基于數字化交付的離散制造智能工廠規劃設計路徑研究

鄭 奇，李鳳岐，鄒彥純

（曼德產業協同創新設計院(天津)有限公司，天津 300350）

1 引言

智能制造的核心是智能工廠，智能工廠的核心是信息化與工業化深度結合，以信息化帶動工業化，離散型制造業生產工藝復雜，對裝備的智能化要求比較高，建設智能工廠是離散型制造業提質增效、節能降本的重要手段。

智能制造系統解決方案主要以建設智能產線、數字車間、智能工廠為目標，依托軟件、硬件產品及服務系統的結合，實現離散型智能制造模式要素和人力、物料和機器等資源的信息交互、相互識別和系統集成，為制造業企業提供解決方案和提升改造服務，促進智能制造、綠色制造和工業互聯網等新模式推廣應用。

智能制造系統解決方案供應商應貼近行業發展實際，根據行業的特點及各企業的基礎現狀，為企業量身打造可落地、分階段實施以及能有效解決問題的方案，同時形成可復制推廣的模式，因此在為離散制造領域進行智能工廠規劃設計時，要聚焦客戶的可持續發展，通過需求滿足，為企業打造對應的技術能力體系，助力企業、行業高質量發展，從咨詢規劃、方案設計和詳細設計到數字化交付對系統解決方案技術路徑進行規劃設計。

2 研究與方法

（1）建設離散制造智能工廠，推動高質量發展

在《國民經濟和社會發展“十四五”規劃和二〇三五年遠景目標》中，明確指出要堅定不移建設制造強國，智能制造是制造強國的發展途徑，而智能工廠是實現智能制造的重要載體。

目前，我國離散型制造企業的智能化程度較低，智能制造的解決方案尚未形成體系，離散型智能制造系統解決方案商市場需求較大。依據智能工廠安全控制要求等標準，智能工廠應包括智能設計、智能生產、智能管理、智能物流和智能集成等關鍵技術。在充分考慮未來需求的基礎上，結合企業的戰略需要、生產需求以及智能工廠建設的要求，需要從規劃設計、方案設計和詳細設計到數字化交付建設出最合理的智能工廠，促進企業高質量發展，而系統解決方案在推進智能工廠建設過程中發揮著重要的作用，如圖1所示。

圖1 離散型制造企業高質量發展

（2）聚焦可持續發展，打造全過程咨詢設計能力

智能制造系統解決方案包括軟件、硬件以及系統服務能力等多方面的集成和管理，因此系統解決方案供應商在智能制造的推進過程中起著至關重要的作用。智能制造系統解決方案應聚焦于行業可持續發展的全過程咨詢設計能力，將生產智能化與管理信息化想融合，從橫向、縱向及端到端三方面進行集成，提供咨詢規劃、方案設計、詳細設計及數字化交付四種服務，面向設備層、單元層、車間層、企業層及協同層五個層面進行管理，突破5G和工業物聯網、人工智能、工業機器人、大數據、云計算以及面向服務的平臺技術“6”種關鍵性技術，如圖2所示。

圖2 全過程咨詢能力打造模型

3 打造離散型制造業智能工廠規劃設計路徑模型

系統解決方案商要考慮智能工廠的全過程管理，從智能設計、智能生產、智能物流和智能銷售到智能服務等全生命周期涉及的關鍵技術，基于企業數字化交付來進行智能工廠建設規劃過程分析，橫向分為咨詢規劃、方案設計、詳細設計及數字化交付四個階段；縱向基于現狀看方案的可持續性，從支撐條件看方案的安全性，從方案本身出發看方案的可靠性，從客戶角度看方案的可信性。離散型制造業智能工廠規劃設計路徑模型如圖3所示。

圖3 離散型制造業智能工廠規劃設計路徑模型

（1）項目咨詢規劃

通過調查問卷、現場調研、座談等方式，與企業研發、技術、生產、質量、管理、市場和財務等相關負責人員進行交流，對公司的基本情況及戰略定位、需求、戰略目標及方針等方面進行咨詢、診斷分析，以智能化、數字化發展的總體思路，對智能工廠總體布局及架構設計、對智能制造系統及智能管理進行系統設計、對智能工廠風險進行分析，分析整體可行性后要明確智能工廠的資金預算、實施計劃及評審結果。要以企業可實際投入的資金及未來可收益的預測為基礎，以提質降本增效的原則對資金預算進行合理規劃，并保證項目的可持續進行。項目咨詢規劃步驟如圖4所示。

圖4 項目咨詢規劃步驟

（2）方案設計

在以上項目咨詢規劃的基礎上，基于公司的總體戰略目標及階段性目標的客戶需求進行對標，同時基于精益生產理念及數字化設計，對智能工廠模型架構設計、工藝規劃、物流規劃、自動化系統規劃、組織管理集成化設計、車間物聯網系統規劃以及信息化系統規劃，制定出基于精益生產的實施路線圖。方案設計步驟如圖5所示。

圖5 方案設計步驟

（3）詳細設計

制定出實施路線圖后，對智能工廠進行詳細設計，要持續方案對標并持續優化，對工藝流程及布局設計、倉儲物流設計、標識設計、三維信息建模及仿真優化、信息基礎設施設計、智能裝備與產線設計、生產過程數據采集和分析系統設計、車間物聯網系統設計，最終進行信息化系統設計及總體集成設計。

根據企業實際需求，規劃信息化實施的廣度及深度，要基于目標有計劃的加大智能裝備的應用，并重點關注智能裝備之間網絡化、信息化協同。方案詳細設計如圖6所示。

圖6 方案詳細設計

（4）數字化交付

根據方案對標及持續設計和優化，在詳細設計的基礎上，基于最終的施工落地配合設計服務管理體系、輔助項目現場實施及配合服務、輔助采購招標服務及輔助交付驗收服務，基于高質量交付的輔助培訓和售后服務及智能工廠三維數字化交付服務，完成智能工廠的數字化交付，如圖7所示。

圖7 數字化交付

4 未來發展趨勢

中國作為全球制造業大國，力圖實現由制造大國向制造強國的轉變，而智能制造作為制造業金字塔的頂端產業，其發展必將成為傳統制造業產業轉型升級的突破，而整個智能制造體系的綜合呈現就是智能工廠，其標準化建設必將成為重中之重。按照國家《“十四五”智能制造發展規劃》（征求意見稿），到 2025 年，建設1 000 個以上智能車間、100個以上引領行業發展的標桿智能工廠，因此打通智能工廠的生命周期管理，從智能設計、智能生產、智能物流和智能銷售到智能服務等方面涉及的關鍵技術，系統解決方案供應商應加強與用戶的供需互動，在充分理解用戶需求的基礎上，推進工藝、裝備、軟件、網絡的系統集成和深度融合，提供專業化、高水平和一站式的集成服務。