1智能工廠概述

智能制造和綠色制造都是當前制造業的熱點話題，企業在推動智能制造時會發現智能制造和綠色制造二者其實是密不可分的，因為綠色制造中會涉及智能化的提升，同樣智能制造推進中亦會有關于綠色零碳等的規劃設計和實施，比如環保等方面，二者相輔相成、互為促進。智能制造和綠色制造關系如圖1所示。

圖1?智能制造和綠色制造關系

智能工廠作為智能制造的典型實踐，充分融合了信息技術、先進制造技術、自動化技術、通信技術和人工智能技術，與企業的產品特點和制造工藝緊密結合。智能工廠主要特征為：

1）精益生產理念的結合，充分體現工業工程和精益生產的理念。

2）柔性自動化的實現，結合企業的產品和生產特點，持續提升自動化。

3）廣泛應用工業軟件，MES（制造執行系統）、APS（先進生產排程）、能源管理、 質量管理等工業軟件，實現生產現場的可視化和透明化。

4）設備互聯技術，包括DNC/SCADA、RFID（無線射頻技術）、條碼（一維和二維）。

5）智能倉儲物流的運用。

6）實時洞察監測生產各環節。

2機械制造業建設智能工廠面臨的主要問題

機械制造業行業多為典型的離散型制造，為多品種、多規格、批量或小批量生產性質，因此，機械制造業企業在實施智能制造時不可避免會遇到如下問題：

1）自動化程度低。大部分依靠人工；裝配環節自動化程度差；自動化檢測手段缺失。

2）多點“煙囪式”系統。信息孤島嚴重；信息化與業務沒有充分融合；存在較多業務流程斷點。

3）管理基礎薄弱。工時不準確；精益管理差；標準化欠缺。

4）數據缺乏有效管理。無法保證數據質量；數據采集難度大；缺少統一的數據治理原則。

5）業務模式與流程變革難。組織架構調整難度大；流程優化阻力大；業務模式變革方向不明確。

智能工廠建設到底包括哪些內容？怎么建？在新編制的國標里對智能工廠架構的每一項具體內容都進行了詳細梳理和定義。智能工廠包括物理工廠和虛擬工廠兩部分：智能工廠總體架構以智能制造標準體系和安全體系為兩翼，其中物理工廠包括實體工廠、工廠物聯網和信息化系統；虛擬工廠包括與實體工廠一一映射的三維信息模型和賦予邏輯算法的仿真模型。物理工廠和虛擬工廠通過數字孿生技術進行連接，最終達到虛實集成。智能工廠架構如圖2所示。

圖2 智能工廠架構

3智能工廠建設新模式

針對典型的離散型制造模式，在智能工廠建設過程中，要先診斷，找短板、定方向；再進行總體規劃，提目標、穩推進，關鍵的還是工藝、物流和產線優化設計，這是根本所在；然后才是基于綠色技術的土建公用配套設計；最后進行信息系統集成，做到互聯互通。這樣才能打造一個精益、綠色、智能化的工廠。智能工廠建設流程如圖3所示。

圖3 智能工廠建設流程

（1）診斷評估

首先要做好診斷，調查企業基本情況、問題、痛點和需求，評估智能制造水平，分析差距原因，提出改造頂層方案和優先級建議。我們搭建了河南省的智能制造服務平臺，參與診斷超過500家，獲得了第一手數據，積累了一些經驗。

1）調查企業基本情況。企業基本情況包括企業規模、所屬領域、職工人數、主導產品及市場占有率、技術創新、上下游產業鏈現狀和協同能力水平等情況。

2）評估企業綠色智能制造水平。調研工廠規劃、產品產量、設備與自動化、信息化軟件、網絡設施、質量管理等方面現狀。

3） 分析差距原因。分析現有工廠制造水平與智能工廠之間的差距。

4）針對企業現狀和存在問題，提出企業開展智能化改造的頂層設計方案和優先級建議；或重點從智能裝備應用、車間設備互聯互通、生產過程實時調度、物料自動配送、產品信息可追溯等方面給出規劃建議。

（2）綠色智能工廠總體規劃

智能工廠涵蓋精益改善、工藝流程再造、物流、自動化改造、工廠物聯網、信息化應用系統、土建公用設施、建模仿真和數字孿生等建設內容，是個復雜的系統工程，投資大、周期長，因此在實施時前需進行整體化規劃和頂層設計。

通過規劃好實施路徑，幫助企業實現智能制造轉型升級之路，提高生產效率，降低成本，增加利潤。同時企業要緊跟政策，申請專項獎勵。

（3）采用全新設計手段

全新的設計需要先進的設計工具，采用自主開發的設計協同云平臺，所有專業在同一個平臺上協同設計，可以兩維三維聯動，一鍵生成支吊架，快速標注和出圖，量單報價集成。

（4）基于精益的工藝優化設計

最基礎的工作還是進行工藝優化，首先調出所有的零部件圖樣和工藝卡詳細分析，單件小批工件合并同類項，組合成流水線和單元，并通過繪制未來價值流圖，識別關鍵線路，找出瓶頸，提出改善措施。

（5）智能裝備及生產線設計選型

基于精益的工藝優化后，要提高設備的自動化，即通常所說的機器換人或機器助人環節。常規的工廠設計主要是標準設備選型，智能工廠場景下，由于大量的個性化定制、柔性、協同等需求，出現了設備非標化趨勢，需要定制化研制，特別是輸送、上下件、工裝夾具等。工藝、物流、產線關系緊密，互相影響，必須反復迭代優化。

（6）智能倉儲物流設計

設備自動化提升后，要把所有制造過程貫通，工件一個流流下去，智能倉儲和物流設計就顯得很重要，包括自動化立體存儲、分揀、AGV配送、調度系統、交通管理等。

（7）工廠建模仿真優化

在虛擬工廠搭建過程中，通過建模和仿真的工具，對產品、工廠、生產過程和架構進行數字化建模，對建筑物性能進行仿真。對工藝布局、物流、關鍵產線、人機工程和產能進行仿真優化。

（8）工業物聯網及相關系統設計

對于工廠物聯網及系統集成的設計，常規工廠只進行I T基礎設施規劃和信息化應用系統規劃，在新設計中，還要進行SCADA、安燈看板、設備聯網、透明工廠等系統的設計，同時進行各個系統的集成設計。

（9）綠色智能工廠數據采集

這個環節要考慮采集什么數據、怎么采集數據、采集數據的周期及如何利用采集的數據。人機料法環測各方面的信息，采少了不夠用，采多了增加傳感和數據存儲成本。必須做好頂層的功能模塊規劃，明確數據類型需求；統一數據接口協議；建立每臺設備的數據字典；寫入采購合同。

（10）敏捷看板數據解決方案

數據采集之后就要做好數據的應用，搭建移動透明工廠，將信息及時推送到看板和移動端。

（11）智能管控平臺

打造車間和產線級的生產管控系統，有效提升了車間的透明管控能力和設備的運維水平等。

（12）綠色智能工廠數字孿生

最終可以實現實體工廠和虛擬工廠的雙向數據集成、數字孿生，可以進行虛擬工廠的實時監控、歷史回溯和調產推演等。

（13）綠色零碳解決方案

智能工廠可視化展示用能負荷大的專機、產線、車間、整廠能效地圖、碳排放和污染物排放指標，并與智能排產聯動。綜合碳排放指標在訂單增多的情況下同期下降25%以上。同時除了前面的土建公用設施綠色設計的基礎上，重點從能源綜合利用方面入手，實現多能互補，打造零碳綠色智慧能源示范園區。

通過上述介紹可以看到，綠色智能工廠建設投資大、周期長、責任大；涉及工藝、物流、產線、自控和信息化，技術含量高、系統性強、資質要求高。

如果在前期沒有綠色智能工廠整體規劃，工藝、物流、產線、工廠物聯網、信息系統集成技術方案不可行，所配套的基礎建設和信息化系統就不是量身定制，就會一邊建設，一邊改造，所以新設計貫穿整個實施工程。因此認為，智能工廠的實施應該是基于新設計的全過程咨詢和EPC總承包模式，也就是系統集成。

4案例分享

下面介紹二重裝備飛輪儲能裝置智能工廠項目。該項目用于飛輪儲能裝置的部裝、總裝和測試，是一個智能工廠全要素EPC總承包項目。

首先通過診斷找出短板，人工勞動強度大，質量一致性差，存在安全隱患，生產效率低。

通過診斷分析，該項目難點主要是磁鋼裝配專機和電樞盤自動繞線專機屬于國內首臺（套），另外，還有全自動智能測試技術、高精度自動化裝配技術等方面。

針對這些難點，通過核心技術研發、三維建模仿真、關鍵設備試制驗證、整合軟硬件供應商等方法進行化解。進行詳細地工藝流程分析，繪制價值流圖，找出瓶頸，進行優化。同時針對物料進行詳細分析，包括物料種類、尺寸、倉儲形式和裝具載具等；將物流與工藝流、信息流貫穿起來。

以從業主對工程建設管理核心關注點出發，以可視化的方式展示項目當前的進度、質量、投資（變更、計量）、安全、人員等關鍵指標數據，輔助管理層進行科學決策。采用工程在線云平臺進行管控，參建各方都在這一個平臺上，有效提升了溝通效率。