智能工廠概念及框架分析
智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計劃排程。同時，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。
智能工廠已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規(guī)劃；通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實境擴(kuò)增展示設(shè)計與制造過程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。因此，智能工廠實現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機(jī)交互。
智能工廠由賽博空間中的虛擬數(shù)字工廠和物理系統(tǒng)中的實體工廠共同構(gòu)成。其中，實體工廠部署有大量的車間、生產(chǎn)線、加工裝備等，為制造過程提供硬件基礎(chǔ)設(shè)施與制造資源，也是實際制造流程的zui終載體；虛擬數(shù)字工廠則是在這些制造資源以及制造流程的數(shù)字化模型基礎(chǔ)上，在實體工廠的生產(chǎn)之前，對整個制造流程進(jìn)行全面的建模與驗證。為了實現(xiàn)實體工廠與虛擬數(shù)字工廠之間的通信與融合，實體工廠的各制造單元中還配備有大量的智能元器件，用于制造過程中的工況感知與制造數(shù)據(jù)采集。在虛擬制造過程中，智能決策與管理系統(tǒng)對制造過程進(jìn)行不斷的迭代優(yōu)化，使制造流程達(dá)到*；在實際制造中，智能決策與管理系統(tǒng)則對制造過程進(jìn)行實時的監(jiān)控與調(diào)整，進(jìn)而使得制造過程體現(xiàn)出自適應(yīng)、自優(yōu)化等智能化特征。
由上述可知，智能工廠的基本框架體系中包括智能決策與管理系統(tǒng)、企業(yè)虛擬制造平臺、智能制造車間等關(guān)鍵組成部分。
智能工廠建設(shè)原則及維度
1、建設(shè)原則
(1)智能工廠的實施廣度
參考德國工業(yè)4.0中對“智能工廠”的定義：重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。前半句“智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程”，是說除了包括智能化的機(jī)床、機(jī)器人等生產(chǎn)設(shè)施以外，還包括對生產(chǎn)過程的智能化管控，站在信息化的角度，就是智能化的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。而后半句：“以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)”，是指將生產(chǎn)所用的生產(chǎn)設(shè)施(如機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、AGV、測量測試等各種數(shù)字化設(shè)備)，進(jìn)行互聯(lián)互通、智能化的管理，實現(xiàn)信息化系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的深度融合。目前很多企業(yè)實施的DNC/MDC(設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))是其重要的基礎(chǔ)。
(2)智能工廠的實施深度
按照工業(yè)4.0戰(zhàn)略的描述，理想狀態(tài)的智能制造是一種高度自動化、高度信息化、高度網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)模式，工廠內(nèi)人、機(jī)、料自主協(xié)同，自組織、運轉(zhuǎn)；工廠間，通過端對端集成、橫向集成，實現(xiàn)了價值鏈的共享、協(xié)作，效率、成本、質(zhì)量、個性化都得到了質(zhì)的飛躍。
對于中國制造企業(yè)而言，現(xiàn)在恰逢“三期交疊”的困難期，企業(yè)希望既要符合工業(yè)4.0或者是中國制造2025的發(fā)展方向，又要投資小、見效快、確保成功率，如何在兩者之間平衡，是一個很現(xiàn)實、也很重要的問題。
在本次智能化制造的革命中，企業(yè)一定要“著眼長遠(yuǎn)、立足當(dāng)下”。既要符合工業(yè)4.0 的理念，體現(xiàn)出其主要特點，又要本著務(wù)實的原則實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略。比如，要汲取以前CIMS實施的經(jīng)驗與教訓(xùn)，不要過于理想化，不要過多強(qiáng)調(diào)自組織、自學(xué)習(xí)、自執(zhí)行等高難度的智能技術(shù)，企業(yè)不是突破什么關(guān)鍵智能制造技術(shù)的研究單位，而是以創(chuàng)造效益為根本目的，要總體規(guī)劃、分步實施，以效益為驅(qū)動，確保成功率。在自動化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化，在管理方面深挖潛力，充分發(fā)揮人的作用，構(gòu)建具有適度智能的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、化、個性化的智能生產(chǎn)模式，切實做到明顯的“提質(zhì)增效”。并以量化為指標(biāo)，循序漸進(jìn)，全面提升企業(yè)的競爭力。假如通過3年時間，能將設(shè)備利用率提高100%，就極有可能“確保企業(yè)的未來”，這些作法就是符合工業(yè)4.0戰(zhàn)略思想的。
(3)建設(shè)智能工廠要有全局的、系統(tǒng)的思想
企業(yè)在智能工廠建設(shè)時一定要從全局思考，打造一個全面的、有體系的智能工廠管理系統(tǒng)，從各個方面進(jìn)行優(yōu)化、挖掘潛力，zui大程度地提升企業(yè)的生產(chǎn)效率及管理水平。
2、建設(shè)維度
從6個維度的“智能”打造中國特色的智能工廠：智能計劃排產(chǎn)、智能生產(chǎn)過程協(xié)同、智能設(shè)備互聯(lián)互通、智能生產(chǎn)資源管控、智能質(zhì)量過程控制、智能大數(shù)據(jù)分析與決策支持。分別從計劃源頭、過程協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等6個方面著手，實現(xiàn)全面的精細(xì)化、化、自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的智能化管理與控制，既很好地符合了德國智能工廠的定義，又能與美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、以及中國制造2025等理念*吻合。
