什么是智能工廠建設(shè)的重點和模式

近年來，全球各主要經(jīng)濟體都在大力推進制造業(yè)的復(fù)興。在工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等熱潮下，全球眾多優(yōu)秀制造企業(yè)都開展了智能工廠建設(shè)實踐。

據(jù)中國工程院院長周濟介紹，智能生產(chǎn)是智能制造的主線，而智能工廠是智能生產(chǎn)的主要載體。隨著新一代人工智能的應(yīng)用，今后20年，中國企業(yè)將要向自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自控制的新一代智能工廠進軍。新一代人工智能技術(shù)和先進制造技術(shù)的融合，將使得生產(chǎn)線、車間、工廠發(fā)生革命性大變革，提升到歷史性的新高度，將從根本上提高制造業(yè)質(zhì)量、效率和企業(yè)競爭力。在今后相當一段時間里面，生產(chǎn)線、車間，工廠的智能升級將成為推進智能制造的一個主要戰(zhàn)場。

一、智能工廠的內(nèi)涵及建設(shè)重點

智能工廠是實現(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)進行推理預(yù)測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實境擴增展示設(shè)計與制造過程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護能力。因此，智能工廠實現(xiàn)了人與機器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機交互。

人機料法環(huán)是對全面質(zhì)量管理理論中的五個影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素的簡稱。

人，指制造產(chǎn)品的人員；

機，制造產(chǎn)品所用的設(shè)備；

料，指制造產(chǎn)品所使用的原材料；

法，指制造產(chǎn)品所使用的方法；

環(huán)，指產(chǎn)品制造過程中所處的環(huán)境。

而智能生產(chǎn)就是以智能工廠為核心，將人、機、法、料、環(huán)連接起來，多維度融合的過程。

在智能工廠的體系架構(gòu)中，質(zhì)量管理的五要素也相應(yīng)的發(fā)生變化，因為在未來智能工廠中，人類、機器和資源能夠互相通信。智能產(chǎn)品“知道”它們?nèi)绾伪恢圃斐鰜淼募毠?jié)，也知道它們的用途。它們將主動地對制造流程，回答諸如“我什么時候被制造的”、“對我進行處理應(yīng)該使用哪種參數(shù)”、“我應(yīng)該被傳送到何處”等問題。

企業(yè)基于CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能工廠原型，主要包括物理層、信息層、大數(shù)據(jù)層、工業(yè)云層、決策層。其中，物理層包含工廠內(nèi)不同層級的硬件設(shè)備，從最小的嵌入設(shè)備和基礎(chǔ)元器件開始，到感知設(shè)備、制造設(shè)備、制造單元和生產(chǎn)線，相互間均實現(xiàn)互聯(lián)互通。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個“可測可控、可產(chǎn)可管”的縱向集成環(huán)境。信息層涵蓋企業(yè)經(jīng)營業(yè)務(wù)各個環(huán)節(jié)，包含研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、營銷服務(wù)、物流配送等各類經(jīng)營管理活動，以及由此產(chǎn)生的眾創(chuàng)、個性化定制、電子商務(wù)、可視追蹤等相關(guān)業(yè)務(wù)。在此基礎(chǔ)上，形成了企業(yè)內(nèi)部價值鏈的橫向集成環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流通和交換。

縱向集成和橫向集成均以CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，產(chǎn)品、設(shè)備、制造單元、生產(chǎn)線、車間、工廠等制造系統(tǒng)的互聯(lián)互通，及其與企業(yè)不同環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的集成統(tǒng)一，則是通過數(shù)據(jù)應(yīng)用和工業(yè)云服務(wù)實現(xiàn)，并在決策層基于產(chǎn)品、服務(wù)、設(shè)備管理支撐企業(yè)最高決策。這些共同構(gòu)建了一個智能工廠完整的價值網(wǎng)絡(luò)體系，為用戶提供端到端的解決方案。

由于產(chǎn)品制造工藝過程的明顯差異，離散制造業(yè)和流程制造業(yè)在智能工廠建設(shè)的重點內(nèi)容有所不同。對于離散制造業(yè)而言，產(chǎn)品往往由多個零部件經(jīng)過一系列不連續(xù)的工序裝配而成，其過程包含很多變化和不確定因素，在一定程度上增加了離散型制造生產(chǎn)組織的難度和配套復(fù)雜性。企業(yè)常常按照主要的工藝流程安排生產(chǎn)設(shè)備的位置，以使物料的傳輸距離最小。面向訂單的離散型制造企業(yè)具有多品種、小批量的特點，其工藝路線和設(shè)備的使用較靈活，因此，離散制造型企業(yè)更加重視生產(chǎn)的柔性，其智能工廠建設(shè)的重點是智能制造生產(chǎn)線。

二、智能工廠主要建設(shè)模式

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

第一種模式是從生產(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。

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)品價值空間，側(cè)重從單臺設(shè)備自動化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實現(xiàn)價值增長。

第三種模式是從個性化定制到互聯(lián)工廠。在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點在于充分滿足消費者多元化需求的同時實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)，側(cè)重通過互聯(lián)網(wǎng)平臺開展大規(guī)模個性定制模式創(chuàng)新。