智能工廠以工業自動化(huà)中的(de)ERP-MES-PCS三層構架、PLM爲中心的(de)工廠産品設計技術和(hé)售後服務、SCR、CRM爲中心的(de)原材料供應物(wù)流和(hé)制成品銷售物(wù)流爲基礎。

1）智能工廠的(de)組成

（1）PLM（product life-cycle management，産品生命周期管理(lǐ)）：PLM是指對(duì)産品的(de)整個(gè)生命周期（包括投入期、成長(cháng)期、成熟期、衰退期、結束期）進行全面管理(lǐ)，通(tōng)過投入期的(de)研發成本最小化(huà)和(hé)成長(cháng)期至結束期的(de)企業利潤最大(dà)化(huà)來(lái)達到降低成本和(hé)增加利潤的(de)目标。

（2）ERP（enterprise resource planning，企業資源計劃）：ERP是一種主要面向制造行業進行物(wù)質資源、資金資源和(hé)信息資源集成一體化(huà)管理(lǐ)的(de)企業信息管理(lǐ)系統。ERP 是一個(gè)以管理(lǐ)會計爲核心可(kě)以提供跨地區(qū)、跨部門、甚至跨公司整合實時(shí)信息的(de)企業管理(lǐ)軟件。針對(duì)物(wù)資資源管理(lǐ)（物(wù)流）、人(rén)力資源管理(lǐ)（人(rén)流）、财務資源管理(lǐ)（财流）、信息資源管理(lǐ)（信息流）集成一體化(huà)的(de)企業管理(lǐ)軟件。ERP具有整合性、系統性、靈活性、實時(shí)控制性等顯著特點。ERP 将系統的(de)物(wù)資、人(rén)才、财務、信息等資源整合調配，實現企業資源的(de)合理(lǐ)分(fēn)配和(hé)利用(yòng)，作爲一種管理(lǐ)工具存在的(de)同時(shí)也(yě)體現著(zhe)一種管理(lǐ)思想。市場(chǎng)上比價流行的(de)ERP 系統是SAP系統，适合于中小型企業。

（3）SCM（supply chain management，供應鏈管理(lǐ)）：SCM主要通(tōng)過信息手段，對(duì)供應的(de)各個(gè)環節中的(de)各種物(wù)料、資金、信息等資源，進行計劃、調度、調配、控制與利用(yòng)，形成用(yòng)戶、零售商、分(fēn)銷商、制造商、采購(gòu)供應商的(de)全部供應過程的(de)功能整體。

（4）CRM（customer relationship management，客戶關系管理(lǐ)）：作爲一種新型管理(lǐ)機制，CRM極大(dà)地改善了(le)企業與客戶之間的(de)關系，實施于企業的(de)市場(chǎng)營銷、銷售、服務與技術支持等與客戶相關的(de)領域。

（5）MES（manufacturing execution system，制造企業生産過程執行管理(lǐ)系統）：MES系統是一套面向制造企業車間執行層的(de)生産信息化(huà)管理(lǐ)系統。MES可(kě)以爲企業提供包括制造數據管理(lǐ)、計劃排程管理(lǐ)、生産調度管理(lǐ)、庫存管理(lǐ)、質量管理(lǐ)、人(rén)力資源管理(lǐ)、工作中心/設備管理(lǐ)、工具工裝管理(lǐ)、采購(gòu)管理(lǐ)、成本管理(lǐ)、項目看闆管理(lǐ)、生産過程控制、底層數據集成分(fēn)析、上層數據集成分(fēn)解等管理(lǐ)模塊，爲企業打造一個(gè)紮實、可(kě)靠、全面可(kě)行的(de)制造協同管理(lǐ)平台。智慧工廠車間的(de)作業根據MES系統發送的(de)指令來(lái)進行的(de)，MES系統根據訂單需求，結合智能制造設備的(de)實時(shí)運行狀态，給智能制造設備安排作業。MES控制系統在接收到新的(de)訂單後，會同各個(gè)倉庫對(duì)訂單所需原材料、包材、耗材等是否充足進行分(fēn)析彙總，如有短缺則通(tōng)知采購(gòu)部在規定期限内采購(gòu)，而在原材料采購(gòu)質檢期間，通(tōng)知生産部做(zuò)好生産前的(de)準備工作，檢查制造設備、生産設施等的(de)實際情況，并根據智慧工廠内設備的(de)排産情況及剩餘訂單合理(lǐ)的(de)給相應設備安排作業任務書(shū)。排産作業下(xià)達到智慧工廠後，智能制造設備在開機生産第一步，需要人(rén)爲參與根據作業指導書(shū)的(de)排産安排導入相應的(de)工藝參數，進行調試并首件确認後，将微調的(de)工藝參數上傳入MES控制系統數據庫中。

2）智能工廠層級劃分(fēn)

客戶需求、産品設計、工藝設計、物(wù)料采購(gòu)、生産制造、進出廠物(wù)流、生産物(wù)流、售後服務構成智能工廠的(de)橫向集成維度；企業内部的(de)設備與控制層、制造執行層、經營管理(lǐ)層、經營決策層構成縱向集成維度；由感知執行、适配控制、網絡傳輸、認知決策和(hé)服務平台組成的(de)信息物(wù)理(lǐ)系統（CPS）。這(zhè)3個(gè)維度構建了(le)機械制造行業智能工廠參考模型。

（1）縱向集成維度

◉ 基礎設施層：企業首先應當建立有線或者無線的(de)工廠網絡，實現生産指令的(de)自動下(xià)達和(hé)設備與産線信息的(de)自動采集；形成集成化(huà)的(de)車間聯網環境，解決不同通(tōng)訊協議(yì)的(de)設備之間，以及PLC、CNC、機器人(rén)、儀表/傳感器和(hé)工控/IT系統之間的(de)聯網問題；利用(yòng)視頻(pín)監控系統對(duì)車間的(de)環境，人(rén)員(yuán)行爲進行監控、識别與報警；此外，工廠應當在溫度、濕度、潔淨度的(de)控制和(hé)工業安全（包括工業自動化(huà)系統的(de)安全、生産環境的(de)安全和(hé)人(rén)員(yuán)安全）等方面達到智能化(huà)水(shuǐ)平。

◉ 智能制造裝備層：智能制造裝備是智能工廠運作的(de)重要手段和(hé)工具。智能制造裝備主要包含智能生産設備、智能檢測設備和(hé)智能物(wù)流設備。制造裝備在經曆了(le)機械裝備到數控裝備後，目前正在逐步向智能制造裝備發展。智能化(huà)的(de)加工中心具有誤差補償、溫度補償等功能，能夠實現邊檢測、邊加工。工業機器人(rén)通(tōng)過集成視覺、力覺等傳感器，能夠準确識别工件，自主進行裝配，自動避讓人(rén)，實現人(rén)機協作。金屬增材制造設備可(kě)以直接制造零件，DMG MORI已開發出能夠實現同時(shí)實現增材制造和(hé)切削加工的(de)混合制造加工中心。

◉ 智能物(wù)流設備：則包括自動化(huà)立體倉庫、智能夾具、AGV、桁架式機械手、懸挂式輸送鏈等。例如，Fanuc工廠就應用(yòng)了(le)自動化(huà)立體倉庫作爲智能加工單元之間的(de)物(wù)料傳遞工具。    

◉ 智能産線層：在生産和(hé)裝配的(de)過程中，能夠通(tōng)過傳感器、數控系統或RFID自動進行生産、質量、能耗、設備績效（OEE）等數據采集，并通(tōng)過電子看闆顯示實時(shí)的(de)生産狀态；通(tōng)過系統實現工序之間的(de)協作；生産線能夠實現快(kuài)速換模，實現柔性自動化(huà)；能夠支持多(duō)種相似産品的(de)混線生産和(hé)裝配，靈活調整工藝，适應小批量、多(duō)品種的(de)生産模式；具有一定冗餘，如果生産線上有設備出現故障，能夠調整到其他(tā)設備生産；針對(duì)人(rén)工操作的(de)工位，能夠給予智能的(de)提示。

◉ 智能車間層：要實現對(duì)生産過程進行有效管控，需要在設備聯網的(de)基礎上，利用(yòng)制造執行系統（MES）、先進生産排産（APS）、勞動力管理(lǐ)等軟件進行高(gāo)效的(de)生産排産和(hé)合理(lǐ)的(de)人(rén)員(yuán)排班，提高(gāo)設備利用(yòng)率（OEE），實現生産過程的(de)追溯，減少在制品庫存，應用(yòng)人(rén)機界面（HMI），以及工業平闆等移動終端，實現生産過程的(de)無紙化(huà)。另外，還(hái)可(kě)以利用(yòng)Digital Twin(數字映射)技術将MES系統采集到的(de)數據在虛拟的(de)三維車間模型中實時(shí)地展現出來(lái)，不僅提供車間的(de)VR（虛拟現實）環境，而且還(hái)可(kě)以顯示設備的(de)實際狀态，實現虛實融合。智能物(wù)流設備則包括自動化(huà)立體倉庫、智能夾具、AGV、桁架式機械手、懸挂式輸送鏈等。例如，Fanuc工廠就應用(yòng)了(le)自動化(huà)立體倉庫作爲智能加工單元之間的(de)物(wù)料傳遞工具。可(kě)以用(yòng)DPS系統(Digital Picking System)實現物(wù)料揀選的(de)自動化(huà)。

◉ 智能産線層：智能産線的(de)特點是，在生産和(hé)裝配的(de)過程中，能夠通(tōng)過傳感器、數控系統或RFID自動進行生産、質量、能耗、設備績效（OEE）等數據采集，并通(tōng)過電子看闆顯示實時(shí)的(de)生産狀态；通(tōng)過安燈系統實現工序之間的(de)協作；生産線能夠實現快(kuài)速換模，實現柔性自動化(huà)；能夠支持多(duō)種相似産品的(de)混線生産和(hé)裝配，靈活調整工藝，适應小批量、多(duō)品種的(de)生産模式；具有一定冗餘，如果生産線上有設備出現故障，能夠調整到其他(tā)設備生産；針對(duì)人(rén)工操作的(de)工位，能夠給予智能的(de)提示。     

◉ 工廠管控層：工廠管控層主要是實現對(duì)生産過程的(de)監控，通(tōng)過生産指揮系統實時(shí)洞察工廠的(de)運營，實現多(duō)個(gè)車間之間的(de)協作和(hé)資源的(de)調度。流程制造企業已廣泛應用(yòng)DCS或PLC控制系統進行生産管控，近年來(lái)，離散制造企業也(yě)開始建立中央控制室，實時(shí)顯示工廠的(de)運營數據和(hé)圖表，展示設備的(de)運行狀态，并可(kě)以通(tōng)過圖像識别技術對(duì)視頻(pín)監控中發現的(de)問題進行自動報警。 

（2） 橫向集成維度

按照(zhào)“互聯網+協同制造”的(de)精神，重點構建産業鏈的(de)企業間的(de)協同與集成，如跨企業、跨地域的(de)協調設計，企業間的(de)協同供應鏈管理(lǐ)，協同生産、協同服務和(hé)企業間的(de)價值鏈重構。實現産業鏈上各企業間的(de)無縫集成、信息共享和(hé)業務協同。

（3）信息物(wù)理(lǐ)系統（CPS）

智能工廠各層級相互配合，支撐企業縱向集成、企業間橫向集成與端到端集成，實現工業體系與信息體系的(de)深度融合以及全面智能化(huà)。信息物(wù)理(lǐ)系統通(tōng)過集成先進的(de)信息通(tōng)信和(hé)自動控制等技術，構建了(le)物(wù)理(lǐ)空間與信息空間中人(rén)、機、物(wù)、環境、信息等要素相互映射、适時(shí)交互、高(gāo)效協同的(de)複雜(zá)系統，實現系統内資源配置和(hé)運行的(de)按需響應、快(kuài)速叠代、動态優化(huà)。它是智能工廠的(de)技術支持體系如圖3所示。

圖3 智能工廠層級架構

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