國家大力支持智能制造，智能制造行業(yè)未來將會進入快速發(fā)展期

智能制造是什么？

這個問題很難有一個完美而通用的解答，對于不同階段、不同規(guī)模的企業(yè)，智能制造都有不同的含義，它既可以代表了自動化和數(shù)字化生產(chǎn)，也可以代表了對生產(chǎn)流程的智能化改造。

不過幸運的是，國家在對“智能制造”的支持上并沒有太厚此薄彼，無論是各類技術(shù)改造項目，都有機會獲得國家提供的補貼。在這件事上，可以看出政府對于實現(xiàn)“中國制造2025”的決心，同時也可以發(fā)現(xiàn)，到2020年，智能制造行業(yè)一定會進入一個快速發(fā)展期。

按照兩部門聯(lián)合下發(fā)的申報通知，2018年省先進制造業(yè)發(fā)展專項資金企業(yè)技術(shù)改造項目支持重點為新產(chǎn)品開發(fā)、節(jié)能降耗、“兩化”融合。資金采取事后獎補方式，對企業(yè)技術(shù)改造項目的設(shè)備、研發(fā)投入，按照實際完成投資額（以發(fā)票為準）給予不高于30%的補助，最高不超過1000萬元。

2018年省先進制造業(yè)發(fā)展專項資金（中小企業(yè)類）項目主要支持中小企業(yè)公共服務(wù)（示范）平臺以及小型微型企業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新示范基地發(fā)展壯大，鼓勵服務(wù)平臺為中小企業(yè)提供服務(wù)。支持方式為事后獎補，同時，綜合考慮其服務(wù)中小企業(yè)數(shù)量、服務(wù)成效等因素，單個項目補助資金一般不超過300萬元。

2018年省先進制造業(yè)發(fā)展專項資金（智能化改造類）支持重點為智能車間、智能工廠和“兩化”融合。采取事后獎補方式，對企業(yè)（項目）直接進行補助，其中智能車間、智能工廠補助額度為已完成軟硬件投資額（以合同和發(fā)票為準）的8%，單個企業(yè)補助資金不超過1000萬元?！皟苫比诤涎a助額度為不高于項目已完成設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)、檢測、監(jiān)測等設(shè)備采購，軟件采購和技術(shù)投資，平臺建設(shè)和升級改造投資額（以合同和發(fā)票為準）的30%，單個項目補助資金不超過1000萬元。

建設(shè)智能工廠的方向

智能工廠具有以下六個顯著特征：

① 設(shè)備互聯(lián)。能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)（M2M），通過與設(shè)備控制系統(tǒng)集成，以及外接傳感器等方式，由SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)）實時采集設(shè)備的狀態(tài)，生產(chǎn)完工的信息、質(zhì)量信息，并通過應(yīng)用RFID（無線射頻技術(shù)）、條碼（一維和二維）等技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的可追溯。

② 廣泛應(yīng)用工業(yè)軟件。廣泛應(yīng)用MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、APS（先進生產(chǎn)排程）、能源管理、質(zhì)量管理等工業(yè)軟件，實現(xiàn)生產(chǎn)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(shè)備和產(chǎn)線布局、工廠物流、人機工程等仿真，確保工廠結(jié)構(gòu)合理。在推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，必須確保工廠的數(shù)據(jù)安全和設(shè)備和自動化系統(tǒng)安全。在通過專業(yè)檢測設(shè)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(zhì)量問題的原因。

③ 充分結(jié)合精益生產(chǎn)理念。充分體現(xiàn)工業(yè)工程和精益生產(chǎn)的理念，能夠?qū)崿F(xiàn)按訂單驅(qū)動，拉動式生產(chǎn)，盡量減少在制品庫存，消除浪費。推進智能工廠建設(shè)要充分結(jié)合企業(yè)產(chǎn)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(chǎn)的基礎(chǔ)。

④ 實現(xiàn)柔性自動化。結(jié)合企業(yè)的產(chǎn)品和生產(chǎn)特點，持續(xù)提升生產(chǎn)、檢測和工廠物流的自動化程度。產(chǎn)品品種少、生產(chǎn)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(yīng)當(dāng)注重少人化、人機結(jié)合，不要盲目推進自動化，應(yīng)當(dāng)特別注重建立智能制造單元。工廠的自動化生產(chǎn)線和裝配線應(yīng)當(dāng)適當(dāng)考慮冗余，避免由于關(guān)鍵設(shè)備故障而停線；同時，應(yīng)當(dāng)充分考慮如何快速換模，能夠適應(yīng)多品種的混線生產(chǎn)。物流自動化對于實現(xiàn)智能工廠至關(guān)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(shè)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(zhì)量檢測的自動化也非常重要，機器視覺在智能工廠的應(yīng)用將會越來越廣泛。此外，還需要仔細考慮如何使用助力設(shè)備，減輕工人勞動強度。

⑤ 注重環(huán)境友好，實現(xiàn)綠色制造。能夠及時采集設(shè)備和產(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)廢料的回收和再利用。

⑥ 可以實現(xiàn)實時洞察。從生產(chǎn)排產(chǎn)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(chǎn)指揮系統(tǒng)，實時洞察工廠的生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗和設(shè)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(chǎn)現(xiàn)場的狀態(tài)，輔助各級管理人員做出正確決策。

僅有自動化生產(chǎn)線和工業(yè)機器人的工廠，還不能稱為智能工廠。智能工廠不僅生產(chǎn)過程應(yīng)實現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，而且，在產(chǎn)品檢測、質(zhì)量檢驗和分析、生產(chǎn)物流等環(huán)節(jié)也應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)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)。

智能工廠的建設(shè)充分融合了信息技術(shù)、先進制造技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)和人工智能技術(shù)。每個企業(yè)在建設(shè)智能工廠時，都應(yīng)該考慮如何能夠有效融合這五大領(lǐng)域的新興技術(shù)，與企業(yè)的產(chǎn)品特點和制造工藝緊密結(jié)合，確定自身的智能工廠推進方案。

如何建設(shè)智能工廠的體系架構(gòu)

著名業(yè)務(wù)流程管理專家August-Wilhelm Scheer教授提出的智能工廠框架強調(diào)了MES系統(tǒng)在智能工廠建設(shè)中的樞紐作用。

智能工廠可以分為基礎(chǔ)設(shè)施層、智能裝備層、智能產(chǎn)線層、智能車間層和工廠管控層五個層級：

① 基礎(chǔ)設(shè)施層

企業(yè)首先應(yīng)當(dāng)建立有線或者無線的工廠網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)指令的自動下達和設(shè)備與產(chǎn)線信息的自動采集；形成集成化的車間聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，解決不同通訊協(xié)議的設(shè)備之間，以及PLC、CNC、機器人、儀表、傳感器和工控/IT系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)問題；利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對車間的環(huán)境，人員行為進行監(jiān)控、識別與報警；此外，工廠應(yīng)當(dāng)在溫度、濕度、潔凈度的控制和工業(yè)安全（包括工業(yè)自動化系統(tǒng)的安全、生產(chǎn)環(huán)境的安全和人員安全）等方面達到智能化水平。

② 智能裝備層

智能裝備是智能工廠運作的重要手段和工具。智能裝備主要包含智能生產(chǎn)設(shè)備、智能檢測設(shè)備和智能物流設(shè)備。制造裝備在經(jīng)歷了機械裝備到數(shù)控裝備后，目前正在逐步向智能裝備發(fā)展。智能化的加工中心具有誤差補償、溫度補償?shù)裙δ?，能夠?qū)崿F(xiàn)邊檢測、邊加工。工業(yè)機器人通過集成視覺、力覺等傳感器，能夠準確識別工件，自主進行裝配，自動避讓人，實現(xiàn)人機協(xié)作。金屬增材制造設(shè)備可以直接制造零件，DMG MORI已開發(fā)出能夠?qū)崿F(xiàn)同時實現(xiàn)增材制造和切削加工的混合制造加工中心。智能物流設(shè)備則包括自動化立體倉庫、智能夾具、AGV、桁架式機械手、懸掛式輸送鏈等。例如，F(xiàn)anuc工廠就應(yīng)用了自動化立體倉庫作為智能加工單元之間的物料傳遞工具。

③ 智能產(chǎn)線層

智能產(chǎn)線的特點是，在生產(chǎn)和裝配的過程中，能夠通過傳感器、數(shù)控系統(tǒng)或RFID自動進行生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗、設(shè)備績效（OEE）等數(shù)據(jù)采集，并通過電子看板顯示實時的生產(chǎn)狀態(tài)；通過安燈系統(tǒng)實現(xiàn)工序之間的協(xié)作；生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)快速換模，實現(xiàn)柔性自動化；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式；具有一定冗余，如果生產(chǎn)線上有設(shè)備出現(xiàn)故障，能夠調(diào)整到其他設(shè)備生產(chǎn)；針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示。

④ 智能車間層

要實現(xiàn)對生產(chǎn)過程進行有效管控，需要在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、先進生產(chǎn)排產(chǎn)（APS）、勞動力管理等軟件進行高效的生產(chǎn)排產(chǎn)和合理的人員排班，提高設(shè)備利用率（OEE），實現(xiàn)生產(chǎn)過程的追溯，減少在制品庫存，應(yīng)用人機界面（HMI），以及工業(yè)平板等移動終端，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無紙化。另外，還可以利用Digital Twin（數(shù)字映射）技術(shù)將MES系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)在虛擬的三維車間模型中實時地展現(xiàn)出來，不僅提供車間的VR（虛擬現(xiàn)實）環(huán)境，而且還可以顯示設(shè)備的實際狀態(tài)，實現(xiàn)虛實融合。

車間物流的智能化對于實現(xiàn)智能工廠至關(guān)重要。企業(yè)需要充分利用智能物流裝備實現(xiàn)生產(chǎn)過程中所需物料的及時配送。企業(yè)可以用DPS系統(tǒng)（Digital Picking System）實現(xiàn)物料揀選的自動化。

⑤ 工廠管控層

工廠管控層主要是實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控，通過生產(chǎn)指揮系統(tǒng)實時洞察工廠的運營，實現(xiàn)多個車間之間的協(xié)作和資源的調(diào)度。流程制造企業(yè)已廣泛應(yīng)用DCS或PLC控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)管控，近年來，離散制造企業(yè)也開始建立中央控制室，實時顯示工廠的運營數(shù)據(jù)和圖表，展示設(shè)備的運行狀態(tài)，并可以通過圖像識別技術(shù)對視頻監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)的問題進行自動報警。

智能改造案例

德國博世洪堡工廠

互聯(lián)網(wǎng)+二手市場互聯(lián)網(wǎng)+食品互聯(lián)網(wǎng)+外貿(mào)互聯(lián)網(wǎng)+家居互聯(lián)網(wǎng)+家電互聯(lián)網(wǎng)+超市互聯(lián)網(wǎng)+購物中心互聯(lián)網(wǎng)+百貨互聯(lián)網(wǎng)+新聞互聯(lián)網(wǎng)+娛樂電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)視頻。

作為全球第一大汽車技術(shù)供應(yīng)商，博世的汽車剎車系統(tǒng)在市場上有相當(dāng)?shù)膶嵙Α２┦篮楸すS，作為博世公司旗下智能工廠的代表，其生產(chǎn)線的特殊之處在于，所有零件都有一個獨特的射頻識別碼，能同沿途關(guān)卡自動“對話”。每經(jīng)過一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，讀卡器會自動讀出相關(guān)信息，反饋到控制中心進行相應(yīng)處理，從而提高整個生產(chǎn)效率。在洪堡工廠引入的射頻碼系統(tǒng)需幾十萬歐元，但由于庫存減少30%，生產(chǎn)效率提高10%，由此可節(jié)省上千萬歐元的成本。獨立的射頻碼給博世公司旗下工廠的20多條生產(chǎn)線帶來了低成本高效率的回報。而這種讓每個零件都能說話的技術(shù)，也是智能工廠的重要體現(xiàn)形式。

中國石化九江石化智能工廠

在工業(yè)4.0的風(fēng)潮下，中國在此方面也并非完全無所作為。九江石化作為中國的第一家智能工廠試點，為實現(xiàn)可視化、實時化、智能化的生產(chǎn)和管理要求，與華為進行戰(zhàn)略合作，在信息通信、生產(chǎn)協(xié)作、智能管理等領(lǐng)域開展廣泛合作，共同打造世界一流智能工廠的基礎(chǔ)設(shè)施。

基于華為在通信和數(shù)據(jù)信息方面的技術(shù)實力，完成了工廠LTE無線寬帶網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、存儲、巡檢終端等設(shè)備的布局。雖然，目前工廠還未達到工業(yè)4.0所要求的智能工廠的運營標準，但在未來，依靠華為在大數(shù)據(jù)，云計算方面的技術(shù)優(yōu)勢，九江石化將建設(shè)一個云數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)虛擬化、云計算等IT智能化管理，進一步節(jié)省能源消耗率，提升資源利用率，實現(xiàn)更智能化的運營。

德國安貝格西門子智能工廠

作為工業(yè)4.0概念的提出者，德國也是第一個實踐智能工廠的國家。位于德國巴伐利亞州東部城市安貝格的西門子工廠就是德國政府、企業(yè)、大學(xué)以及研究機構(gòu)合力研發(fā)全自動、基于互聯(lián)網(wǎng)智能工廠的早期案例。占地10萬平方米的廠房內(nèi)，員工僅有1000名，近千個制造單元僅通過互聯(lián)網(wǎng)進行聯(lián)絡(luò)，大多數(shù)設(shè)備都在無人力操作狀態(tài)下進行挑選和組裝。最令人驚嘆的是，在安貝格工廠中，每100萬件產(chǎn)品中，次品約為15件，可靠性達到99%，追溯性更是達到100%。這樣的智能工廠能夠讓產(chǎn)品完全實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，堪稱智能工廠的典范！