摘要：近年來，智能製造熱潮席卷神州大地，成為(wei) 推進“中國製造2025”國家戰略重要的舉(ju) 措。其中，智能工廠(Smart Factory)作為(wei) 智能製造的重要實踐領域，已引起了製造企業(ye) 的廣泛關(guan) 注和各級政府的高度重視。本文將分析國內(nei) 外智能工廠建設的現狀與(yu) 問題，智能工廠的內(nei) 涵，以及推進智能工廠建設的成功之道。
一、國內(nei) 外智能工廠建設的現狀分析
近年來，全球各主要經濟體(ti) 都在大力推進製造業(ye) 的複興(xing) 。在工業(ye) 4.0、工業(ye) 互聯網、物聯網、雲(yun) 計算等熱潮下，全球眾(zhong) 多優(you) 秀製造企業(ye) 都開展了智能工廠建設實踐。例如，西門子安貝格電子工廠實現了多品種工控機的混線生產(chan) ；FANUC公司實現了機器人和伺服電機生產(chan) 過程的高度自動化和智能化，並利用自動化立體(ti) 倉(cang) 庫在車間內(nei) 的各個(ge) 智能製造單元之間傳(chuan) 遞物料，實現了720小時無人值守;施耐德電氣實現了電氣開關(guan) 製造和包裝過程的全自動化；美國哈雷戴維森公司廣泛利用以加工中心和機器人構成的智能製造單元，實現大批量定製;三菱電機名古屋製作所采用人機結合的新型機器人裝配產(chan) 線，實現從(cong) 自動化到智能化的轉變，顯著提高了單位生產(chan) 麵積的產(chan) 量；全球重卡巨頭MAN公司搭建了完備的廠內(nei) 物流體(ti) 係，利用AGV裝載進行裝配的部件和整車，便於(yu) 靈活調整裝配線，並建立了物流超市，取得明顯成效。
當前，我國製造企業(ye) 麵臨(lin) 著巨大的轉型壓力。一方麵，勞動力成本迅速攀升、產(chan) 能過剩、競爭(zheng) 激烈、客戶個(ge) 性化需求日益增長等因素，迫使製造企業(ye) 從(cong) 低成本競爭(zheng) 策略轉向建立差異化競爭(zheng) 優(you) 勢。在工廠層麵，製造企業(ye) 麵臨(lin) 著招工難，以及缺乏專(zhuan) 業(ye) 技師的巨大壓力，必須實現減員增效，迫切需要推進智能工廠建設。另一方麵，物聯網、協作機器人、增材製造、預測性維護、機器視覺等新興(xing) 技術迅速興(xing) 起，為(wei) 製造企業(ye) 推進智能工廠建設提供了良好的技術支撐。再加上國家和地方政府的大力扶持，使各行業(ye) 越來越多的大中型企業(ye) 開啟了智能工廠建設的征程。
我國汽車、家電、軌道交通、食品飲料、製藥、裝備製造、家居等行業(ye) 的企業(ye) 對生產(chan) 和裝配線進行自動化、智能化改造，以及建立全新的智能工廠的需求十分旺盛，湧現出海爾、美的、東(dong) 莞勁勝、尚品宅配等智能工廠建設的樣板。例如，海爾佛山滾筒洗衣機工廠可以實現按訂單配置、生產(chan) 和裝配，采用高柔性的自動無人生產(chan) 線，廣泛應用精密裝配機器人，采用MES係統全程訂單執行管理係統，通過RFID進行全程追溯，實現了機機互聯、機物互聯和人機互聯;尚品宅配實現了從(cong) 款式設計到構造尺寸的全方位個(ge) 性定製，建立了高度智能化的生產(chan) 加工控製係統，能夠滿足消費者個(ge) 性化定製所產(chan) 生的特殊尺寸與(yu) 構造板材的切削加工需求；東(dong) 莞勁勝全麵采用國產(chan) 加工中心、國產(chan) 數控係統和國產(chan) 工業(ye) 軟件，實現了設備數據的自動采集和車間聯網，建立了工廠的數字映射模型(Digital Twin)，構建了手機殼加工的智能工廠。
但是，我國製造企業(ye) 在推進智能工廠建設方麵，還存在諸多問題與(yu) 誤區：
盲目購買(mai) 自動化設備和自動化產(chan) 線。很多製造企業(ye) 仍然認為(wei) 推進智能工廠就是自動化和機器人化，盲目追求“黑燈工廠”，推進單工位的機器人改造，推進機器換人，上馬隻能加工或裝配單一產(chan) 品的剛性自動化生產(chan) 線。隻注重購買(mai) 高端數控設備，但卻沒有配備相應的軟件係統。
尚未實現設備數據的自動采集和車間聯網：企業(ye) 在購買(mai) 設備時沒有要求開放數據接口，大部分設備還不能自動采集數據，沒有實現車間聯網。目前，各大自動化廠商都有自己的工業(ye) 總線和通信協議，OPC UA標準的應用還不普及。
工廠運營層還是黑箱：在工廠運營方麵還缺乏信息係統支撐，車間仍然是一個(ge) 黑箱，生產(chan) 過程還難以實現全程追溯，與(yu) 生產(chan) 管理息息相關(guan) 的製造BOM數據、工時數據也不準確。
設備績效不高：生產(chan) 設備沒有得到充分利用，設備的健康狀態未進行有效管理，常常由於(yu) 設備故障造成非計劃性停機，影響生產(chan) 。
依然存在大量信息化孤島和自動化孤島：智能工廠建設涉及到智能裝備、自動化控製、傳(chuan) 感器、工業(ye) 軟件等領域的供應商，集成難度很大。很多企業(ye) 不僅(jin) 存在諸多信息孤島，也存在很多自動化孤島，自動化生產(chan) 線沒有進行統一規劃，生產(chan) 線之間還需要中轉庫轉運。
究其原因，是智能製造和智能工廠涵蓋領域很多，係統極其複雜，企業(ye) 還缺乏深刻理解。在這種狀況下，製造企業(ye) 不能貿然推進，搞“大躍進”，企業(ye) 的投資打水漂，應當依托有實戰經驗的谘詢服務機構，結合企業(ye) 內(nei) 部的IT、自動化和精益團隊，高層積極參與(yu) ，根據企業(ye) 的產(chan) 品和生產(chan) 工藝，做好需求分析和整體(ti) 規劃，在此基礎上穩妥推進，才能取得實效。
二、何謂智能工廠？
究竟何謂智能工廠?智能工廠具有以下六個(ge) 顯著特征：
第一，設備互聯。能夠實現設備與(yu) 設備互聯(M2M)，通過與(yu) 設備控製係統集成，以及外接傳(chuan) 感器等方式，由SCADA(數據采集與(yu) 監控係統)實時采集設備的狀態，生產(chan) 完工的信息、質量信息，並通過應用RFID(無線射頻技術)、條碼(一維和二維)等技術，實現生產(chan) 過程的可追溯。
第二，廣泛應用工業(ye) 軟件。廣泛應用MES(製造執行係統)、APS(先進生產(chan) 排程)、能源管理、質量管理等工業(ye) 軟件，實現生產(chan) 現場的可視化和透明化。在新建工廠時，可以通過數字化工廠仿真軟件，進行設備和產(chan) 線布局、工廠物流、人機工程等仿真，確保工廠結構合理。在推進數字化轉型的過程中，必須確保工廠的數據安全和設備和自動化係統安全。在通過專(zhuan) 業(ye) 檢測設備檢出次品時，不僅(jin) 要能夠自動與(yu) 合格品分流，而且能夠通過SPC(統計過程控製)等軟件，分析出現質量問題的原因。
第三，充分結合精益生產(chan) 理念。充分體(ti) 現工業(ye) 工程和精益生產(chan) 的理念，能夠實現按訂單驅動，拉動式生產(chan) ，盡量減少在製品庫存，消除浪費。推進智能工廠建設要充分結合企業(ye) 產(chan) 品和工藝特點。在研發階段也需要大力推進標準化、模塊化和係列化，奠定推進精益生產(chan) 的基礎。
第四，實現柔性自動化。結合企業(ye) 的產(chan) 品和生產(chan) 特點，持續提升生產(chan) 、檢測和工廠物流的自動化程度。產(chan) 品品種少、生產(chan) 批量大的企業(ye) 可以實現高度自動化，乃至建立黑燈工廠;小批量、多品種的企業(ye) 則應當注重少人化、人機結合，不要盲目推進自動化，應當特別注重建立智能製造單元。工廠的自動化生產(chan) 線和裝配線應當適當考慮冗餘(yu) ，避免由於(yu) 關(guan) 鍵設備故障而停線;同時，應當充分考慮如何快速換模，能夠適應多品種的混線生產(chan) 。物流自動化對於(yu) 實現智能工廠至關(guan) 重要，企業(ye) 可以通過AGV、行架式機械手、懸掛式輸送鏈等物流設備實現工序之間的物料傳(chuan) 遞，並配置物料超市，盡量將物料配送到線邊。質量檢測的自動化也非常重要，機器視覺在智能工廠的應用將會(hui) 越來越廣泛。此外，還需要仔細考慮如何使用助力設備，減輕工人勞動強度。
第五，注重環境友好，實現綠色製造。能夠及時采集設備和產(chan) 線的能源消耗，實現能源高效利用。在危險和存在汙染的環節，優(you) 先用機器人替代人工，能夠實現廢料的回收和再利用。
第六，可以實現實時洞察。從(cong) 生產(chan) 排產(chan) 指令的下達到完工信息的反饋，實現閉環。通過建立生產(chan) 指揮係統，實時洞察工廠的生產(chan) 、質量、能耗和設備狀態信息，避免非計劃性停機。通過建立工廠的Digital Twin(數字映射)，方便地洞察生產(chan) 現場的狀態，輔助各級管理人員做出正確決(jue) 策。
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