批量定制；三菱電機(jī)名古屋制作所采用人機(jī)結(jié)合的新型機(jī)器人裝配產(chǎn)線,，實(shí)現(xiàn)從自動(dòng)化到智能化的轉(zhuǎn)變,，xianzhu提高了單位生產(chǎn)面積的產(chǎn)量；重卡*MAN公司搭建了完備的廠內(nèi)物流體系,，利用AGV裝載進(jìn)行裝配的部件和整車,，便于靈活調(diào)整裝配線，并建立了物料超市,，取得明顯成效,。

當(dāng)前，我國制造企業(yè)面臨著巨大的轉(zhuǎn)型壓力,。一方面,，勞動(dòng)力成本迅速攀升、產(chǎn)能過剩,、競(jìng)爭(zhēng)激烈,、客戶個(gè)性化需求日益增長等因素，迫使制造企業(yè)從低成本競(jìng)爭(zhēng)策略轉(zhuǎn)向建立差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。在工廠層面，制造企業(yè)面臨著招工難,，以及缺乏專業(yè)技師的巨大壓力,，必須實(shí)現(xiàn)減員增效，迫切需要推進(jìn)智能工廠建設(shè),。另一方面,，物聯(lián)網(wǎng)、協(xié)作機(jī)器人,、增材制造,、預(yù)測(cè)性維護(hù)、機(jī)器視覺等新興技術(shù)迅速興起,，為制造企業(yè)推進(jìn)智能工廠建設(shè)提供了良好的技術(shù)支撐,。再加上guojia和地方政府的大力扶持，使各行業(yè)越來越多的大中型企業(yè)開啟了智能工廠建設(shè)的征程。

我國汽車,、家電,、軌道交通、食品飲料,、制藥,、裝備制造、家居等行業(yè)的企業(yè)對(duì)生產(chǎn)和裝配線進(jìn)行自動(dòng)化,、智能化改造,，以及建立全新的智能工廠的需求十分旺盛，涌現(xiàn)出海爾,、美的,、東莞勁勝、尚品宅配等智能工廠建設(shè)的樣板,。

例如,，海爾佛山滾筒洗衣機(jī)工廠可以實(shí)現(xiàn)按訂單配置、生產(chǎn)和裝配,，采用高柔性的自動(dòng)無人生產(chǎn)線,，guangfan應(yīng)用精密裝配機(jī)器人，采用MES系統(tǒng)全程訂單執(zhí)行管理系統(tǒng),，通過RFID進(jìn)行全程追溯,，實(shí)現(xiàn)了機(jī)機(jī)互聯(lián)、機(jī)物互聯(lián)和人機(jī)互聯(lián),；尚品宅配實(shí)現(xiàn)了從款式設(shè)計(jì)到構(gòu)造尺寸的quanfangwei個(gè)性定制,，建立了高度智能化的生產(chǎn)加工控制系統(tǒng)，能夠滿足消費(fèi)者個(gè)性化定制所產(chǎn)生的特殊尺寸與構(gòu)造板材的切削加工需求,；東莞勁勝全面采用國產(chǎn)加工中心,、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和國產(chǎn)工業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和車間聯(lián)網(wǎng),，建立了工廠的數(shù)字映射模型（Digital Twin）,，構(gòu)建了手機(jī)殼加工的智能工廠。

但是,，我國制造企業(yè)在推進(jìn)智能工廠建設(shè)方面,，還存在諸多問題與誤區(qū)：

① 盲目購買自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化產(chǎn)線。很多制造企業(yè)仍然認(rèn)為推進(jìn)智能工廠就是自動(dòng)化和機(jī)器人化,，盲目追求“黑燈工廠”,，推進(jìn)單工位的機(jī)器人改造，推行機(jī)器換人,，上馬只能加工或裝配單一產(chǎn)品的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線,。只注重購買數(shù)控設(shè)備，但卻沒有配備相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。

② 尚未實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和車間聯(lián)網(wǎng),。企業(yè)在購買設(shè)備時(shí)沒有要求開放數(shù)據(jù)接口,，大部分設(shè)備還不能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，沒有實(shí)現(xiàn)車間聯(lián)網(wǎng),。目前,，各大自動(dòng)化廠商都有自己的工業(yè)總線和通信協(xié)議，OPC UA標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用還不普及,。

③ 工廠運(yùn)營層還是黑箱,。在工廠運(yùn)營方面還缺乏信息系統(tǒng)支撐，車間仍然是一個(gè)黑箱,，生產(chǎn)過程還難以實(shí)現(xiàn)全程追溯,，與生產(chǎn)管理息息相關(guān)的制造BOM數(shù)據(jù)、工時(shí)數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確,。

④ 設(shè)備績效不高,。生產(chǎn)設(shè)備沒有得到充分利用，設(shè)備的健康狀態(tài)未進(jìn)行有效管理,，常常由于設(shè)備故障造成非計(jì)劃性停機(jī),，影響生產(chǎn)。

⑤ 依然存在大量信息化孤島和自動(dòng)化孤島,。智能工廠建設(shè)涉及到智能裝備,、自動(dòng)化控制、傳感器,、工業(yè)軟件等領(lǐng)域的供應(yīng)商,，集成難度很大。很多企業(yè)不僅存在諸多信息孤島,，也存在很多自動(dòng)化孤島,，自動(dòng)化生產(chǎn)線沒有進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，生產(chǎn)線之間還需要中轉(zhuǎn)庫轉(zhuǎn)運(yùn),。

究其原因,，是智能制造和智能工廠涵蓋領(lǐng)域很多，系統(tǒng)極其復(fù)雜,，企業(yè)還缺乏深刻理解,。在這種狀況下,，制造企業(yè)不能貿(mào)然推進(jìn),，搞“大躍進(jìn)”，以免造成企業(yè)的投資打水漂,。應(yīng)當(dāng)依托有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu),，結(jié)合企業(yè)內(nèi)部的IT、自動(dòng)化和精益團(tuán)隊(duì)，高層積極參與,，根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝,，做好需求分析和整體規(guī)劃，在此基礎(chǔ)上穩(wěn)妥推進(jìn),，才能取得實(shí)效,。