智慧工廠是什么樣的？

在中國制造2025及工業(yè)4.0信息物理融合系統(tǒng)CPS的支持下，離散制造業(yè)需要實現(xiàn)生產設備網絡化、生產數(shù)據(jù)可視化、生產文檔無紙化、生產過程透明化、生產現(xiàn)場無人化等先進技術應用，建立基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和"互聯(lián)網"的智能工廠。

最近幾年，歐美國家最早針對流程工業(yè)提出了"智能工廠"的概念。流程工業(yè)智能工廠由商業(yè)智能、運營智能、操作智能三個層次組成，由于自身的自動化水平較高，因此實施智能工廠相對比較容易。與流程工業(yè)相比，離散制造業(yè)首先在底層制造環(huán)節(jié)由于生產工藝的復雜性，如車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對生產設備的智能化要求很高，投資很大。特別是裝備制造業(yè)、家電、汽車、機械、模具、航空航天、消費電子等產品大都要求產品智能化，設計智能。

因此，在中國制造2025及工業(yè)4.0信息物理融合系統(tǒng)CPS的支持下，離散制造業(yè)需要實現(xiàn)生產設備網絡化、生產數(shù)據(jù)可視化、生產文檔無紙化、生產過程透明化、生產現(xiàn)場無人化等先進技術應用，做到縱向、橫向和端到端的集成，以實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，從而建立基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和"互聯(lián)網"的智能工廠。

生產設備網絡化，實現(xiàn)車間"物聯(lián)網"

工業(yè)物聯(lián)網的提出給"中國制造2025"、工業(yè)4.0提供了一個新的突破口。物聯(lián)網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。

傳統(tǒng)的工業(yè)生產采用M2M的通信模式，實現(xiàn)了設備與設備間的通信，而物聯(lián)網通過Things to Things的通信方式實現(xiàn)人、設備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接。

在離散制造企業(yè)車間，數(shù)控車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊、加工中心等是主要的生產資源。在生產過程中，將所有的設備及工位統(tǒng)一聯(lián)網管理，使設備與設備之間、設備與計算機之間能夠聯(lián)網通訊，設備與工位人員緊密關聯(lián)。

如：數(shù)控編程人員可以在自己的計算機上進行編程，將加工程序上傳至DNC服務器，設備操作人員可以在生產現(xiàn)場通過設備控制器下載所需要的程序，待加工任務完成后，再通過DNC網絡將數(shù)控程序回傳至服務器中，由程序管理員或工藝人員進行比較或歸檔，整個生產過程實現(xiàn)網絡化、追溯化管理。

生產數(shù)據(jù)可視化，利用大數(shù)據(jù)分析進行生產決策

"中國制造2025"提出以后，信息化與工業(yè)化快速融合，信息技術滲透到了離散制造企業(yè)產業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，條形碼、二維碼、RFID、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動控制系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技術在離散制造企業(yè)中得到廣泛應用，尤其是互聯(lián)網、移動互聯(lián)網、物聯(lián)網等新一代信息技術在工業(yè)領域的應用，離散制造企業(yè)也進入了互聯(lián)網工業(yè)的新的發(fā)展階段，所擁有的數(shù)據(jù)也日益豐富。離散制造企業(yè)生產線處于高速運轉，由生產設備所產生、采集和處理的數(shù)據(jù)量遠大于企業(yè)中計算機和人工產生的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的實時性要求也更高。

在生產現(xiàn)場，每隔幾秒就收集一次數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)很多形式的分析，包括設備開機率、主軸運轉率、主軸負載率、運行率、故障率、生產率、設備綜合利用率(OEE)、零部件合格率、質量百分比等。首先，在生產工藝改進方面，在生產過程中使用這些大數(shù)據(jù)，就能分析整個生產流程，了解每個環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。

一旦有某個流程偏離了標準工藝，就會產生一個報警信號，能更快速地發(fā)現(xiàn)錯誤或者瓶頸所在，也就能更容易解決問題。利用大數(shù)據(jù)技術，還可以對產品的生產過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產流程，當所有流程和績效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)中重建時，這種透明度將有助于制造企業(yè)改進其生產流程。

再如，在能耗分析方面，在設備生產過程中利用傳感器集中監(jiān)控所有的生產流程，能夠發(fā)現(xiàn)能耗的異?；蚍逯登樾?，由此便可在生產過程中優(yōu)化能源的消耗，對所有流程進行分析將會大大降低能耗。

生產文檔無紙化，實現(xiàn)高效、綠色制造

構建綠色制造體系，建設綠色工廠，實現(xiàn)生產潔凈化、廢物資源化、能源低碳化是中國制造2025實現(xiàn)"制造大國"走向"制造強國"的重要戰(zhàn)略之一。目前，在離散制造企業(yè)中產生繁多的紙質文件，如工藝過程卡片、零件藍圖、三維數(shù)模、刀具清單、質量文件、數(shù)控程序等等，這些紙質文件大多分散管理，不便于快速查找、集中共享和實時追蹤，而且易產生大量的紙張浪費、丟失等。

生產文檔進行無紙化管理后，工作人員在生產現(xiàn)場即可快速查詢、瀏覽、下載所需要的生產信息，生產過程中產生的資料能夠即時進行歸檔保存，大幅降低基于紙質文檔的人工傳遞及流轉，從而杜絕了文件、數(shù)據(jù)丟失，進一步提高了生產準備效率和生產作業(yè)效率，實現(xiàn)綠色、無紙化生產。

生產過程透明化，智能工廠的"神經"系統(tǒng)

"中國制造2025"明確提出推進制造過程智能化，通過建設智能工廠，促進制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實時監(jiān)測和自適應控制，進而實現(xiàn)整個過程的智能管控。在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造行業(yè)，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產品價值空間，側重從單臺設備自動化和產品智能化入手，基于生產效率和產品效能的提升實現(xiàn)價值增長。

因此其智能工廠建設模式為推進生產設備(生產線)智能化，通過引進各類符合生產所需的智能裝備，建立基于制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的車間級智能生產單元，提高精準制造、敏捷制造、透明制造的能力。

在不間斷單元自動化生產的情況下，管理生產任務優(yōu)先和暫緩，遠程查看管理單元內的生產狀態(tài)情況，如果生產中遇到問題，一旦解決，立即恢復自動化生產，整個生產過程無需人工參與，真正實現(xiàn)"無人"智能生產。

（編輯：奚雅青）