關于智能工廠的思考

林則衡

摘 要：隨著新一輪工業革命的發展，工業轉型升級的呼聲日漸高漲。面對信息技術和工業技術的革新浪潮，德國人提出了工業4.0戰略，中國發布了中國制造2025戰略。什么是智能工廠？如何建設智能工廠？是當前很多企業面臨的問題。本文旨在闡述智能工廠的戰略高度，探討智能工廠的具體含義、特征及建設內容和目的，并給予企業在建設智能工廠中一些建議。

關鍵詞：智能工廠;工業4.0;中國制造2025;智能化;建設

一、緒論

在全球化的背景下，企業面臨著空前的競爭壓力，越來越多樣化的客戶需求，越來越短的產品生命周期，越來越分散的生產單位。與此同時，客戶比以往任何時候都更有力地決定著市場。為了保持競爭力，企業必須滿足客戶對質量越來越嚴格的要求。而且，要在較短的交付提前期內以更低的成本生產更具創新性的產品。因此，無論在美國、還是在歐洲、或是日本，構建智能工廠（Smart Plant / Intelligent Plant）正在被全球制造業領域不約而同地選為下一個中長期的愿景目標;而工廠智能化作為當前國內制造業轉型升級的重要目標，也得到了業界、學界和政府層面的廣泛認同。

二、建設智能工廠的戰略高度

（一）德國工業4.0

德國“工業4.0”研究項目由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議和推動下形成，并已上升為國家級戰略，德國聯邦政府投入達2億歐元。

工業4.0的愿景包括：滿足用戶個性化需求;靈活性;決策優化;提高生產率和資源利用效率;通過新的服務創造價值;應對勞動力市場的變化;實現工作與生活的平衡;以及高工資仍然有競爭力。德國面臨人口老齡化，工會力量強大、高福利、經濟增長乏力等巨大壓力，亟待通過信息化、自動化和智能化來減少對人工的依賴，進一步提升勞動生產率和企業的盈利能力。

工業4.0的核心是：

（1）智能工廠：重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現;

（2）智能生產：主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。

（二）中國制造2025

《中國制造2025》是經國務院總理李克強簽批，由國務院于2015年5月印發的部署全面推進實施制造強國的戰略文件，是中國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領。

《中國制造2025》提出實行五大工程，其中“智能制造工程”中提到：“依托優勢企業，緊扣關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優化控制、供應鏈優化，建設重點領域智能工廠/數字化車間。”

三、智能工廠的含義、特征及建設內容

（一）什么是智能工廠

“什么是智能工廠？”，在世界范圍內，并沒有一個明確的統一標準。我認為，智能工廠的內涵是：一家工廠的自動化程度到達一定水平之后，通過信息化與自動化系統的集成，采用智能的裝備與生產系統，實現更加高效、優化、柔性的生產。智能工廠是一個很高的境界，要實現智能工廠還需要長期的努力。

智能工廠的基礎是數字化工廠，數字化工廠的核心是自動化系統與信息化系統的集成，實現所有工廠信息的自動采集，基礎是所有工廠設備的聯網。

西門子位于德國安貝格市的電子工廠被譽為全球最典型的工業4.0樣板，然而西門子對該工廠的描述卻是數字化工廠。而且西門子強調，數字化工廠不等于無人工廠，企業沒有必要追求絕對的無人化，而應該是少人化，人機協同。對于產品配置比較簡單的產品，可以實現全自動化生產;而對于產品配置復雜的產品，則保留部分人工的工序。對這些工序，西門子廣泛采用了防呆設計。例如，在安裝電氣元件時，只有對于當前工序需要安裝的零件的盒子，才會顯示綠燈。每個產品在生產過程中，將RFID芯片放置在托盤上，存儲產品的制造和裝配工藝。裝配線通過識別工藝路線，自主決策進入相應的生產設備進行生產。這實際上已經實現了智能化生產線的應用。

智能工廠是在數字化工廠的基礎上，增加了智能裝備的應用，實現對生產信息的實時智能分析。

（二）智能工廠的特征

我認為，智能工廠有以下特征：

（1）能夠實現產品設計手段與設計過程的數字化、智能化。

（2）可以對生產線或整個工廠的運行進行模擬仿真。

（3）具有工藝數據庫和知識庫，能逐步積累專家經驗和知識，實現工藝參數和作業任務的優化。

（4）實現制造信息全過程跟蹤以及產品質量的追溯。

（5）能夠實現準時按序送貨（JIS），支持混流生產。

（6）生產線具有柔性化，充分結合機器視覺等技術，采集RFID芯片存儲的工藝路線，并能夠定根據零件的工藝路線自主決策進入自動化裝備進行生產與裝配。

（7）實現產品生命周期管理（PLM）、企業資源計劃（ERP）系統和制造執行管理系統（MES）之間的無縫集成。

（8）通過增強型虛擬現實技術（AR）的應用，提高生產制造過程的智能化。例如，操作工人可以佩戴Google眼鏡，來指示要擰緊的螺釘孔位置，快速定位。

（9）生產過程全程無紙化。設備績效（OEE）達到最大化（80%以上）。

（10）在實時采集生產現場信息的基礎上，對制造過程的數據進行實時展現和分析，為各級生產管理者提供制造智能分析和決策支持。

（11）不再是孤立地使用機器人，而是實現機器人集群的應用，并實現人機互動。

（12）在物聯網應用方面，裝備制造企業可以通過遠程故障診斷提高產品的運行效能，及時幫助客戶進行預防性維修維護，更換備品備件，從而提升服務收入。對于物聯網系統反饋的產品出現的異常問題，可以反饋到產品研發與制造環節，及時進行改進。

（三）智能工廠建設的主要內容及目的

智能工廠包括智能加工中心與生產線的應用，智能化倉儲、運輸與物流，智能化生產執行過程管控和建立智能化生產控制中心。現代企業逐漸走向多工廠運營，因此全球優秀的企業采用統一的MES系統，來管理多工廠的運營。

智能工廠涉及到柔性自動化生產線、工業機器人、DNC（分布式數控）、智能刀具管理、自動化立體倉庫、AGV（無人引導小車），實現實時的生產和質量數據采集，應用MES系統、倉儲管理系統。在生產排產方面，應用APS（先進生產排程）來提高制造資源的利用率;充分利用RFID和二維條碼，或通過與制造裝備的數據接口，實現實時數據采集;利用SPC（統計過程控制）實現對質量數據的分析。

在智能工廠可以實現對車間生產計劃到執行的閉環，完全打破生產的黑箱，實現制造過程的全程可追溯。

全球最大的管理軟件公司SAP推出了制造集成與智能解決方案（SAPManufacturingIntegrationandIntelligence，SAPMII）。通過連接ERP與車間層系統，并實時準確地展現生產運營狀況，幫助制造商實現卓越制造。它可以將車間系統與公司運營直接連接起來。所有對制造有影響的數據幾乎都可以進行實時查看，包括關于訂單、物料、設備狀態、成本、產品質量等信息，從而幫助企業及時應對市場的變化。

四、結語

開展智能制造，建設智能工廠無疑是制造業企業轉型升級的重要手段，我認為中國企業應當采取務實的態度和循序漸進的策略，不可能一蹴而就，要充分根據企業的效益和行業的市場狀況，制定相應的策略，合理規劃藍圖。機器換人是個大趨勢，智能裝備的應用是個必由之路，但每個企業應當根據自身的產品特點和生產模式制定符合自身特色的路線圖，才能在智能工廠的推進過程中，真正獲得實際效益。