智能工廠是什么_智能工廠的建設要素有哪些

工業(yè)化和信息化的深度融合，正在加速中國制造向智能制造轉(zhuǎn)型的步伐。而在眾多智能制造實踐中，智能工廠主要是借助于各種生產(chǎn)管理工具、軟件、系統(tǒng)和智能設備，打通企業(yè)從設計、生產(chǎn)到銷售、維護的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)產(chǎn)品仿真設計、生產(chǎn)自動排程、信息上傳下達、生產(chǎn)過程監(jiān)控、質(zhì)量在線監(jiān)測、物料自動配送等智能化生產(chǎn)。借此，將進一步推動企業(yè)運作的眾多運營系統(tǒng)間橫向整合的能力，互聯(lián)制造系統(tǒng)間垂直整合的能力，以及整個價值鏈端到端、全面整合的能力。

在后繼可預見的相當長一段時間內(nèi)，基于智能制造理念下的智能工廠建設，將成為中國工業(yè)企業(yè)自身發(fā)展的主旋律，并持續(xù)演進提升、不斷優(yōu)化。

智能工廠是什么

“智能工廠”一詞表示通過互聯(lián)互通的信息技術/運營技術格局，實現(xiàn)工廠車間決策及洞察與供應鏈以及整個企業(yè)其他部分的融合。也就是說，智能工廠并不僅僅是簡單的自動化，更是一個柔性系統(tǒng)，能夠自行優(yōu)化整個網(wǎng)絡的表現(xiàn)，自行適應并實時或近實時學習新的環(huán)境條件，并自動運行整個生產(chǎn)流程，在工廠車間內(nèi)自動運作，同時與具有類似生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡甚至整個數(shù)字化供應網(wǎng)絡互聯(lián)。

智能工廠真正強大之處在于能夠根據(jù)企業(yè)不斷變化的需要發(fā)展和成長。由于具備更為強大的計算和分析能力，并擁有更為廣泛的智能互聯(lián)資產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，智能工廠能使企業(yè)以過去相對困難甚至不可能完成的方式適應變化。

從信息化技術角度來看，智能工廠是在數(shù)字化的基礎上，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術加強信息管理服務，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預，以及合理計劃排程。同時，集智能系統(tǒng)等新興技術于一體，構建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。

智能工廠的建設要素

智能工廠沒有唯一結構，成功打造智能工廠也沒有唯一途徑。雖然存在生產(chǎn)線布局、產(chǎn)品、自動化設備等方面的差異性，但每個智能工廠獲得成功的必要技術元素其實有共同之處，例如網(wǎng)絡能力、數(shù)據(jù)處理、設備管理、質(zhì)量管理、產(chǎn)線計劃、管控指揮等。

1.網(wǎng)絡互聯(lián)

互聯(lián)互通是智能工廠的基礎。企業(yè)應該對設備與設備之間如何互聯(lián)，采用怎樣的通信方式、通信協(xié)議和接口方式等問題建立統(tǒng)一的標準，進而實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控和機床聯(lián)網(wǎng)應用。設備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集是企業(yè)建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎，而生產(chǎn)現(xiàn)場的工業(yè)控制網(wǎng)絡協(xié)議繁多，各類現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無線網(wǎng)技術為智能工廠的網(wǎng)絡建設也帶來了較高的復雜性。

在當前眾多工廠網(wǎng)絡技術中，IT和OT兩層網(wǎng)絡之間的融合通信是關鍵。這要求工廠構建扁平、融合、開放的工廠網(wǎng)絡架構，提供低延時、高可靠的通信網(wǎng)絡，將IT和OT設備都統(tǒng)一接入到同一個網(wǎng)絡中，實現(xiàn)控制信息等實時數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)信息等非實時數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡中傳輸，滿足工業(yè)生產(chǎn)過程實時監(jiān)控、自動控制、業(yè)務管理等需求。此外，還要按需部署無線網(wǎng)絡，采用Wi-Fi、RFID、4G/5G、NB-IoT、LoRa、ZigBee、藍牙等多種無線技術和定位技術，實現(xiàn)工廠有線無線網(wǎng)絡全覆蓋，解決信息孤島問題，滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務對于生產(chǎn)全流程、無死角的網(wǎng)絡覆蓋需求，支撐工廠的信息采集、生產(chǎn)控制等應用需求。

2.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)是智能工廠建設的血液。在智能工廠運轉(zhuǎn)的過程中，會產(chǎn)生設計、工藝、制造、倉儲、物流、質(zhì)量、人員等業(yè)務數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能分別來自ERP、MES、APS、WMS、QIS等應用系統(tǒng)。

而工業(yè)大數(shù)據(jù)主要遍布在智能工廠信息化和自動化系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，通過與人工智能模型和各類機理模型的結合，能有效提升數(shù)據(jù)的利用價值，為實現(xiàn)更高階智能工廠提供關鍵技術。

從數(shù)據(jù)采集開始，生產(chǎn)階段工業(yè)大數(shù)據(jù)的驅(qū)動力體現(xiàn)在數(shù)據(jù)關聯(lián)分析和數(shù)據(jù)反饋指導生產(chǎn)。在生產(chǎn)階段，需要對所采集的數(shù)據(jù)進行清洗、篩選、關聯(lián)、融合、索引、挖掘，構建應用分析模式；在制造階段，通過對制造執(zhí)行系統(tǒng)中所采集的生產(chǎn)單元分配、資源狀態(tài)管理、產(chǎn)品跟蹤管理等信息進行關聯(lián)分析，能夠為合理的庫存管理、計劃排程制定提供數(shù)據(jù)支撐，同時，通過結合實時數(shù)據(jù)，還能對產(chǎn)品生產(chǎn)流程進行評估及預測，對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控、調(diào)整，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同優(yōu)化，完成數(shù)據(jù)由信息到價值的轉(zhuǎn)變。

3.設備管理

設備是生產(chǎn)要素，發(fā)揮設備的效能是智能工廠生產(chǎn)管理的基本要求。因此，生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)需要完善設備管理能力，使設備釋放出最高的產(chǎn)能，通過生產(chǎn)的合理安排，使設備尤其是關鍵、瓶頸設備減少等待時間。

在工業(yè)領域，面向設備管理的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應該滿足以下要求：

數(shù)據(jù)收集和分析：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)部署在數(shù)據(jù)管理和部署規(guī)模方面具有獨特的特征。它使用的數(shù)據(jù)類型、收集方法和分析可能來自于高度復雜和定制的機器中部署的傳感器和軟件；具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境：在許多情況下，用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器和其他敏感網(wǎng)絡設備大多部署在惡劣環(huán)境中，包括高溫、極冷、高濕度和通風不良的環(huán)境中，這時就需要特殊的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和網(wǎng)絡硬件。

質(zhì)量控制：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關鍵特性之一是系統(tǒng)收集的大部分數(shù)據(jù)都涉及自動化質(zhì)量控制流程。

提高效率：提升能源效率是設備管理的關鍵任務之一，將人工智能實施到工廠設備中以使其保持最佳運行水平，并有針對性地實現(xiàn)現(xiàn)代化工廠。

提高供應鏈可視性：許多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目旨在提供端到端供應鏈可視性，以此避免配備內(nèi)置數(shù)字化筒倉的供應鏈典型盲點。

改造設備：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目通常涉及使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器改造工業(yè)設備，包括制造設備、叉車和存儲容器。

4.質(zhì)量控制

質(zhì)量控制在信息系統(tǒng)中需嵌入生產(chǎn)主流程，如檢驗、試驗等，并在生產(chǎn)訂單中作為工序或任務來處理；質(zhì)量控制的流程、表單、數(shù)據(jù)需與生產(chǎn)訂單相互關聯(lián)、穿透；此外，企業(yè)還需要構建質(zhì)量管理的基本工作路線并持續(xù)改進。

在眾多質(zhì)量控制理論、檢測控制裝備和各種實踐方法中，基于新一代人工智能和機器視覺為主導的工業(yè)質(zhì)量檢測方式已經(jīng)逐步發(fā)展成熟。在深度神經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)展起來之前，機器視覺已經(jīng)長期應用在工業(yè)自動化系統(tǒng)中，如儀表板智能集成測試、金屬板表面自動控傷、汽車車身檢測、紙幣印刷質(zhì)量檢測、金相分析、流水線生產(chǎn)檢測等等。

此外，在制造流水線上，還有大量的工業(yè)機器人。如果其中一個機器人出現(xiàn)了故障，可能造成大量的不合格品。如果能在故障發(fā)生以前檢知，就可以有效做出預防，減少損失?；谌斯ぶ悄芎?a href="http://wenjunhu.com/tags/iot/" target="_blank">IOT技術，通過在工廠各個設備加裝傳感器，對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡建立設備故障的模型，則可以在故障發(fā)生前，對故障提前進行預測，并將可能發(fā)生故障的工件進行替換，從而保障設備的持續(xù)無故障運行。

5.生產(chǎn)計劃

首先從計劃源頭上確保計劃的科學化、精準化。通過集成，從ERP等上游系統(tǒng)讀取主生產(chǎn)計劃后，利用信息化手段進行自動排產(chǎn)，按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、最優(yōu)庫存、同一裝夾優(yōu)先、已投產(chǎn)訂單優(yōu)先等多種高級排產(chǎn)算法，自動生成的生產(chǎn)計劃可準確到每一道工序、每一臺設備、每一分鐘，并使交貨期最短、生產(chǎn)效率最高、生產(chǎn)最均衡化。這是對整個生產(chǎn)過程進行科學管理的基礎。

目前，將產(chǎn)品、設備、整條生產(chǎn)線和工廠基礎設施以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)，實現(xiàn)“數(shù)字孿生”已經(jīng)成為可能，并主要用于產(chǎn)品開發(fā)或生產(chǎn)規(guī)劃階段，能夠讓提升開發(fā)流程的效率，改善質(zhì)量，有助于利益相關方之間的信息共享。通過結合產(chǎn)品和生產(chǎn)線的數(shù)字孿生，能夠在實際啟動前模擬測試新的生產(chǎn)流程并進行優(yōu)化。如果能與合作伙伴共同使用數(shù)字孿生，則能夠讓他們更好地優(yōu)化自己的流程進行匹配。

6.指揮管控

智能工廠管控指揮系統(tǒng)是整個工廠的數(shù)字化窗口，通過企業(yè)全方位的數(shù)據(jù)采集和實時分析，能夠?qū)崿F(xiàn)智能工廠實時監(jiān)控、調(diào)度，生產(chǎn)過程監(jiān)控，實時洞察工廠運營，并實現(xiàn)多個車間之間的協(xié)作和資源調(diào)度的日常管理輔助決策。在此基礎上，能夠幫助用戶實時掌握生產(chǎn)經(jīng)營狀態(tài)，實現(xiàn)對企業(yè)的精益管理。設備智能運維、能耗管理等典型痛點解決方案，快速為企業(yè)實現(xiàn)降本增效。
責任編輯：YYX