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隨（suí）著未來智能工廠發展浪潮的逼（bī）近，智能工廠為哪些行業帶來發展動力

2016-5-17 來源：作者：

未來（lái）智能工廠的發（fā）展將（jiāng）帶動虛擬仿真設計、網絡（luò）化智能設備、模塊化定製（zhì）生產、大數據化精（jīng）益管理及柔性（xìng）化新型人機交互五大行業領域發展高潮（cháo）。

流程工業智能工廠由商業智能、運營智能、操作智能三個層次組（zǔ）成，由於自身的自動（dòng）化水平較高（gāo），因此實施智能工廠相對比較容易。與（yǔ）流程工業相比，離散製造業首先在底層製造環節由於生產工藝的複雜性，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（zhuāng）備製造業、家電、汽車、機械、模具、航空航天、消（xiāo）費電（diàn）子等產品大都要（yào）求產品（pǐn）智能（néng）化，設計智能。

在中國製造2025及工業4.0信息物理融合係統CPS的（de）支持下，離散製造業需要實現生產設備網絡化、生（shēng）產數據可視化、生產文檔無紙化、生產過程透明化、生產現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（yǐ）實現優質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，從而建立基於工業大數據和“互聯網+”的智能工廠（chǎng）。

工業物聯網的提出給“中國製造2025”、工業4.0提供了一個新的突破口。物聯網是指通過各種信息傳感（gǎn）設備，實時采集任何需要監控（kòng）、連（lián）接、互動的物體或過程等各種需要的信息，其目的是（shì）實現物與物、物（wù）與人（rén），所有的物品與網絡的連接，方便識別、管理和控製。傳統（tǒng）的工業（yè）生（shēng）產采用M2M(MachinetoMachine)的通信模式，實現了設備與設備間的通信，而物聯（lián）網通過ThingstoThings的通信方式實現人、設備和係統三者之間的智能化、交互式無縫連接（jiē）。

在離散製造企業（yè）車間，數控車、銑、刨、磨、鑄（zhù）、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一聯網管理，使（shǐ）設（shè）備與設備之間、設備與計算機之間能夠聯網通訊，設備（bèi）與工位人員緊密關聯。如：數控編程人員可以在自己的（de）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場（chǎng）通過設備控（kòng）製器（qì）下載（zǎi）所（suǒ）需要的程序，待加工任務完成（chéng）後（hòu），再通過DNC網（wǎng）絡將數控程序回傳（chuán）至服務器中，由程序管理員（yuán）或工藝（yì）人員進行（háng）比較或歸檔，整個生產過程實現網絡化、追溯化（huà）管理。

在生產現場，每隔幾秒就收集一次數據（jù），利（lì）用這些數據可以實現很多形（xíng）式（shì）的（de）分析，包括設備開機（jī）率、主軸運轉率、主軸負載率、運行率、故障率、生產（chǎn）率、設備綜合利用率(OEE)、零部（bù）件合格率、質量百分比（bǐ）等。首先，在生產工藝改進方麵，在生產過程中使用這（zhè）些大數據，就能分析整個生產流程，了解（jiě）每個（gè）環節是（shì）如何執行的。一旦有某個流程（chéng）偏離了標準工（gōng）藝，就會產生一個報警信號，能更快速地發現錯誤或者瓶頸所（suǒ）在，也就能更容易解決問題。利用大數據技術，還可以對產（chǎn）品的生產過程建立虛擬模型，仿真並優化生（shēng）產流程，當所有（yǒu）流程和績效數（shù）據都能在係統中重建時，這種透明度將有助於製造（zào）企業改進其生產（chǎn）流（liú）程。再如，在能耗分析方麵，在設備生產過程中利（lì）用傳感器集中監控所（suǒ）有的（de）生產流程，能夠發現能耗的異常或峰值情形，由此便可在生產過程中優化能源的消耗，對所有流程進行分析（xī）將會大大降低能耗。

構建綠色製造體係，建設綠色工廠，實（shí）現生產潔淨化、廢物資源化、能（néng）源低碳化是（shì）中國製造2025實現（xiàn）“製造（zào）大國”走向“製造強國”的重要戰略之一。目前（qián），在離散製造企業中產生繁多的紙質文件，如工藝過程卡片、零（líng）件藍圖（tú）、三（sān）維（wéi）數模、刀具清單、質量文件、數控（kòng）程序等等，這（zhè）些紙質文件大多分散管理，不便於快（kuài）速查找、集（jí）中共享和實（shí）時追蹤，而且（qiě）易產生大量的紙張浪費、丟失等。生產文檔進行無紙化管理後，工作人員在生產現場即可快速查詢、瀏覽（lǎn）、下載所需要的生產信息，生（shēng）產過程中產（chǎn）生的資料能夠即時進行歸檔保存，大幅降低基於紙質文檔的人工傳遞及流轉，從而杜絕了文件、數據丟（diū）失（shī），進一步提高了生產準備效率和生產作業效率，實現綠色、無（wú）紙化生產。

離散製造企業生產（chǎn）現場（chǎng），MES在實現生產過程的自動化、智能化（huà）、數（shù）字化等方麵發揮著（zhe）巨大作（zuò）用。首先，MES借助（zhù）信息傳遞對從訂單下達到產品完成的（de）整個生產過程進行優化管理，減少企業內部無附加值活動，有效地指導工廠生產運作過程，提高企業及時交貨能力。其次，MES在企業和供應鏈間以雙向交互的形式（shì）提（tí）供生產活動的基礎信息，使計（jì）劃、生產、資（zī）源三者密切配合，從而（ér）確保決策（cè）者（zhě）和各級管理（lǐ）者可以在最短的時間內掌握生產現場的變化，做（zuò）出準確的判斷並製定快速的應對措（cuò）施，保證生產計劃得到（dào）合理而快速的修正、生產流程暢通、資源充分有（yǒu）效地得到利用，進而最（zuì）大限度地發揮生產效率。

智能工廠是在數字化工廠（chǎng）的基礎上，利用物聯網技術和監控技術加強信息管理服務，提高生產過程可控性（xìng）、減少生產線人工幹預，以及合理計劃排程。同（tóng）時，集初步智能手段和智能係統等新興技術於一體，構建高（gāo）效、節能（néng）、綠色、環保、舒適（shì）的人性化工（gōng）廠。

智能工廠已經具有了自主能力，可（kě）采（cǎi）集、分析、判斷（duàn）、規劃；通過整（zhěng）體（tǐ）可視技術進行推理預測，利用仿真及多媒體技術，將實境擴增展示（shì）設計與製造過程。係統中各組成部分可自行組成最佳係統結構，具備（bèi）協（xié）調、重組及擴充特性。已係統（tǒng）具備（bèi）了自（zì）我學習、自行維護能（néng）力。因此，智能工廠實現了人與機（jī）器（qì）的相互協調合作，其本質是人機交互。

智能（néng）工廠是（shì）在數字化工廠基礎上的升級版，但（dàn）是與智能製造還有很大差距。智能製造係統在製造過程中能進行智（zhì）能活動，諸（zhū）如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與（yǔ）智（zhì）能（néng）機（jī）器的合作，去擴大、延（yán）伸和部分地取代技（jì）術專家在製造過程中的腦力勞動。它（tā）把製造自（zì）動化擴展到柔性（xìng）化、智能化和高度集成化。

智能製造係統不（bú）隻是“人工智能係（xì）統，而是人機一體化智能係統（tǒng），是混合智能。係統可獨立承擔分析、判斷、決策等任務，突出人在製造係統中的核心地（dì）位，同時在智能機器配合下，更好發揮人的潛能。機器智能和人（rén）的智能真正地集成（chéng）在（zài）一起，互相配合，相得益彰。本質是人機一體化。

國內很多企業都在炒（chǎo）作智能製造，但是（shì）絕大多數企業還處在部分使用應用軟（ruǎn）件的階（jiē）段，少數企業也（yě）隻是實現了信息集成，也就是可以達到（dào）數字（zì）化工廠的水平；極少數企業，能夠實現人機的（de）有效交互，也就是達到智（zhì）能工廠的水（shuǐ）平。

那麽，隨著未來智（zhì）能工廠發展浪（làng）潮（cháo）的逼近。未來，將有幾個行業或者領域迎來發展（zhǎn）高潮（cháo）。

首先是虛擬仿真設計。隨著（zhe）三維數（shù）字（zì）化技術的發展，傳（chuán）統的以經驗為主的模擬設計模（mó）式逐漸（jiàn）轉變為（wéi）基於三維建模和（hé）仿真的虛擬設計模式，使未來的智能工廠能夠通過三維數（shù）字建模、工藝虛擬（nǐ）仿真、三（sān）維可視化工藝現場應用，避免傳統的“三維設計模型（xíng）→二維紙質圖紙（zhǐ）→三維工藝模型”研製過程中信息傳遞鏈條的斷裂，摒棄二（èr）維、三維之間（jiān）轉換，提高產品研發設計效率，保證（zhèng）產品（pǐn）研發設計質量。

隨著仿真技術的發展，原有的對工（gōng）件幾（jǐ）何參數及幹涉進（jìn）行（háng）校驗的幾何（hé）仿真逐漸轉（zhuǎn）變成產品加工、裝配、拆卸、切削和成型過程的物理仿真（zhēn），使未（wèi）來（lái）的智能工廠實現在複雜虛擬環境下對產品運行生產效果進行仿真分析（xī）和（hé）驗證，以達到（dào）產品開發周期和成本的最低（dī）化、產品設計質量（liàng）的最優化和生產（chǎn）效率的最高化，增強（qiáng）企業的競爭（zhēng）能力。

未來我國應著重突（tū）破MBD技術、物理仿真（zhēn）引擎係統架構、仿真模型三個環節。

其次是網絡化（huà）智能設（shè）備。生產設備的智能化程度（dù）將在網絡化條（tiáo）件（jiàn）下得到快速（sù）提升，傳統製造模式出現顛覆性的變革，具體表現高度密集的生產（chǎn）設備、生產設備智能化和柔性化製造方式這三個方麵。

隨著技術的進（jìn）步以及人（rén）工成本的（de）逐漸上升，未來工廠內所有工作逐漸由係統控製的核心生產設（shè）備來（lái）實現，工作人員不直接參與生產第（dì）一線工作，隻是從事一些新產品開發、生產工藝改進、新機器設備發明創新等高（gāo）質量複（fù）雜勞動。高度密集的生產設備將使未來（lái）智能（néng）工廠的生產成本逐漸降低，產品質量將得（dé）到大幅提升。

在生產設備智能化方麵（miàn），生產設備聯網助（zhù）力未來工廠日益智能化。生產設備依托安全的生產（chǎn）網絡和（hé）係統能夠實現智能校正（zhèng）、智（zhì）能診斷、智能控製、智能管理等功能和生產設備之間的智能化信息交換，協同性和開放性明顯（xiǎn）提升。智能化生產設備的應用（yòng），使未來智能工廠生產過程（chéng）更加靈活、高（gāo）效並具有可（kě）持（chí）續發展性。

在柔（róu）性化製造方式方麵，增材製造方式促進智能工廠日漸綠色化（huà）和（hé）柔性（xìng）化（huà）。傳統的材料去除加工方法將逐漸被低耗能、低汙染甚至無汙染的增材製造方式所取（qǔ）代，這種製（zhì）造（zào）方式尤其適合（hé）動力設備、航空航天、汽車等高端產品上的關（guān）鍵零部件的生產。

再次是模塊化定製（zhì）生產。多批次、小產量的生產盈利能力在模塊化生產方式下逐漸得到提升，產品日益滿足消費（fèi）者個性化需求，具體表現在模塊生產和模塊組（zǔ）裝這兩個方麵。

在模塊生產方麵，生產可自由組合的（de）模塊助力智能工廠日益集約化。傳統的固定生產線將無法滿足（zú）客戶定製化需求而逐漸消失，可動態組合的（de）模塊化生（shēng）產方式將成為主流。在（zài）模塊化生產（chǎn）方式下，產品被分解成無數個具有不同用途或性能（néng）的模塊。每個模塊將通（tōng）過製造執行係統被生產出來，杜絕未來（lái）智（zhì）能工廠的浪費環節，保證質量、優化成本、縮短周期。

在模塊組裝方麵，標準化、通用（yòng）化模塊之間（jiān）的組合提升智能工廠定製化生產盈利能（néng）力。根據產品的性能、結構選擇滿足需求的（de）模塊（kuài），通過模塊結構的標準化，將選取出的各模塊自（zì）由組裝（zhuāng）出滿足（zú）客戶（hù）個性化需求的（de）產品，使未來智能工廠產品的品（pǐn）種更豐富、功能（néng）更齊全、性能更穩定（dìng）。

大數據化精益管理。產品的研發（fā）、生產和（hé）管理方式通過工業大數（shù）據挖掘和分析逐漸得到創（chuàng）新（xīn），工廠管理日趨精益化。具體表現（xiàn）在客戶價（jià）值管理、精益生（shēng）產和精益供應鏈（liàn）這（zhè）三個方麵。

在客戶價值管理方麵，基於大數據的（de）客戶價值（zhí）提升趨勢明顯。隨著移動互聯、物聯網等新一代信息技術逐漸滲透（tòu）到產品生產的各個環節，大數據配套軟硬件的日益完善，安全性和標準化程度的逐步提升，通過對客戶與工業（yè）企業之間的交互和交易（yì）行為方麵大數據（jù）的（de）分析，產品的研（yán）發設計呈現出眾（zhòng）包化發展趨勢，同時產品售後（hòu）服務得到不斷改進和完善。

在精益生產方麵，基（jī）於大數據的生產製（zhì）造日益精益化。製（zhì）造企業通過實時收集生產過程中所產生的大數據，對生（shēng）產設備診斷、用電量、能耗、質量事故等（děng）方麵進（jìn）行分析（xī）與預測，能夠及時發現生產過程中的錯誤與瓶頸並進行優化（huà）。通過運用大數據技術，未來智能工廠實（shí）現生產製造的精益化，提升生產過程的透明度、綠色性（xìng）、安全性和產品的質（zhì）量。

在（zài）精益供應鏈方麵，基於大數（shù）據的（de）供（gòng）應鏈優化（huà）趨勢顯著。隨著大數據基礎（chǔ）條件的日益成熟，製造企業能夠（gòu）獲得完整的產品供應鏈方麵的大數據，通過對這些大數據（jù）的分析，預（yù）測零配件（jiàn）價格走勢、庫存等（děng）情況，克服傳統供應鏈中缺乏協（xié）調和信息共享等問題，避免牛鞭效應的發生，實現供應鏈的優化。基於大數據的精益供應鏈管理消減了智能工廠整個供應鏈條中成本和浪費情況，提升了倉儲和配送效率，實現了無庫存或庫存達到極小。

最後是柔性化新型人機交互。人與機器的信息交換方式隨著技術融合（hé）步伐（fá）的加快（kuài）向（xiàng）更高層次邁進，新型人（rén）機交（jiāo）互方（fāng）式被逐漸應用於生產製造（zào）領域。具體表現在智能（néng）交互設（shè）備柔性化和智能交互設備工業（yè）領域應用這兩個方（fāng）麵。

在智（zhì）能交互設備柔性化方麵，技術和硬件的不斷更新有（yǒu）利於智（zhì）能交互設備日益柔性化優勢的形成。隨著移動互聯、物聯網、雲計（jì）算、人機交互和識別技術等核心技術的發展，交互設備硬件日趨（qū）柔性化，智能交互設備逐漸呈現出設計自由新穎（yǐng）、低功耗、經摔耐（nài）用、貼近人體等優勢，這就為未來智能工廠新型（xíng）人機交互的實現提供了基（jī）礎。

在智能交互設備工（gōng）業領域（yù）應用（yòng）方麵，柔（róu）性化智能交互（hù）設備助力智能工廠新型人機交互方式的實現。隨著技術融合步伐的加快，柔性化智能交互設備從個人消費領（lǐng）域被逐漸引入到製造業，作為生產線裝配及特殊環節工作人員的技術輔助工（gōng）具，使工作（zuò）人員與周邊的智能設備進（jìn）行語音、體感等新型交互。智（zhì）能交互設備工（gōng）業領域（yù）的應用，提升了未來智能工廠的透明度和靈活性。（來源：信息化顧問團）

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