數字化綠色智能工廠設計研究

歐陽澤敏，李晶晶

（1.合肥江淮汽車制管有限公司，安徽 合肥 230000；2.天津神州數碼有限公司，天津 300000）

0 引言

近些年來，物聯網、大數據、人工智能等新一代科學技術發展迅速，推動了我國各個行業、領域的進步，帶動了工廠建設領域，數字化、智能化趨勢的興起，由此助力了企業的穩定可持續發展。在工廠建設中，通過構建生產智能化體系、全廠優化體系、高效經營體系、安全受控全面感知體系，可以順利達成自動化生產、信息化管理、智能化企業的戰略目標，保證企業智能化發展。在工廠生產作業過程中，還要注意維持良好的生產環境，由此提升職工的工作熱情以及對企業的認同感。為此，需應用綠色化、數字智能技術進行工廠設計，提高工廠建設效果。

1 數字化智能工廠的架構設計

在進行數字化綠色智能工廠設計的過程中，一般是以冶金流程學為理論基礎，其設計目標為實現整體制造生產流程及單元工序和裝置的功能-結構-效率優化，同時也需要對空間和平面的布置進行優化和完善，對于時間以及時序可以進行較好的安排，對排放循環進行一定的控制，這樣才能提升生產過程中的物質流、能量流以及信息流的效率，提高工作質量和工作效率[1]。

構建數字化智能工廠的架構，在這一過程中需要應用較為先進的建設工藝、制造過程，并且需要集中監控建設生產的供應鏈，同時也需要在制造的過程中采用先進、科學的管理方式。工廠需要完善健全相關協同體系，比如說需要形成設備級、單元級、車間級、工廠級、企業級等，進而實現設計、生產、銷售、質量、資源、運輸、售后服務等產品相關功能模塊的智能化制造管控模式。

在設計工廠的過程中，應用數字化、智能化以及綠色建設時，主要以物聯網、大數據、人工智能、云計算等新興科學技術與生產制造相關的工作流程進行完美融合，這樣才能健全智能裝備、智能工廠、智能互聯為一體的智能制造體系，積極利用應用智能化技術進行分析決策、全供應鏈管控、產品生產制造。

目前階段，企業一般通過對產品生產銷售智能一體化進行有效協調，并在這一過程中融合跨專業業務，以此提升管理工作的質量和效率，同時也可以提高職工的執行能力，提升工作效率和工作質量。除此之外，需要在生產經營整體過程中積極應用模型化以及智能裝備，這樣才能在一定程度上提升整體生產操作的自動化。

2 實施方案與工廠建設

2.1 智能工廠的實施方案

從當前數字化綠色智能工廠設計的發展來看，主要是以“中國制造2025”為主要指導方向，基于生產制造的流程，設定特定流程網絡動態保證其有序運行，同時需要將信息化系統與物理系統二者進行完美融合，進而展開相應的設計，這樣才能構建一種強化流程協同、多目標優化以及各層級相互聯系溝通的五級智能制造為一體化的生產經營系統，才能在行業領域內作為只能制造的標桿[2]。

2.1.1 統籌管控、智能決策

在進行數字化綠色智能工廠設計的過程中，首先需要完善健全綜合管控中心，并以管控中心為基礎，對工廠內外的各種信息資源進行統計、歸納、分類等，并對信息資源進行統一、規模化的加工處理工作。應用智能化科技對工廠的生產進行監督控制，并且對指揮工作進行動態調度，這樣可以展現出較為完整、科學、可靠的關鍵數據以及相關的圖表。除此之外，也需要對工廠的生產經營、設備使用、產品質量、產品銷售、物流運輸、能源使用、環境保護等工作環節進行全面的掌控，并根據相應的問題做出適合的決策，這樣才能形成智能化的分析決策方案。搭建完善健全的綜合管控中心，使生產經營所涉及的各項工作環節和部門可以進行有效的溝通、合作，解決在生產過程中遇見的各種問題，比如說生產問題、原材料問題、能源平衡問題以及物流運輸問題等，使各個部門之間構建良好的溝通渠道，同樣也可以使信息資源做到快遞共享，統一明確上級下達的各項指令，這樣有助于提升企業決策的效率以及企業生產質量，保證企業的穩定發展。

除此之外，綜合管控中心可以改善在實際生產經營過程中的不良習慣，用準確的數據進行分析和進行相關決策，管理人員以數據為基礎進行對問題進行思考，同時提升管理工作的質量和效率，這樣做也可以營造一個數字化的工作環境，有效地提升了工廠的軟實力，推動實現工廠數字化發展的目標。

2.1.2 精益生產、工序協同

為了提高對生產過程中精準度的可控性，需要綜合生產使用的機械設備、生產運用的生產工藝、產品質量、物料、能源使用以及物流運輸等，并以時間和空間數據為基礎，以連續緊湊、動態協調為生產目標，對資源進行最優配置、對指揮進行調度以及安排計劃[3]。協同處理生產經營中的各項工作的過程中，需要有效地處理工序關系集合的相關關系，比如說低溫工序與高溫工序、上游工序與下游工序、間歇工序與連續工序、以及串聯工序與并聯工序等等之間存在的關系。制定工廠內部各生產制造部門之間的工序合作計劃，這樣才能形成具有實時性的可視化看板，實時監督各工序的運行狀態、生產情況、設備情況以及作業時間等環境因素，當工序節奏發生變化時可以及時對計劃進行安排，處理日常生產過程中遇見的各項問題，并進行更為有效的管理工作。

相關領導人員對工廠的整體生產現場形成工序電子化看板，在進行生產經營的過程中積極運用拉動方式進行生產活動，可以即使發現在實際生產的過程中出現的工序間異常問題，并針對具體問題制定科學、合理的解決措施，這樣做在很大程度上減少了在工序間出現等待的問題，最大程度上保證了間歇運行裝置可以進行服從連續運行裝置，同時也讓間歇運行過程中出現的各項工作流程，可以完美的與連續運行進行融合，使各項運行裝置相結合，形成完善的準連續運行的系統，這樣在很大程度上提升了生產流程的準連續性以及連續性程度，保證了生產活動可以高效穩定的開展。

2.1.3 全局控制、精準執行

在生產現場，可以根據生產活動的實際情況以及所需要使用的各項能源、設備、物流運輸等，以此為基礎建立相互剛性聯系和互聯互通的信息化系統，這樣在能在最大限度上實現智能化工廠的建設，并將生產過程中的各項業務功能與完整工序功能進行聚集，除此之外，也需要對生產工序以及全流程系統運行等不同階層的信息進行全面的收集、歸納和整理。工廠在進行生產活動的過程中，需要對物料、訂單等各項控制信息以及各種生產指令，進行科學化的分類，并將各項工作流程和工作細節通過系統下發至相關的子系統和人機界面，并實時進行更加精準化的控制，然后對實時信息和生產過程中進行相關的監督，并反饋各項細節以及問題和措施，建立完善健全的追溯數據鏈，可以在物料、訂單、生產工序等方面進行全面的追蹤和監督，這樣可以在一定程度上使生產和管理工作更加細致化，而且也使管理工作滲透到各項工作環節和細節之中，實現綜合精益管理的發展目標。同時也讓生產進度透明化，隨時查看生產進度；實時了解原材料的庫存情況，避免由于缺少原材料導致生產延期；對出現異常的訂單為工作人員提供相應的預警；制作更為全面的生產報表，并對相關的數據進行轉序的分析和歸納總結；對于出現的質量問題可以追溯問題的源頭；除此之外到達了全局控制、精準執行的發展目標。

2.1.4 工藝模型、人工智能

工廠在進行智能化、數字化的發展時，一般會引進較為先進的模型，同時也會根據工廠的實際情況進行自主開發，并對已經在使用過程中的技術進行優化完善，在這一過程中會應用到大量數字化技術、人工智能、物聯網等科學技術，這樣在能在最大程度上提升對模型控制的精準度[4]。在生產經營的過程中，可以應用智能物料管理控制系統、自動化生產智能化系統、智能判定系統以及性能預警系統等。工廠在進行生產活動的過程中，應用多元化的智能模型，在很大程度上提升了工藝的精準控制程度，同時也有助于提升工作質量和工作效率，保證工廠的經濟效益，進而促進我國經濟社會的發展。

目前階段，我國機器人裝備和無人裝備等智能化技術發展良好，并且也在進一步的進行完善和優化，因此工廠在進行生產經營的過程中也可以積極應用這類智能化裝置設備，比如說無人天車等裝置。這些裝備的應用可以改善高危作業的工作環境，在一定程度上保證了工作人員的人身安全，保證了生產的工作效率，同時也保證了產品的質量，提升企業企業形象，除此之外也保證無人化和智能化在生產運營中使用的穩定性和可靠性。

2.2 數字化智能工廠建設

設計是一切工程建設的基礎和源頭，對于三位數字化設計來講更是重中之重，不可或缺，一般在進行薩內數字化設計的過程中以數字化以及智能化工廠的數據信息作為基礎，以此設計相關的工藝模型和信息。在進行工程項目的過程中，會涉及工藝、管道、電氣、水源、混凝土、鋼結構等是多種專業領域和行業，建設時需要以“工廠對象”為核心標準，將設計過程中由采購、制造、安裝等階段產生的各項數據進行科學化的統計處理，使數據資源具有規模化和結構化的特點，同時也需要根據工廠對象的實際情況構建符合生產運營所需要的數據庫資源，將建設制造的整體過程進行有機結合，搭建符合實際情況的數據地圖，進而形成構建數字化、智能化綠色工廠所需要的各項企業靜態資產數據。

2.3 數字化、智能化工廠建設中的綠色設計

2.3.1 總圖布置以及能源應用

在進行工廠建設的過程中，需要根據實際的生產經營規模以及特點應用一次規劃和分期實施，比如說建設廠房的過程中可以分期建設，對于生產過程中需要應用的生產設備進行分期采購等方式，這樣可以滿足產品的生產，同時也可以促進企業的穩定發展。相關工作人員在進行總體工藝設計的過程中需啊喲充分考慮到分期銜接的問題，對資源和能源進行充分、有效的利用，保證其利用率，同時也需要注意投資的技術經濟的合理性[5]。因此在進行廠區設計的過程中，需要以工廠生產產品的特點為基礎，同時也需要考慮到生產工藝，進而對廠區進行科學、合理的規劃，比如說可以按照生產工藝或者是生產流程對各個廠房進行分區建設和布置，各廠房之間可以使用機械化設備建設成為運輸連廊，這樣可以縮短運輸距離，提升運行效率，也在一定程度上降低了能源消耗程度。除此之外，也需要對生產工藝進行精心布置，對于設備方面需要考慮到節能問題，選擇節能高效的設備，這樣也可以提升設備的開動率，在一定程度上降低了設備的空載時間，有助于節約能源。合理選擇能源種類，可以保證企業的而經濟效益，同時也可以降低工廠的綜合能源消耗情況，推動工廠綠色發展。

2.3.2 工廠能源選擇

一般工廠在進行生產的過程中，機械設備所需要使用的能源量比較大，因此在進行能源選擇的過程中，需要堅持“減量化，再利用，資源化”的原則，這樣可以從根本上對生態環境進行保護，同時也可以從根源上對資源以及能源消耗進行控制，提升能源的利用率。選擇能源種類的過程中一定要選擇那些使用環保、節能、可再生的資源。從目前資源利用的情況來看，除了比較傳統的資源以外，較為常見的就是太陽能、風能、余熱回收等資源。地源熱泵也在近階段廣泛應用的一種能源，主要是對土壤內所處儲存的太陽能資源進行有效利用，并以此為基礎進行能量轉換，進而形成供暖制冷空調系統。目前我國太陽能資源較為豐富，太陽能發電也是一種清潔能源方式，也被大范圍地應用，因此我國也加強了對新能源的開發和利用，降低二氧化碳排放量，對太陽能發電技術也進行了進一步的研究。

3 結語

綜上所述，隨著我國經濟社會的不斷進步，人們越來越開始重視新能源、綠色發展，更重視環境保護，因此在工廠設計的過程中，也逐漸向此方向靠攏，積極建設“綠色工廠”。受到當前先進的科學技術的影響，在建造綠色工廠的過程中，通常會應用到先進的數字化、智能化技術，以此保證工廠智能化發展，并且也促進生產、管理、運輸、銷售等一體化發展。