商務(wù)咨詢(xún)
導讀：近年來(lái)，全球各主要經(jīng)濟體都在大力推進(jìn)制造業(yè)的復興。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(kāi)展了智能工廠(chǎng)建設實(shí)踐。
來(lái)源于：先進(jìn)制造業(yè)
先進(jìn)智能工廠(chǎng)典范
1西門(mén)子安貝格工廠(chǎng)：實(shí)現了多品種工控機的混線(xiàn)生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率高達99.9988%。
2FANUC公司：實(shí)現了機器人和伺服電機生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化和智能化，最高720小時(shí)無(wú)人值守。
3施耐德電氣：實(shí)現了電氣開(kāi)關(guān)制造和包裝過(guò)程的全自動(dòng)化。
4美國哈雷戴維森公司：廣泛利用以加工中心和機器人構成的智能制造單元，實(shí)現大批量定制。
5三菱電機名古屋制作：所采用人機結合的新型機器人裝配產(chǎn)線(xiàn)，顯著(zhù)提高了單位生產(chǎn)面積的產(chǎn)量。
6重卡巨頭MAN公司：搭建了完備的廠(chǎng)內物流體系，并建立了物料超市。
智能制造專(zhuān)題第二期：智能生產(chǎn)——智能制造的主線(xiàn)（工廠(chǎng)/車(chē)間數字化），從智能工廠(chǎng)的建設以及重要環(huán)節了解智能生產(chǎn)過(guò)程。
近年來(lái)，全球各主要經(jīng)濟體都在大力推進(jìn)制造業(yè)的復興。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(kāi)展了智能工廠(chǎng)建設實(shí)踐。
據中國工程院院長(cháng)周濟介紹，智能生產(chǎn)是智能制造的主線(xiàn)，而智能工廠(chǎng)是智能生產(chǎn)的主要載體。隨著(zhù)新一代人工智能的應用，今后20年，中國企業(yè)將要向自學(xué)習、自適應、自控制的新一代智能工廠(chǎng)進(jìn)軍。新一代人工智能技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的融合，將使得生產(chǎn)線(xiàn)、車(chē)間、工廠(chǎng)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(shí)間里面，生產(chǎn)線(xiàn)、車(chē)間，工廠(chǎng)的智能升級將成為推進(jìn)智能制造的一個(gè)主要戰場(chǎng)。
一、智能工廠(chǎng)的內涵及建設重點(diǎn)
智能工廠(chǎng)是實(shí)現智能制造的重要載體，主要通過(guò)構建智能化生產(chǎn)系統、網(wǎng)絡(luò )化分布生產(chǎn)設施，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的智能化。智能工廠(chǎng)已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規劃；通過(guò)整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴增展示設計與制造過(guò)程。系統中各組成部分可自行組成最佳系統結構，具備協(xié)調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學(xué)習、自行維護能力。因此，智能工廠(chǎng)實(shí)現了人與機器的相互協(xié)調合作，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(gè)影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素的簡(jiǎn)稱(chēng)。人，指制造產(chǎn)品的人員；機，制造產(chǎn)品所用的設備；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(guò)程中所處的環(huán)境。而智能生產(chǎn)就是以智能工廠(chǎng)為核心，將人、機、法、料、環(huán)連接起來(lái)，多維度融合的過(guò)程。
“先進(jìn)制造業(yè)”公眾號認為在智能工廠(chǎng)的體系架構中，質(zhì)量管理的五要素也相應的發(fā)生變化，因為在未來(lái)智能工廠(chǎng)中，人類(lèi)、機器和資源能夠互相通信。智能產(chǎn)品“知道”它們如何被制造出來(lái)的細節，也知道它們的用途。它們將主動(dòng)地對制造流程，回答諸如“我什么時(shí)候被制造的”、“對我進(jìn)行處理應該使用哪種參數”、“我應該被傳送到何處”等問(wèn)題。
企業(yè)基于CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構建的智能工廠(chǎng)原型，主要包括物理層、信息層、大數據層、工業(yè)云層、決策層。其中，物理層包含工廠(chǎng)內不同層級的硬件設備，從最小的嵌入設備和基礎元器件開(kāi)始，到感知設備、制造設備、制造單元和生產(chǎn)線(xiàn)，相互間均實(shí)現互聯(lián)互通。以此為基礎，構建了一個(gè)“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(yíng)業(yè)務(wù)各個(gè)環(huán)節，包含研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)、物流配送等各類(lèi)經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)，以及由此產(chǎn)生的眾創(chuàng )、個(gè)性化定制、電子商務(wù)、可視追蹤等相關(guān)業(yè)務(wù)。在此基礎上，形成了企業(yè)內部?jì)r(jià)值鏈的橫向集成環(huán)境，實(shí)現數據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，產(chǎn)品、設備、制造單元、生產(chǎn)線(xiàn)、車(chē)間、工廠(chǎng)等制造系統的互聯(lián)互通，及其與企業(yè)不同環(huán)節業(yè)務(wù)的集成統一，則是通過(guò)數據應用和工業(yè)云服務(wù)實(shí)現，并在決策層基于產(chǎn)品、服務(wù)、設備管理支撐企業(yè)最高決策。這些共同構建了一個(gè)智能工廠(chǎng)完整的價(jià)值網(wǎng)絡(luò )體系，為用戶(hù)提供端到端的解決方案。
由于產(chǎn)品制造工藝過(guò)程的明顯差異，離散制造業(yè)和流程制造業(yè)在智能工廠(chǎng)建設的重點(diǎn)內容有所不同。對于離散制造業(yè)而言，產(chǎn)品往往由多個(gè)零部件經(jīng)過(guò)一系列不連續的工序裝配而成，其過(guò)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雜性。企業(yè)常常按照主要的工藝流程安排生產(chǎn)設備的位置，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(diǎn)，其工藝路線(xiàn)和設備的使用較靈活，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(chǎng)建設的重點(diǎn)是智能制造生產(chǎn)線(xiàn)。
二、智能工廠(chǎng)主要建設模式
由于各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)流程不同，加上各個(gè)行業(yè)智能化情況不同，“先進(jìn)制造業(yè)”公眾號總結出智能工廠(chǎng)有以下幾個(gè)不同的建設模式。
第一種模式是從生產(chǎn)過(guò)程數字化到智能工廠(chǎng)。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的內在動(dòng)力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控，側重從生產(chǎn)數字化建設起步，基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉變。
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(chǎng)。在機械、汽車(chē)、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(jià)值空間，側重從單臺設備自動(dòng)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(shí)現價(jià)值增長(cháng)。
第三種模式是從個(gè)性化定制到互聯(lián)工廠(chǎng)。在家電、服裝、家居等距離用戶(hù)最近的消費品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點(diǎn)在于充分滿(mǎn)足消費者多元化需求的同時(shí)實(shí)現規模經(jīng)濟生產(chǎn)，側重通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺開(kāi)展大規模個(gè)性定制模式創(chuàng )新。
三、智能工廠(chǎng)發(fā)展重點(diǎn)環(huán)節
智能生產(chǎn)的側重點(diǎn)在于將人機互動(dòng)、3D打印等先進(jìn)技術(shù)應用于整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，并對整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行監控、數據采集，便于進(jìn)行數據分析，從而形成高度靈活、個(gè)性化、網(wǎng)絡(luò )化的產(chǎn)業(yè)鏈。
1、3D打印
3D打印是一項顛覆性的創(chuàng )新技術(shù)，被美國自然科學(xué)基金會(huì )稱(chēng)為20世紀最重要的制造技術(shù)創(chuàng )新。制造業(yè)的全流程都可以引入3D打印，起到節約成本、加快進(jìn)度、減少材料浪費等效果。在設計環(huán)節，借助3D打印技術(shù)，設計師能夠獲得更大的自由度和創(chuàng )意空間，可以專(zhuān)注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng )意和功能創(chuàng )新，而不必考慮形狀復雜度的影響，因為3D打印幾乎可以完成任何形狀的物品構建。在生產(chǎn)環(huán)節，3D打印可以直接從數字化模型生成零部件，不需要專(zhuān)門(mén)的模具制作等工序，既節約了成本，又能加快產(chǎn)品上市。此外，傳統制造工藝在鑄造、拋光和組裝部件的過(guò)程中通常會(huì )產(chǎn)生廢料，而相同部件使用3D打印則可以一次性成形，基本不會(huì )產(chǎn)生廢料。在分銷(xiāo)環(huán)節，3D打印可能會(huì )挑戰現有的物流分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )。未來(lái)，零部件不再需要從原廠(chǎng)家采購和運輸，而是從制造商的在線(xiàn)數據庫中下載3D打印模型文件，然后在本地快速打印出來(lái)，由此可能導致遍布全球的零部件倉儲與配送體系失去存在的意義。
3D打印經(jīng)過(guò)了近 40 年的發(fā)展，龍頭公司開(kāi)始實(shí)現顯著(zhù)盈利，市場(chǎng)認可度快速上升，行業(yè)收入增長(cháng)加速。根據典型的產(chǎn)品生命周期理論，技術(shù)產(chǎn)品從導入期進(jìn)入成長(cháng)期的過(guò)程中往往表現出加速增長(cháng)的特征，判斷目前3D打印產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入加速成長(cháng)期。
整個(gè)3D打印行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈大概可分為三個(gè)部分，上游基礎配件行業(yè)，3D打印設備生產(chǎn)企業(yè)、3D打印材料生產(chǎn)企業(yè)和支持配套企業(yè)，下游主要是3D打印的各大應用領(lǐng)域。通常意義上的3D打印行業(yè)則主要是指3D打印設備、材料及服務(wù)企業(yè)。
3D 打印已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)業(yè)鏈的每個(gè)環(huán)節都聚集了一批領(lǐng)先企業(yè)。全球范圍來(lái)看，以Stratasys、3D Systems為代表的設備企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中占據了主導作用，且這些設備企業(yè)通常能夠提供材料和打印服務(wù)業(yè)務(wù)，如具有較強的話(huà)語(yǔ)權。
2人機交互
未來(lái)各類(lèi)交互方式都會(huì )進(jìn)行深度融合，使智能設備會(huì )更加自然地與人類(lèi)生物反應及處理過(guò)程同步，包括思維過(guò)程、動(dòng)覺(jué)，甚至一個(gè)人的文化偏好等，這個(gè)領(lǐng)域充滿(mǎn)著(zhù)各種各樣新奇的可能性。
人與機器的信息交換方式隨著(zhù)技術(shù)融合步伐的加快向更高層次邁進(jìn)，新型人機交互方式被逐漸應用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域。具體表現在智能交互設備柔性化和智能交互設備工業(yè)領(lǐng)域應用這兩個(gè)方面。在生產(chǎn)過(guò)程中，智能制造系統可獨立承擔分析、判斷、決策等任務(wù)，突出人在制造系統中的核心地位，同時(shí)在工業(yè)機器人、無(wú)軌agv等智能設備配合下，更好發(fā)揮人的潛能。機器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本質(zhì)是人機一體化。
3傳感器
中國已經(jīng)基本形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈結構，在材料、器件、系統、網(wǎng)絡(luò )等各方面水平不斷完善，自主產(chǎn)品已達6000種，國內建立了三大傳感器生產(chǎn)基地，分別為：安徽基地，陜西基地和黑龍江基地。政府對國內傳感器產(chǎn)業(yè)提出了加快力度加快發(fā)展的指導方針，未來(lái)的傳感器發(fā)展將向著(zhù)智能化的方向改善。
4工業(yè)軟件
智能工廠(chǎng)的建設離不開(kāi)工業(yè)軟件的廣泛應用。工業(yè)軟件包括基礎和應用軟件兩大類(lèi)，其中系統、中間件、嵌入式屬于基礎技術(shù)范圍，并不與特定工業(yè)管理流程和工藝流程緊密相關(guān)，以下提到的工業(yè)軟件主要指應用軟件，包括運營(yíng)管理類(lèi)、生產(chǎn)管理類(lèi)和研發(fā)設計類(lèi)軟件等。
在《中國制造2025》的大背景下，工業(yè)企業(yè)轉變發(fā)展模式、加快兩化融合成為大勢所趨，工業(yè)軟件以及信息化服務(wù)的需求仍將繼續增加，中國繼續保持著(zhù)全球工業(yè)軟件市場(chǎng)增長(cháng)生力軍的地位。
分區域來(lái)看，華北、華東是工業(yè)軟件應用最多的區域，合計占到全國一半左右，具體到省市來(lái)看，北京、上海、廣東、江蘇是工業(yè)軟件實(shí)力雄厚的區域，約占中國工業(yè)軟件市場(chǎng)規模的一半以上。
廣泛應用MES（制造執行系統）、APS（先進(jìn)生產(chǎn)排程）、PLM(產(chǎn)品生命周期管理) 、ERP(企業(yè)資源計劃)、質(zhì)量管理等工業(yè)軟件，實(shí)現生產(chǎn)現場(chǎng)的可視化和透明化。在新建工廠(chǎng)時(shí)，可以通過(guò)數字化工廠(chǎng)仿真軟件，進(jìn)行設備和產(chǎn)線(xiàn)布局、工廠(chǎng)物流、人機工程等仿真，確保工廠(chǎng)結構合理。在推進(jìn)數字化轉型的過(guò)程中，必須確保工廠(chǎng)的數據安全和設備和自動(dòng)化系統安全。在通過(guò)專(zhuān)業(yè)檢測設備檢出次品時(shí)，不僅要能夠自動(dòng)與合格品分流，而且能夠通過(guò)SPC（統計過(guò)程控制）等軟件，分析出現質(zhì)量問(wèn)題的原因。
5云制造
云制造即制造企業(yè)將先進(jìn)的信息技術(shù)、制造技術(shù)以及新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等交叉融合，工廠(chǎng)產(chǎn)能、工藝等數據都集中于云平臺，制造商可在云端進(jìn)行大數據分析與客戶(hù)關(guān)系管理，發(fā)揮企業(yè)最佳效能。
我們國內，可以看到有航天科工集團開(kāi)發(fā)的面向航天復雜產(chǎn)品的集團企業(yè)云制造服務(wù)平臺，接入了集團下屬各院所和基地擁有豐富的制造資源和能力；中車(chē)集團面向軌道交通裝備的集團企業(yè)云制造服務(wù)平臺，打通了軌道車(chē)輛、工程機械、機電設備、電子設備及相關(guān)部件等產(chǎn)品的研發(fā)、設計、制造、修理和服務(wù)等業(yè)務(wù)；面向中小企業(yè)的云制造平臺，也陸續出現在了裝備制造、箱包鞋帽等行業(yè)領(lǐng)域。
云制造為制造業(yè)信息化提供了一種嶄新的理念與模式，云制造作為一種初生的概念，其未來(lái)具有巨大的發(fā)展空間。但云制造的未來(lái)發(fā)展仍面臨著(zhù)眾多關(guān)鍵技術(shù)的挑戰，除了對于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)義Web、高性能計算、嵌入式系統等技術(shù)的綜合集成，基于知識的制造資源云端化、制造云管理引擎、云制造應用協(xié)同、云制造可視化與用戶(hù)界面等技術(shù)均是未來(lái)需要攻克的重要技術(shù)。
總結
