到底什么是智能工廠？智能工廠的核心架構(gòu)是怎樣的？能為企業(yè)的轉(zhuǎn)型提供哪些支撐？這都是企業(yè)比較關(guān)心的話題。

自從工業(yè)4.0概念的誕生，以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命正轟轟烈烈的到來(lái)，而智能工廠將是構(gòu)成未來(lái)工業(yè)體系的一個(gè)關(guān)鍵所在。在智能工廠里，人、機(jī)器和資源如同在一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)里自然地相互溝通協(xié)作，高效便捷的完成繁重的生產(chǎn)任務(wù)。

與流程工業(yè)智能工廠的高自動(dòng)化水平相比，離散制造業(yè)首先在底層制造環(huán)節(jié)由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的智能化要求很高，投資很大。

因此，在“中國(guó)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)文檔無(wú)紙化、生產(chǎn)過(guò)程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，做到縱向、橫向和端到端的集成，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，從而建立基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)”的智能工廠。

生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)車(chē)間“物聯(lián)網(wǎng)”

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的提出給“中國(guó)制造2025”、工業(yè)4.0提供了一個(gè)新的突破口。物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種需要的信息，其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M(Machineto Machine)的通信模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備間的通信，而物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)Things to Things的通信方式實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無(wú)縫連接。

在離散制造企業(yè)車(chē)間，數(shù)控車(chē)、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊、加工中心等是主要的生產(chǎn)資源。

在生產(chǎn)過(guò)程中，將所有的設(shè)備及工位統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)管理，使設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間能夠聯(lián)網(wǎng)通訊，設(shè)備與工位人員緊密關(guān)聯(lián)。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化，利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行生產(chǎn)決策

“中國(guó)制造2025”提出以后，信息化與工業(yè)化快速融合，信息技術(shù)滲透到了離散制造企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，條形碼、二維碼、RFID、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技術(shù)在離散制造企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，離散制造企業(yè)也進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)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(chǎn)線處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，由生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生、采集和處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于企業(yè)中計(jì)算機(jī)和人工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求也更高。

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，每隔幾秒就收集一次數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)很多形式的分析，包括設(shè)備開(kāi)機(jī)率、主軸運(yùn)轉(zhuǎn)率、主軸負(fù)載率、運(yùn)行率、故障率、生產(chǎn)率、設(shè)備綜合利用率(OEE)、零部件合格率、質(zhì)量百分比等。首先，在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，在生產(chǎn)過(guò)程中使用這些大數(shù)據(jù)，就能分析整個(gè)生產(chǎn)流程，了解每個(gè)環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。一旦有某個(gè)流程偏離了標(biāo)準(zhǔn)工藝，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號(hào)，能更快速地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或者瓶頸所在，也就能更容易解決問(wèn)題。

生產(chǎn)文檔無(wú)紙化，實(shí)現(xiàn)高效、綠色制造

構(gòu)建綠色制造體系，建設(shè)綠色工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化、能源低碳化是中國(guó)制造2025實(shí)現(xiàn)“制造大國(guó)”走向“制造強(qiáng)國(guó)”的重要戰(zhàn)略之一。目前，在離散制造企業(yè)中產(chǎn)生繁多的紙質(zhì)文件，如工藝過(guò)程卡片、零件藍(lán)圖、三維數(shù)模、刀具清單、質(zhì)量文件、數(shù)控程序等等，這些紙質(zhì)文件大多分散管理，不便于快速查找、集中共享和實(shí)時(shí)追蹤，而且易產(chǎn)生大量的紙張浪費(fèi)、丟失等。

生產(chǎn)文檔進(jìn)行無(wú)紙化管理后，工作人員在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)即可快速查詢(xún)、瀏覽、下載所需要的生產(chǎn)信息，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的資料能夠即時(shí)進(jìn)行歸檔保存，大幅降低基于紙質(zhì)文檔的人工傳遞及流轉(zhuǎn)，從而杜絕了文件、數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)準(zhǔn)備效率和生產(chǎn)作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)綠色、無(wú)紙化生產(chǎn)。

生產(chǎn)過(guò)程透明化，智能工廠的“神經(jīng)”系統(tǒng)

“中國(guó)制造2025”明確提出推進(jìn)制造過(guò)程智能化，通過(guò)建設(shè)智能工廠，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的智能管控。在機(jī)械、汽車(chē)、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(chǎn)品價(jià)值空間，側(cè)重從單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)。因此其智能工廠建設(shè)模式為推進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備(生產(chǎn)線)智能化，通過(guò)引進(jìn)各類(lèi)符合生產(chǎn)所需的智能裝備，建立基于制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的車(chē)間級(jí)智能生產(chǎn)單元，提高精準(zhǔn)制造、敏捷制造、透明制造的能力。

離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，MES在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化等方面發(fā)揮著巨大作用。首先，MES借助信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理，減少企業(yè)內(nèi)部無(wú)附加值活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程，提高企業(yè)及時(shí)交貨能力。其次，MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)信息，使計(jì)劃、生產(chǎn)、資源三者密切配合，從而確保決策者和各級(jí)管理者可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，做出準(zhǔn)確的判斷并制定快速的應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速的修正、生產(chǎn)流程暢通、資源充分有效地得到利用，進(jìn)而最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化，真正做到“無(wú)人”工廠

“中國(guó)制造2025”推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使工廠無(wú)人化制造成為可能。在離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)控加工中心、智能機(jī)器人和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x及其他所有柔性化制造單元進(jìn)行自動(dòng)化排產(chǎn)調(diào)度，工件、物料、刀具進(jìn)行自動(dòng)化裝卸調(diào)度，可以達(dá)到無(wú)人值守的全自動(dòng)化生產(chǎn)模式(LightsOutMFG)。在不間斷單元自動(dòng)化生產(chǎn)的情況下，管理生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)先和暫緩，遠(yuǎn)程查看管理單元內(nèi)的生產(chǎn)狀態(tài)情況，如果生產(chǎn)中遇到問(wèn)題，一旦解決，立即恢復(fù)自動(dòng)化生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程無(wú)需人工參與，真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人”智能生產(chǎn)。

在美國(guó)，以智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟的組織，也發(fā)起積極推進(jìn)智能化制造業(yè)的未來(lái)。目標(biāo)是促進(jìn)智能化先進(jìn)制造，帶來(lái)制造業(yè)向美國(guó)回歸。

而在中國(guó)，對(duì)于許多剛完成了自動(dòng)化的制造業(yè)企業(yè)而言，智能制造似乎還只是一個(gè)遙遠(yuǎn)的愿景。但需要指出的是，已有部分自動(dòng)化程度較高的工程以及標(biāo)桿性企業(yè)嶄露頭角，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”的目標(biāo)來(lái)說(shuō)，將是一個(gè)很好的開(kāi)始。