智慧工廠建設的(de)現狀

目前工廠的(de)很多(duō)設備獨立運行并不相連，設備運行狀态、生産周期數據無法流動導緻形成信息孤島，無法對(duì)數據進行系統的(de)分(fēn)析和(hé)優化(huà)。借助物(wù)聯網技術實現對(duì)人(rén)員(yuán)（權限管理(lǐ)）、機器（監控設備）、物(wù)（數據采集）、生産環境（監測和(hé)能耗）的(de)互聯互通(tōng)鏈接和(hé)智慧管理(lǐ)；在智慧工廠的(de)建設中結合物(wù)聯網技術，可(kě)以有效的(de)降低生産成本、節能降耗、優化(huà)工藝流程，是由制造向智造的(de)必然選擇。 

智慧工廠是利用(yòng)物(wù)聯網技術實現對(duì)工廠人(rén)員(yuán)和(hé)設備進行信息管理(lǐ)和(hé)服務，使得(de)工廠形成萬物(wù)互聯和(hé)管理(lǐ)統一，實現數據信息的(de)互聯互通(tōng)，幫助提高(gāo)工廠的(de)生産效率、降低生産成本、優化(huà)設備運行狀态和(hé)節能降耗，将工業制造與物(wù)聯網應用(yòng)結合構建智造生産區(qū)。

當前，我國制造企業面臨著(zhe)巨大(dà)的(de)轉型壓力。一方面，勞動力成本迅速攀升、産能過剩、競争激烈、客戶個(gè)性化(huà)需求日益增長(cháng)等因素，迫使制造企業從低成本競争策略轉向建立差異化(huà)競争優勢。在工廠層面，制造企業面臨著(zhe)招工難，以及缺乏專業技師的(de)巨大(dà)壓力，必須實現減員(yuán)增效，迫切需要推進智慧工廠建設。另一方面，物(wù)聯網、協作機器人(rén)、增材制造、預測性維護、機器視覺等新興技術迅速興起，爲制造企業推進智慧工廠建設提供了(le)良好的(de)技術支撐。再加上國家和(hé)地方政府的(de)大(dà)力扶持，使各行業越來(lái)越多(duō)的(de)大(dà)中型企業開啓了(le)智慧工廠建設的(de)征程。

智慧工廠建設的(de)誤區(qū)

1、盲目購(gòu)買自動化(huà)設備和(hé)自動化(huà)産線。很多(duō)制造企業仍然認爲推進智慧工廠就是自動化(huà)和(hé)機器人(rén)化(huà)，盲目追求“黑(hēi)燈工廠”，推進單工位的(de)機器人(rén)改造，推行機器換人(rén)，上馬隻能加工或裝配單一産品的(de)剛性自動化(huà)生産線。隻注重購(gòu)買高(gāo)端數控設備，但卻沒有配備相應的(de)軟件系統。

2、尚未實現設備數據的(de)自動采集和(hé)車間聯網。企業在購(gòu)買設備時(shí)沒有要求開放數據接口，大(dà)部分(fēn)設備還(hái)不能自動采集數據，沒有實現車間聯網。目前，各大(dà)自動化(huà)廠商都有自己的(de)工業總線和(hé)通(tōng)信協議(yì)，OPC UA标準的(de)應用(yòng)還(hái)不普及。

3、設備績效不高(gāo)。生産設備沒有得(de)到充分(fēn)利用(yòng)，設備的(de)健康狀态未進行有效管理(lǐ)，常常由于設備故障造成非計劃性停機，影(yǐng)響生産。

4、依然存在大(dà)量信息化(huà)孤島和(hé)自動化(huà)孤島。智慧工廠建設涉及到智能裝備、自動化(huà)控制、傳感器、工業軟件等領域的(de)供應商，集成難度很大(dà)。很多(duō)企業不僅存在諸多(duō)信息孤島，也(yě)存在很多(duō)自動化(huà)孤島，自動化(huà)生産線沒有進行統一規劃，生産線之間還(hái)需要中轉庫轉運。

究其原因，是智能制造和(hé)智慧工廠涵蓋領域很多(duō)，系統極其複雜(zá)，企業還(hái)缺乏深刻理(lǐ)解。在這(zhè)種狀況下(xià)，制造企業不能貿然推進，搞“大(dà)躍進”，以免造成企業的(de)投資打水(shuǐ)漂。應當依托有實戰經驗的(de)咨詢服務機構，結合企業内部的(de)IT、自動化(huà)和(hé)精益團隊，高(gāo)層積極參與，根據企業的(de)産品和(hé)生産工藝，做(zuò)好需求分(fēn)析和(hé)整體規劃，在此基礎上穩妥推進，才能取得(de)實效。

智慧工廠的(de)顯著特征

1、設備互聯。能夠實現設備與設備互聯（M2M），通(tōng)過與設備控制系統集成，以及外接傳感器等方式，由SCADA（數據采集與監控系統）實時(shí)采集設備的(de)狀态，生産完工的(de)信息、質量信息，并通(tōng)過應用(yòng)RFID（無線射頻(pín)技術）、條碼（一維和(hé)二維）等技術，實現生産過程的(de)可(kě)追溯。

2、廣泛應用(yòng)工業軟件。廣泛應用(yòng)MES（制造執行系統）、APS（先進生産排程）、能源管理(lǐ)、質量管理(lǐ)等工業軟件，實現生産現場(chǎng)的(de)可(kě)視化(huà)和(hé)透明(míng)化(huà)。在新建工廠時(shí)，可(kě)以通(tōng)過數字化(huà)工廠仿真軟件，進行設備和(hé)産線布局、工廠物(wù)流、人(rén)機工程等仿真，确保工廠結構合理(lǐ)。在推進數字化(huà)轉型的(de)過程中，必須确保工廠的(de)數據安全和(hé)設備和(hé)自動化(huà)系統安全。在通(tōng)過專業檢測設備檢出次品時(shí)，不僅要能夠自動與合格品分(fēn)流，而且能夠通(tōng)過SPC（統計過程控制）等軟件，分(fēn)析出現質量問題的(de)原因。

3、充分(fēn)結合精益生産理(lǐ)念。充分(fēn)體現工業工程和(hé)精益生産的(de)理(lǐ)念，能夠實現按訂單驅動，拉動式生産，盡量減少在制品庫存，消除浪費。推進智慧工廠建設要充分(fēn)結合企業産品和(hé)工藝特點。在研發階段也(yě)需要大(dà)力推進标準化(huà)、模塊化(huà)和(hé)系列化(huà)，奠定推進精益生産的(de)基礎。

4、實現柔性自動化(huà)。結合企業的(de)産品和(hé)生産特點，持續提升生産、檢測和(hé)工廠物(wù)流的(de)自動化(huà)程度。産品品種少、生産批量大(dà)的(de)企業可(kě)以實現高(gāo)度自動化(huà)，乃至建立黑(hēi)燈工廠；小批量、多(duō)品種的(de)企業則應當注重少人(rén)化(huà)、人(rén)機結合，不要盲目推進自動化(huà)，應當特别注重建立智能制造單元。工廠的(de)自動化(huà)生産線和(hé)裝配線應當适當考慮冗餘，避免由于關鍵設備故障而停線；同時(shí)，應當充分(fēn)考慮如何快(kuài)速換模，能夠适應多(duō)品種的(de)混線生産。物(wù)流自動化(huà)對(duì)于實現智慧工廠至關重要，企業可(kě)以通(tōng)過AGV、行架式機械手、懸挂式輸送鏈等物(wù)流設備實現工序之間的(de)物(wù)料傳遞，并配置物(wù)料超市，盡量将物(wù)料配送到線邊。質量檢測的(de)自動化(huà)也(yě)非常重要，機器視覺在智慧工廠的(de)應用(yòng)将會越來(lái)越廣泛。此外，還(hái)需要仔細考慮如何使用(yòng)助力設備，減輕工人(rén)勞動強度。

5、注重環境友好，實現綠色制造。能夠及時(shí)采集設備和(hé)産線的(de)能源消耗，實現能源高(gāo)效利用(yòng)。在危險和(hé)存在污染的(de)環節，優先用(yòng)機器人(rén)替代人(rén)工，能夠實現廢料的(de)回收和(hé)再利用(yòng)。

6、可(kě)以實現實時(shí)洞察。從生産排産指令的(de)下(xià)達到完工信息的(de)反饋，實現閉環。通(tōng)過建立生産指揮系統，實時(shí)洞察工廠的(de)生産、質量、能耗和(hé)設備狀态信息，避免非計劃性停機。通(tōng)過建立工廠的(de)Digital Twin（數字映射），方便地洞察生産現場(chǎng)的(de)狀态，輔助各級管理(lǐ)人(rén)員(yuán)做(zuò)出正确決策。

智慧工廠的(de)基本架構

智慧工廠擁有三個(gè)層次的(de)基本架構，分(fēn)别爲頂層的(de)計劃層、中間層的(de)執行層以及底層的(de)設備控制層，大(dà)緻可(kě)對(duì)應爲ERP系統（企業資源計劃）、MES系統（制造執行系統）以及PCS系統（過程控制系統）。

智慧工廠基本架構

計劃層+執行層+控制層

智慧工廠的(de)願景

未來(lái)的(de)智慧工廠，就是能夠充分(fēn)運用(yòng)信息和(hé)通(tōng)信技術手段感測、分(fēn)析、整合工廠運行核心系統的(de)各項關鍵信息，從而對(duì)于包括建造、運維管理(lǐ)、辦公環境、溝通(tōng)交流、能源管理(lǐ)、安全管理(lǐ)、生産設施管理(lǐ)等的(de)各種需求做(zuò)出智能的(de)響應，爲工廠提供一個(gè)高(gāo)效、安全、節能、環保、舒适的(de)生産、研發、銷售和(hé)管理(lǐ)環境。

未來(lái)的(de)智慧工廠将會是一個(gè)信息物(wù)理(lǐ)融合的(de)智慧工廠。它是一個(gè)計算(suàn)機網絡、通(tōng)信網絡、控制網絡、物(wù)聯網相互連接的(de)，綜合計算(suàn)、網絡、感知、控制、溝通(tōng)的(de)信息物(wù)理(lǐ)融合網絡。通(tōng)過計算(suàn)（Computation）、通(tōng)信（Communication）感知（Sensor）和(hé)控制（Control）的(de)有機融合與深度協作，實現系統的(de)實時(shí)感知、動态控制和(hé)信息服務。通(tōng)過人(rén)機交互接口實現和(hé)物(wù)理(lǐ)進程的(de)交互，使用(yòng)網絡化(huà)空間以遠(yuǎn)程的(de)、可(kě)靠的(de)、實時(shí)的(de)、安全的(de)、協作的(de)方式操控一個(gè)物(wù)理(lǐ)實體。同時(shí)每一個(gè)單獨的(de)系統都是一個(gè)智能體，通(tōng)過将來(lái)無處不在的(de)環境感知、嵌入式計算(suàn)、網絡通(tōng)信和(hé)網絡控制等系統工程，具有計算(suàn)、通(tōng)信、精确控制、遠(yuǎn)程協作和(hé)自治的(de)能力，系統之間緊密結合與協調，達到更加智慧的(de)狀态。

未來(lái)的(de)智慧工廠将是一個(gè)虛拟與現實相融合的(de)智慧工廠。工廠的(de)所有物(wù)理(lǐ)實體和(hé)行爲活動均通(tōng)過各種手段實現了(le)數字化(huà)和(hé)虛拟化(huà)，形成一個(gè)伴随物(wù)理(lǐ)世界同步運轉的(de)可(kě)視化(huà)的(de)智慧仿真工廠。這(zhè)個(gè)智慧仿真工廠通(tōng)過即時(shí)的(de)數據交互接口和(hé)現實工廠的(de)實體對(duì)象之間保持動态聯系，實時(shí)反映實體之間以及實體與外界間的(de)信息交換活動與實體本身全生命周期中的(de)狀态變化(huà)，并能根據豐富的(de)曆史數據和(hé)專家知識預測工廠各項活動的(de)發展趨勢，爲智慧工廠的(de)管理(lǐ)提供一種可(kě)視的(de)、動态的(de)、及時(shí)的(de)、準确的(de)、智慧的(de)管理(lǐ)。

未來(lái)的(de)智慧工廠将會是一個(gè)體現綠色雲制造的(de)智慧工廠。在“制造即服務”理(lǐ)念的(de)基礎上，通(tōng)過将企業的(de)制造全生命周期活動中的(de)各類制造設備（如工業設備、計算(suàn)設備）及制造過程中的(de)各種模型、數據、軟件、領域知識數字化(huà)，借助于信息物(wù)理(lǐ)融合網絡形成可(kě)實時(shí)感知、動态控制的(de)資源，實現制造資源的(de)虛拟化(huà)、優化(huà)調度和(hé)協同互聯，建立起共享制造資源的(de)服務平台，将巨大(dà)的(de)制造資源池連接在一起，提供各種制造服務，實現制造資源與服務的(de)開放協作、資源高(gāo)度共享。