當今世界，從傳統(tǒng)制造業(yè)走向先進的智能工業(yè)，有美國和德國兩個樣本可循。雖然美國與德國切入未來智能工業(yè)的角度不同，但都離不開制造業(yè)這核心，由制造向“智”造的全面升級。那么，如何實現(xiàn)智能制造，數(shù)字工廠與智能工廠又有什么含義?

工業(yè)4.0與平臺經濟密切相關，最重要的關聯(lián)點就是智能工廠。在智能工廠中，整個生產流程和供應鏈都是虛擬的，而且高度柔性化，最極端的批量為1件產品。而這些都是由單獨的個人訂單所驅動。在智能工廠可以廣泛地生產智能產品，后者是高度互聯(lián)的物理實體、設備和機器，從而產生大量的數(shù)據。通過有意義的分析、解讀、連接和補充，這些數(shù)據可以重新定義，成為“智能數(shù)據”。

在制造業(yè)中，無論稱為工業(yè)4.0或工業(yè)互聯(lián)網，其本質均是機器的連接，包括將機器與機器互聯(lián)，與專家系統(tǒng)互聯(lián)以及與管理執(zhí)行系統(tǒng)互聯(lián)等。

工業(yè)互聯(lián)網不僅是將工業(yè)網絡擴展到設備級架構，還包括將安全、運動、機器對機器智能、自動維護資源和企業(yè)連接性融入到目前難以企及的制造智能。

多位一體構建集成自動化、信息化、智能化的智能制造車間

智能工廠建設的六個要素

1、設備互聯(lián)：能夠實現(xiàn)設備與設備互聯(lián)（M2M），通過與設備控制系統(tǒng)集成，以及外接傳感器等方式，由SCADA（數(shù)據采集與監(jiān)控系統(tǒng)）實時采集設備的狀態(tài)，生產完工的信息、質量信息，并通過應用RFID（無線射頻技術）、條碼（一維和二維）等技術，實現(xiàn)生產過程的可追溯。

2、工業(yè)軟件：廣泛應用MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、APS（先進生產排程）、能源管理、質量管理等工業(yè)軟件，實現(xiàn)生產現(xiàn)場的可視化和透明化。在新建工廠時，可以通過數(shù)字化工廠仿真軟件，進行設備和產線布局、工廠物流、人機工程等仿真，確保工廠結構合理。在推進數(shù)字化轉型的過程中，必須確保工廠的數(shù)據安全和設備和自動化系統(tǒng)安全。在通過專業(yè)檢測設備檢出次品時，不僅要能夠自動與合格品分流，而且能夠通過SPC（統(tǒng)計過程控制）等軟件，分析出現(xiàn)質量問題的原因。

3、精益生產：體現(xiàn)工業(yè)工程和精益生產的理念，能夠實現(xiàn)按訂單驅動，拉動式生產，盡量減少在制品庫存，消除浪費。推進智能工廠建設，要充分結合企業(yè)產品和工藝特點。在研發(fā)階段也需要大力推進標準化、模塊化和系列化，奠定推進精益生產的基礎。

4、柔性自動化：結合企業(yè)的產品和生產特點，持續(xù)提升生產、檢測和工廠物流的自動化程度。產品品種少、生產批量大的企業(yè)可以實現(xiàn)高度自動化，乃至建立黑燈工廠；小批量、多品種的企業(yè)則應當注重少人化、人機結合，不要盲目推進自動化，應當特別注重建立智能制造單元。工廠的自動化生產線和裝配線應當適當考慮冗余，避免由于關鍵設備故障而停線；同時，應當充分考慮如何快速換模，能夠適應多品種的混線生產。物流自動化對于實現(xiàn)智能工廠至關重要，企業(yè)可以通過AGV、行架式機械手、懸掛式輸送鏈等物流設備實現(xiàn)工序之間的物料傳遞，并配置物料超市，盡量將物料配送到線邊。質量檢測的自動化也非常重要，機器視覺在智能工廠的應用將會越來越廣泛。此外，還需要仔細考慮如何使用助力設備，減輕工人勞動強度。

5、環(huán)境友好：實現(xiàn)綠色制造，能夠及時采集設備和產線的能源消耗，實現(xiàn)能源高效利用。在危險和存在污染的環(huán)節(jié)，優(yōu)先用機器人替代人工，能夠實現(xiàn)廢料的回收和再利用。

6、實時洞察：從生產排產指令的下達到完工信息的反饋，實現(xiàn)閉環(huán)。通過建立生產指揮系統(tǒng)，實時洞察工廠的生產、質量、能耗和設備狀態(tài)信息，避免非計劃性停機。通過建立工廠的Digital Twin（數(shù)字映射），方便地洞察生產現(xiàn)場的狀態(tài)，輔助各級管理人員做出正確決策。

智能工廠不僅生產過程應實現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，而且，在產品檢測、質量檢驗和分析、生產物流等環(huán)節(jié)也應當與生產過程實現(xiàn)閉環(huán)集成。一個工廠的多個車間之間也要實現(xiàn)信息共享、準時配送和協(xié)同作業(yè)。

智能工廠具有的特征

智能工廠的成功之道

1、 進行整體規(guī)劃

實現(xiàn)IT系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)的信息集成；處理來源多樣的異構數(shù)據，包括設備、生產、物料、質量、能耗等海量數(shù)據；應當進行科學的廠房布局規(guī)劃，在滿足生產工藝要求，優(yōu)化業(yè)務流程的基礎上，提升物流效率，提高工人工作的舒適程度。智能工廠的推進需要企業(yè)的IT部門、自動化部門、精益推進部門和業(yè)務部門的通力合作。制造企業(yè)應當做好智能工廠相關技術的培訓，選擇有實戰(zhàn)經驗的智能制造咨詢服務機構，共同規(guī)劃推進智能工廠建設的藍圖。在規(guī)劃時應注意行業(yè)差異性，因為不同行業(yè)的產品制造工藝差別很大，智能工廠建設的目標和重點也有顯著差異。

2、 建立明確的標準體系

在智能工廠的建設中，企業(yè)往往會忽視管理與技術標準的建立，容易造成缺少數(shù)據標準，一物多碼；作業(yè)標準執(zhí)行不到位；缺失設備管理標準，不同的設備采用不同的通訊協(xié)議，造成設備集成難度大；管理流程復雜，職權利不匹配；質檢標準執(zhí)行不到位，導致批次質量問題多等問題。因此，需要建立明確的智能工廠標準，例如，業(yè)務流程管理規(guī)范、設備點檢維護標準和智能工廠評估標準等管理規(guī)范，智能裝備標準、智能工廠系統(tǒng)集成標準、工業(yè)互聯(lián)網標準以及主數(shù)據管理標準等技術標準。

3、 重視智能加工單元建設

目前，智能加工單元在我國制造企業(yè)的應用還處于起步階段，但必然是發(fā)展的方向。智能加工單元可以利用智能技術將CNC、工業(yè)機器人、加工中心以及自動化程度較低的設備集成起來，使其具有更高的柔性，提高生產效率。

4、強調人機協(xié)作而不是機器換人

智能工廠的終極目標并不是要建設成無人工廠，而應追求在合理成本的前提下，滿足市場個性化定制的需求。因此，人機協(xié)作將成為智能工廠未來發(fā)展的主要趨勢。人機協(xié)作的最大特點是可以充分利用人的靈活性完成復雜多變的工作任務，在關鍵崗位上，更需要人的判斷能力和決策能力顯得更為重要，而機器人則擅長重復勞動。

5、積極應用新興技術

未來，AR（Augmented Reality，增強現(xiàn)實）技術，將被大量應用到工廠的設備維護和人員培訓中。工人帶上AR眼鏡，就可以“看到”需要操作的工作位置。例如，需要擰緊螺栓的地方，當擰到位時，會有相應提示，從而提高作業(yè)人員的工作效率；維修人員可以通過實物掃碼，使虛擬模型與實物模型重合疊加，同時在虛擬模型中顯示出設備型號、工作參數(shù)等信息，并根據AR中的提示進行維修操作；AR技術還可以幫助設備維修人員將實物運行參數(shù)與數(shù)字模型進行對比，盡快定位問題，并給予可能的故障原因分析。此外，數(shù)字工廠仿真技術可以基于離散事件建模、3D幾何建模、可視化仿真與優(yōu)化等技術實現(xiàn)對工廠靜態(tài)布局、動態(tài)物流過程等綜合仿真和分析，從而能夠先建立數(shù)字化的生產系統(tǒng)甚至全部工廠，依據既定工藝進行運行仿真。

智能工廠架構

智能工廠的管理體系組成

在信息化時代企業(yè)管理，統(tǒng)籌規(guī)劃，提高效率的一種管理思想，面對相似流程、相似問題的一種成熟的解決方案。

1、PLM (product lifecycle management) 產品生命周期管理；

2、ERP(Enterprise Resource Planning) 企業(yè)資源計劃；

3、 SCM (Supply chain management) 供應鏈管理；

4、 CRM(Customer Relationship Management) 客戶關系管理；

5、 MES(Manufacturing Execution System) 制造企業(yè)生產過程執(zhí)行管理系統(tǒng)。