智能工廠建設(shè)B勺重要模式及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況

-08-21

智能工廠是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體，重要通過(guò)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)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(guò)整體可

視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，運(yùn)用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示

設(shè)計(jì)與制造過(guò)程。系統(tǒng)中各構(gòu)成部分可自行構(gòu)成最佳系統(tǒng)構(gòu)造，

具有協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具有了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)

能力。因此，智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器8勺相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)

是人機(jī)交互。

智能工廠體系架構(gòu)

管理職能轉(zhuǎn)變管理崗位

信息化筒理?作內(nèi)官轉(zhuǎn)變技術(shù)崗位

數(shù)塞化產(chǎn)品生命周期法人

新增*圾崗位操作崗位

工藝方案信息化節(jié)省低級(jí)肉位

自動(dòng)配送AGV

數(shù)據(jù)可遭那料

*5>aWIP

■能設(shè)備引人

設(shè)務(wù)狀態(tài)監(jiān)控

現(xiàn)代化工T環(huán)機(jī)

W管理設(shè)備生產(chǎn)柔慢化

增護(hù)保界信息化

一、智能工廠重要建設(shè)模式

由于各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)流程不一樣加上各個(gè)行業(yè)智能化狀況不一樣，

智能工廠有如下幾種不一樣的建設(shè)模式。

第一種模式是從生產(chǎn)過(guò)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B勺內(nèi)在動(dòng)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。因此其

智能工廠建設(shè)模式為：一是推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化，在生產(chǎn)制造、

過(guò)程管理等單個(gè)環(huán)節(jié)信息化系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建覆蓋全流程

的動(dòng)態(tài)透明可追溯體系，基于統(tǒng)一的可視化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)全

過(guò)程跨部門協(xié)同控制；二是推進(jìn)生產(chǎn)管理一體化，搭建企業(yè)CPS

系統(tǒng)，深化生產(chǎn)制造與運(yùn)行管理、采購(gòu)銷售等關(guān)鍵業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成，

增進(jìn)企業(yè)內(nèi)部資源和信息的整合和共享；三是推進(jìn)供應(yīng)鏈協(xié)同化，

基于原材料采購(gòu)和配送需求，將CPS系統(tǒng)拓展至供應(yīng)商和物流企

業(yè)，橫向集成供應(yīng)商和物料配送協(xié)同資源和網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)外部原材

料供應(yīng)和內(nèi)部生產(chǎn)配送的系統(tǒng)化、流程化，提高工廠內(nèi)外供應(yīng)鏈

運(yùn)行效率；四是整體打造大數(shù)據(jù)化智能工廠，推進(jìn)端到端集成，

開(kāi)展個(gè)性化定制業(yè)務(wù)。

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(jī)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)展智能制造的關(guān)鍵目的是拓展產(chǎn)品價(jià)值空間，

側(cè)重從單臺(tái)設(shè)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

效能的提高實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)。因此其智能工廠建設(shè)模式為：一是推

進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備（生產(chǎn)線）智能化，通過(guò)引進(jìn)各類符合生產(chǎn)所需的智

能裝備，建立基于CPS系統(tǒng)的車間級(jí)智能生產(chǎn)單元，提高精確制

造、敏捷制造能力。二是拓展基于產(chǎn)品智能化的增值服務(wù)，運(yùn)用

產(chǎn)品的智能裝置實(shí)現(xiàn)與CPS系統(tǒng)的互聯(lián)互通，支持產(chǎn)品的遠(yuǎn)程故

障診斷和實(shí)時(shí)診斷等服務(wù)；三是推進(jìn)車間級(jí)與企業(yè)級(jí)系統(tǒng)集成，

實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的無(wú)縫集成和上下游企業(yè)間的信息共享，開(kāi)展基

于橫向價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同創(chuàng)新。四是推進(jìn)生產(chǎn)與服務(wù)的集成，基于

智能工廠實(shí)現(xiàn)服務(wù)化轉(zhuǎn)型，提高產(chǎn)業(yè)效率和關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力。

例如，廣州數(shù)控通過(guò)運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)將單元級(jí)的傳感器、工業(yè)機(jī)

器人、數(shù)控機(jī)床，以及各類機(jī)械設(shè)備與車間級(jí)的柔性生產(chǎn)線總控

制臺(tái)相連，運(yùn)用以太網(wǎng)將總控臺(tái)與企業(yè)管理級(jí)曰勺各類服務(wù)器相連，

再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)管理系統(tǒng)與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)相連，打通了

產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節(jié)H勺數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程B勺遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)

采集分析和故障監(jiān)測(cè)診斷。三一重工B勺18號(hào)廠房是總裝車間，

有混凝土機(jī)械、路面機(jī)械、港口機(jī)械等多條裝配線，通過(guò)在生產(chǎn)

車間建立〃部件工作中心島〃，即單元化生產(chǎn)，將每一類部件從生

產(chǎn)到下線所有工藝集中在一種區(qū)域內(nèi)，如同在一種獨(dú)立B勺〃島嶼〃

內(nèi)完成全部生產(chǎn)。這種組織方式，打破了老式流程化生產(chǎn)線呈直

線布置B勺弊端，在保證構(gòu)造件制造工藝不變化、生產(chǎn)人員不增加

的狀況下，實(shí)現(xiàn)了減少占地面積、提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)行成本

時(shí)目的。目前，三一重工已建成車間智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和刀具管理系

統(tǒng)、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統(tǒng)、計(jì)劃、物流、質(zhì)量

管控系統(tǒng)、生產(chǎn)控制中心（PCC）中央控制系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，還

與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機(jī)械手、基于DNC系統(tǒng)的車

間設(shè)備智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智能化立體倉(cāng)庫(kù)與AGV運(yùn)輸軟硬件系統(tǒng)、

基于RFID設(shè)備及無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的物料和資源跟蹤定位系統(tǒng)、高

級(jí)計(jì)劃排程系統(tǒng)（APS）.制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、物流執(zhí)行系統(tǒng)

（LES）、在線質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)（SPC）、生產(chǎn)控制中心管理決策系

統(tǒng)等關(guān)鍵關(guān)鍵智能裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造資源跟蹤、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控，

計(jì)劃、物流、質(zhì)量集成化管控下B勺均衡化混流生產(chǎn)。

第三種模式是從個(gè)性化定制到互聯(lián)工廠。在家電、服裝、家居等

距離顧客近來(lái)的消費(fèi)品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造B勺重點(diǎn)在于

充分滿足消費(fèi)者多元化需求H勺同步實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，側(cè)重通過(guò)

互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開(kāi)展大規(guī)模個(gè)性定制模式創(chuàng)新。因此其智能工廠建設(shè)

模式為：一是推進(jìn)個(gè)性化定制生產(chǎn)，引入柔性化生產(chǎn)線，搭建互

聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，增進(jìn)企業(yè)與顧客深度交互、廣泛征集需求，基于需求

數(shù)據(jù)模型開(kāi)展精益生產(chǎn)；二是推進(jìn)設(shè)計(jì)虛擬化，依托互聯(lián)網(wǎng)逆向

整合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，打通設(shè)計(jì).生產(chǎn)、服務(wù)數(shù)據(jù)鏈，采用虛擬仿真技

術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝；三是推進(jìn)制造網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化，變革老式垂直組織

模式，以扁平化.虛擬化新型制造平臺(tái)為紐帶集聚產(chǎn)業(yè)鏈上下游

資源，發(fā)展遠(yuǎn)程定制.異地設(shè)計(jì)、當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造新模

式。

二.國(guó)內(nèi)外智能工廠建設(shè)的現(xiàn)實(shí)狀況

近年來(lái)，全球各重要經(jīng)濟(jì)體都在大力推進(jìn)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(jì)算等熱潮下，全球眾多優(yōu)秀制造

企業(yè)都開(kāi)展了智能工廠建設(shè)實(shí)踐。

例如，西門子安貝格電子工廠實(shí)現(xiàn)了多品種工控機(jī)B勺混線生產(chǎn)；

FANUC企業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人和伺服電機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化和

智能化，并運(yùn)用自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)在車間內(nèi)B勺各個(gè)智能制造單元之

間傳遞物料，實(shí)現(xiàn)了最高720小時(shí)無(wú)人值守；施耐德電氣實(shí)現(xiàn)了

電氣開(kāi)關(guān)制造和包裝過(guò)程H勺全自動(dòng)化；美國(guó)哈雷戴維森企業(yè)廣泛

運(yùn)用以加工中心和機(jī)器人構(gòu)成日勺智能制造單元，實(shí)現(xiàn)大批量定制；

三菱電機(jī)名古屋制作所采用人機(jī)結(jié)合B勺新型機(jī)器人裝配產(chǎn)線，實(shí)

現(xiàn)從自動(dòng)化到智能化B勺轉(zhuǎn)變，明顯提高了單位生產(chǎn)面積H勺產(chǎn)量；

全球重卡巨頭MAN企業(yè)搭建了完備日勺廠內(nèi)物流體系，運(yùn)用AGV

裝載進(jìn)行裝配的部件和整車，便于靈活調(diào)整裝配線，并建立了物

料超市，獲得明顯成效。

目前，我國(guó)制造企業(yè)面臨著巨大B勺轉(zhuǎn)型壓力。首先，勞動(dòng)力成本

迅速攀升、產(chǎn)能過(guò)剩、競(jìng)爭(zhēng)劇烈、客戶個(gè)性化需求日益增長(zhǎng)等原

因，迫使制造企業(yè)從低成本競(jìng)爭(zhēng)方略轉(zhuǎn)向建立差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

在工廠層面，制造企業(yè)面臨著招工難，以及缺乏專業(yè)技師的巨大

壓力，必須實(shí)現(xiàn)減員增效，迫切需要推進(jìn)智能工廠建設(shè)。另首先，

物聯(lián)網(wǎng)、協(xié)作機(jī)器人、增材制造、預(yù)測(cè)性維護(hù)、機(jī)器視覺(jué)等新興

技術(shù)迅速興起，為制造企業(yè)推進(jìn)智能工廠建設(shè)提供了良好的技術(shù)

支撐。再加上國(guó)家和地方政府的大力扶持，使各行業(yè)越來(lái)越多H勺

大中型企業(yè)開(kāi)啟了智能工廠建設(shè)日勺征程。

我國(guó)汽車、家電、軌道交通、食品飲料、制藥、裝備制造、家居

等行業(yè)B勺企業(yè)對(duì)生產(chǎn)和裝配線進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造，以及建

立全新B勺智能工廠的需求十分旺盛,涌現(xiàn)出海爾、美B勺、東莞勁

勝、尚品宅配等智能工廠建設(shè)日勺樣板。

例如，海爾佛山滾筒洗衣機(jī)工廠可以實(shí)現(xiàn)按訂單配置、生產(chǎn)和裝

配，采用高柔性的自動(dòng)無(wú)人生產(chǎn)線，廣泛應(yīng)用精密裝配機(jī)器人，

采用MES系統(tǒng)全程訂單執(zhí)行管理系統(tǒng)，通過(guò)RFID進(jìn)行全程追

溯，實(shí)現(xiàn)了機(jī)機(jī)互聯(lián)、機(jī)物互聯(lián)和人機(jī)互聯(lián)；尚品宅配實(shí)現(xiàn)了從

款式設(shè)計(jì)到構(gòu)造尺寸的全方位個(gè)性定制，建立了高度智能化的生

產(chǎn)加工控制系統(tǒng)，可以滿足消費(fèi)者個(gè)性化定制所產(chǎn)生H勺特殊尺寸

與構(gòu)造板材B勺切削加工需求；東莞勁勝全面采用國(guó)產(chǎn)加工中心、

國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和車

間聯(lián)網(wǎng)，建立了工廠的數(shù)字映射模型(DigitalTwin)，構(gòu)建了手

機(jī)殼加工B勺智能工廠。

不過(guò)，我國(guó)制造企業(yè)在推進(jìn)智能工廠建設(shè)方面，還存在諸多問(wèn)題

與誤區(qū)：

①盲目購(gòu)置自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化產(chǎn)線。諸多制造企業(yè)仍然認(rèn)為

推進(jìn)智能工廠就是自動(dòng)化和機(jī)器人化，盲目追求〃黑燈工廠〃，

推進(jìn)單工位的機(jī)器人改造，推行機(jī)器換人，上馬只能加工或裝

配單一產(chǎn)品日勺剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線。只重視購(gòu)置高端數(shù)控設(shè)備，

但卻沒(méi)有配置對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)。

②尚未實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和車間聯(lián)網(wǎng)。企業(yè)在購(gòu)置設(shè)備

時(shí)沒(méi)有規(guī)定開(kāi)放數(shù)據(jù)接口，大部分設(shè)備還不能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，

沒(méi)有實(shí)現(xiàn)車間聯(lián)網(wǎng)。目前，各大自動(dòng)化廠商均有自己的工業(yè)總

線和通信協(xié)議，OPCUA原則的應(yīng)用還不普及。

③工廠運(yùn)行層還是黑箱。在工廠運(yùn)行方面還缺乏信息系統(tǒng)支撐，

車間仍然是一種黑箱，生產(chǎn)過(guò)程還難以實(shí)現(xiàn)全程追溯，與生產(chǎn)管

理息息有關(guān)B勺制造BOM數(shù)據(jù)、工時(shí)數(shù)據(jù)也不精確。

③設(shè)備績(jī)效不高。生產(chǎn)設(shè)備沒(méi)有得到充分運(yùn)用，設(shè)備的健康狀態(tài)

未進(jìn)行有效管理，常常由于設(shè)備故障導(dǎo)致非計(jì)劃性停機(jī)，影響

生產(chǎn)。

⑤依然存在大量信息化孤島和自動(dòng)化孤島。智能工廠建設(shè)波及到

智能裝備、自動(dòng)化控制、傳感器、工業(yè)軟件等