新時代下智慧工廠實現的方法策略

余明麗

（中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

智慧工廠是我國目前工廠建設的重要發展方向，也是解決制造技術問題的重要方式。在智慧工廠建設過程中，既要明確建設的意義，又要在建設框架設計中提高其專業性，具體應包含ERP層、MES層和設備執行層。在專業框架的指導下進行智慧工廠的建設，能夠提高工廠建設效果，提高工廠的智能化程度，使整個智慧工廠在建設中取得積極效果。為此，應立足智慧工廠建設實際，探討智慧工廠的建設方法，為整個智慧工廠建設提供有力支持，推動智慧工廠的快速發展。

1 智慧工廠建設背景及意義

1.1 智慧工廠建設背景

“中國制造2025戰略”的提出，對制造業提出了更高的要求，需要制造業在工廠建設方面著力發展智慧工廠，建成具有代表性的智慧工廠，增加智慧工廠的智能化程度，提高智慧工廠的先進性，使智慧工廠在智能化水平和制造質量等方面得到有效提升，為整個中國制造奠定良好的基礎。在這一背景下，智慧工廠建設得以提出并付諸實施。從目前智慧工廠的建設過程來看，取得了積極成就，對推動中國制造業的快速發展以及形成中國智能制造具有重要影響。在這一背景下，智慧工廠建設成為現階段工廠建設的重要內容[1]。

1.2 智慧工廠建設意義

智慧工廠建設能夠提高工廠的智慧屬性，使工廠在內部管理、生產控制、產品質量控制以及生產進度控制等方面達到預期目標，提高智慧工廠的生產效率。智慧工廠在建設過程中，能夠解決產品制造問題、產品管理問題以及工廠生產問題，對整個制造業具有較強的推動作用，能夠滿足制造業的發展需要，對解決制造業發展問題以及提高產品生產質量和優化產業結構具有重要影響。認識到智慧工廠的建設意義，并根據智慧工廠的建設需要加快智慧工廠的建設步伐，對于提高智慧工程的建設質量以及滿足智慧工廠的發展需要具有重要意義。

2 國內外智慧工廠建設現狀

2.1 國外智慧工廠建設現狀

在智慧工廠的建設方面，國外積累了大量成熟的經驗，在智慧工廠的建設方面取得了積極效果。例如西門子、三星早已實現了智慧工廠的建設，在工廠的生產效率、工廠的內部管理以及工廠的品質管理等方面都取得了積極效果，實現了智能化制造，特別是“德國工業4.0”的提出，代表了智能制造已經成為制造業新的標準和發展方向。在這一背景下，國外的智慧工廠數量正在不斷增多，智慧工廠的建設水平逐漸提升，推動了制造業的不斷發展，使制造業在工廠水平上得到了有效提升，為制造業的發展奠定了良好的基礎[2]。

2.2 國內智慧工廠建設現狀

從目前國內智慧工廠的建設情況來看，國內企業已經認識到了智慧工廠建設的必要性，在企業建設過程中將智慧工廠作為重要的發展方向。例如，國內的華為、比亞迪、吉利汽車、一汽大眾和上汽大眾已經開始了智慧工廠的建設，旨在通過智慧工廠的建設，為整個產品生產提供充分的保障，使整個智慧工廠在建設過程中能夠更好地為產品服務。目前國內智慧工廠的數量在逐步增加，智慧工廠的建設手段不斷完善，積累了一定的建設經驗，推動了智慧工廠的不斷發展，使國內的智慧工廠能夠在數量和質量方面得到雙提升[3]。

3 智慧工廠建設框架

3.1 ERP層

在智慧工廠建立過程中，主要目標是實現智能化管理。ERP層屬于基礎的管理層，不僅能夠實現供應鏈管理、庫存管理和財務管理，還能夠提高管理的專業性，實現管理的自動化，對降低管理難度和實現有針對性管理具有重要作用。依靠ERP層能夠實現與MES層的互聯，使整個企業在管理效率和管理針對性方面能夠得到有效提升。REP層是智慧工廠的基礎，也是智慧工廠實現管理效果提升的關鍵。在建設過程中，還需要建立具備對應管理功能的子系統。

3.2 MES層

MES層是與ERP層相連接的管理層，MES層主要是面向車間執行層的生產信息化管理軟件，可以對整個生產過程進行有效管理，包括訂單的下達、生產質量管理、產品信息追溯以及生產過程的調整和優化。在這一過程中，能夠實現產品生產的自動化管理，從產品訂單進入到產品生產完畢出廠，都由MES層進行管理，對整個產品的生產、生產資源的優化利用以及產品的品質管控和產品的安全管理具有重要影響[4]。可見，MES層是重要的生產管理層，對整個智慧工廠的生產管理產生重要影響，能夠使智慧工廠的生產管理達到預期目標。

3.3 通信層

在智慧工廠建設過程中，為了實現各管理層的信息交互，通信層的構建尤為重要。在通信層構建中，需要包含通信的硬件設施和軟件系統，使整個通信的快速性和通信效率滿足工廠的實際需要。同時，在通信層的建設過程中，還要根據通信層的通信要求、硬件設施，以及軟件系統的匹配要求，對通信層的設置和網絡結構進行調整，使通信層在智慧工廠的生產過程中具備一定的代表性，提升通信設備的應用通信效率，使通信效果能夠滿足實際需要，并解決通信管理中存在的信息不暢的問題。

3.4 工業控制層

在智慧工廠中，需要對整個生產狀態進行監控，通過工業控制層的建設能夠使整個生產控制通過通信軟件以及PLC控制系統，實現對數據的采集和生產設備的控制，最終達到智能化生產的目的，實現遠程管理和遠程控制。其中，在工業控制層在建設中，應做好控制結構設計，保證工業控制層能夠發揮管理和控制功能，降低控制難度，使整個工業控制層成為智慧工廠遠程控制生產設備的重要系統。在系統的控制過程中，需要根據控制要求和系統特點，對硬件設施和軟件系統進行匹配，保證二者在功能方面滿足控制要求[5]。

3.5 設備執行層

在智慧工廠中，設備執行層是保證設備儀表以及工業機器人系統能夠正常工作的關鍵，在整個設備控制層中需要提高設備的執行效率，需要對設備的執行效果進行監督和管理，并保證整個控制層能夠有效工作。通過對設備執行層的有效建立和監管，能夠使設備執行層更好地實現工業控制層的要求，使整個生產過程得到監督和管控，這對于落實生產目標和遠程操控設備，以及提高產品的生產質量具有重要影響。故而在設備執行層的建設過程中，應注重遠程控制功能的體現。

4 智慧工廠建設方案

4.1 智能設備層

智慧工廠在建設過程中，首先需要做好智能設備層的建設。智慧工廠的突出特點是生產設備具有智能化的優勢，能夠根據生產需要進行智能控制。為了達到這一目標，在智能設備層的建設中，應對機床進行改造。不僅要對現有的機床設備進行升級，增加智能控制模塊，同時還要采購安裝智能化機床設備，實現機床設備的整體升級，保證智慧工廠的生產設備能夠升級到智能化水平，能夠做好自動化生產[6]。為此，在智能化設備層的建設過程中，應按照智能管理的要求和智能生產的要求配備智能機床等基礎設備。

4.2 設備控制層

智慧工廠建設不僅要進行智能設備層的建設，同時還要做好設備控制方面的建設。設備控制層主要是對設備進行智能化控制，通過建立控制系統實現對設備的有效控制，在控制過程中能夠根據控制要求、控制特點和控制的具體情況采取設備控制方式。另外，還可以采取網絡傳輸遠程控制、PLC自動控制的方式，實現對設備的有效控制，這對提高設備控制效果和解決遠程設備控制問題具有重要影響。在設備控制層的建設中，應完善控制手段，提高控制效率，使整個設備控制能夠實現控制目標。

4.3 制造執行層

制造執行層的建設至關重要，制造執行層關系到機床控制設備在制造環節是否能夠按照產品的制造標準予以實施。在制造執行層的建設中，應對設備進行調試，并且檢驗設備的制造能力和設備的智能化控制能力是否達標。通過對這些基本功能的檢查，使整個設備在生產過程中能夠達到預期目標，提高設備的控制效果，保證設備控制能夠滿足產品制造需要，提高產品的制造效果。在制造執行層的建設中，應通過設備調試的方式保證產品制造，達到制造效率要求和制造質量要求，保證制造過程的安全性達標。

4.4 數據展示層

數據展示層主要是對設備的控制數據和設備的管理數據進行展示，提高設備的控制效果。通過數據展示，能夠使整個系統的運行情況完整地展示在管理平臺上，便于管理人員對整個生產過程進行干預。由于在數據展示層中，需要保證數據的展示完整性和數據信息的全面性，對整個管理過程和自動控制過程有較高的要求。因此，在控制過程中需要根據數據的特點，數據的展示需要根據數據的實際情況進行展示層的構建，以此提高數據展示層的構建效果。在數據展示層的構建過程中，應按照數據展示層的實際需要和數據展示層的基本特點進行構建。

5 結論

通過對智慧工廠建設的分析可知，目前智慧工廠的建設已經成為落實“中國制造2025戰略”的重要手段之一。通過對智慧工廠的關注以及智慧工廠建設的實施，能夠建設一大批具有智慧功能和智能化生產能力的工廠，提高工廠生產的有效性，使工廠在生產過程中具備突出的特點，更好地解決產品的生產制造問題，實現產品的智能化生產。為此，相關人員應掌握智慧工廠的建立手段，通過建立智慧工廠的方式，推動智能化制造的快速發展，為整個“中國制造2025戰略”的落實提供有力支持。