智能工廠源自什么？內(nèi)涵是什么？特性是什么？

智能工廠源自什么？內(nèi)涵是什么？特性是什么？發(fā)展趨勢(shì)怎樣……本文全面解讀。

說起智能工廠，必須從1913年美國福特啟用全廠輸送系統(tǒng)開始講起。這個(gè)項(xiàng)目從1907年開始萌芽，但一直到1913年才正式投入大規(guī)模生產(chǎn)，全新的生產(chǎn)方式開始運(yùn)作后，福特工廠生產(chǎn)一臺(tái)車的時(shí)間由12.5個(gè)工時(shí)減少為5小時(shí)50分鐘。到了1914年夏天，新的流水裝配線已能在1小時(shí)33分鐘內(nèi)完成裝配。并且，隨著流水線工程的不斷完善，福特工廠的工效紀(jì)錄每一天都在刷新，年產(chǎn)量從788輛一路飛升，到了第四年已經(jīng)達(dá)到了73萬輛。

福特生產(chǎn)的汽車也許并未超越當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，但福特生產(chǎn)出的這套生產(chǎn)方式，標(biāo)志著世界工業(yè)史上一個(gè)新時(shí)代，即大規(guī)模自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)代的來臨。經(jīng)過100多年的發(fā)展，自動(dòng)化時(shí)代已經(jīng)開始步入了智能時(shí)代，智能生產(chǎn)即將進(jìn)入白熱化階段，智能工廠時(shí)代即將全面來臨。

01什么是智能工廠

曾經(jīng)的自動(dòng)化工廠，在生產(chǎn)過程中，還需要大量硬件工程師的協(xié)助，需要工人24小時(shí)倒班盯生產(chǎn)線，是否會(huì)出現(xiàn)機(jī)器故障。有了智能工廠，及時(shí)的預(yù)警及糾錯(cuò)功能，讓工人們更省心省力，并且在發(fā)展的過程中，智能工廠還會(huì)根據(jù)訂單需求，轉(zhuǎn)變工作模式，對(duì)電力、物力及生產(chǎn)力的利用逐漸達(dá)到峰值。智能工廠是現(xiàn)代工廠信息發(fā)展的新階段，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M的通信模式(Machine-to-Machine/Man)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備間的通信。而物聯(lián)網(wǎng)通過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、交互式無縫連接。在自動(dòng)化及數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，智能工廠構(gòu)建了一個(gè)高效節(jié)能的、綠色環(huán)保的、環(huán)境舒適的人性化工廠。

在石化、鋼鐵、機(jī)械裝備制造、汽車制造、航空航天、飛機(jī)制造等行業(yè)，智能工廠得到了高度發(fā)展。2022年1月國務(wù)院頒布的《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的通知》中，強(qiáng)調(diào)全面深化重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，深入實(shí)施智能制造工程，可見智能工廠在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的重要性。

02智能工廠的特性

“智能工廠”的發(fā)展，是智能工業(yè)發(fā)展的新方向。但并不是所有智能工廠都能被稱為智能工廠，如何判斷這個(gè)工廠是否是智能工廠？我們可以從以下五個(gè)特性入手：

1、系統(tǒng)具有自主能力：可采集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判斷及規(guī)劃自身行為。

2、整體可視技術(shù)的實(shí)踐：結(jié)合訊號(hào)處理、推理預(yù)測(cè)、仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示現(xiàn)實(shí)生活中的設(shè)計(jì)與制造過程。

3、協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性：系統(tǒng)中各組承擔(dān)為可依據(jù)工作任務(wù)，自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

4、自我學(xué)習(xí)及維護(hù)能力：透過系統(tǒng)自我學(xué)習(xí)功能，在制造過程中落實(shí)資料庫補(bǔ)充、更新，及自動(dòng)執(zhí)行故障診斷，并具備對(duì)故障排除與維護(hù)，或?qū)ο到y(tǒng)執(zhí)行的能力。

5、人機(jī)共存的系統(tǒng)：人機(jī)之間具備互相協(xié)調(diào)合作關(guān)系，各自在不同層次之間相輔相成。

03智能工廠的優(yōu)劣勢(shì)

據(jù)了解，智能工廠的建立不僅有利于提高資產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量，降低企業(yè)成本，還能營造更安全的生產(chǎn)過程，保持生產(chǎn)的可持續(xù)性等好處。這主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

1、資產(chǎn)效率

智能工廠的每個(gè)方面都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過持續(xù)分析，可以發(fā)現(xiàn)可能需要某種糾正優(yōu)化的資產(chǎn)性能問題。這種糾正功能智能工廠與傳統(tǒng)自動(dòng)化工廠出現(xiàn)明顯差異，自動(dòng)化工廠如果沒有人員干預(yù)，會(huì)一直向前沖，向更高的產(chǎn)能，更多的產(chǎn)品進(jìn)軍，而智能工廠會(huì)根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整機(jī)器的工作時(shí)間，這就像為一群士兵安排了一位將軍。

2、質(zhì)量

智能工廠特有的自我優(yōu)化可以更快地預(yù)測(cè)和檢測(cè)質(zhì)量缺陷趨勢(shì)，并有助于識(shí)別質(zhì)量差的人為、機(jī)器或環(huán)境因素。更優(yōu)化的質(zhì)量流程可以使產(chǎn)品質(zhì)量更高，缺陷和召回更少。工廠內(nèi)配備電子看板顯示生產(chǎn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，同時(shí)，操作人員可遠(yuǎn)程參與生產(chǎn)過程的修正或指揮。

3、更低的費(fèi)用

傳統(tǒng)上，優(yōu)化流程可以帶來更好的成本效益——具有更可預(yù)測(cè)的庫存需求，更有效的招聘和人員配置決策，以及減少流程。更高質(zhì)量的流程還可能意味著對(duì)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的綜合視圖，以及對(duì)采購需求的快速，無延遲響應(yīng)，從而進(jìn)一步降低成本。

4、安全和可持續(xù)性

智能工廠還可以為勞動(dòng)保健和環(huán)境可持續(xù)性帶來真正的好處。更大的流程自主性可以減少人為錯(cuò)誤的可能性，包括造成傷害的事故。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間高效的信息互聯(lián)，數(shù)字工廠向“物聯(lián)工廠”升級(jí)，操作人員可實(shí)現(xiàn)獲取生產(chǎn)設(shè)備、物料、成品等相互間的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足工廠24小時(shí)監(jiān)測(cè)需求。智能工廠的相對(duì)自給自足可能會(huì)取代某些需要重復(fù)和疲勞活動(dòng)的角色。

5、對(duì)制造工藝的改進(jìn)
基于龐大數(shù)據(jù)庫，智能工廠可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘與分析，使工廠具備自我學(xué)習(xí)能力，并在此基礎(chǔ)上完成能源消耗的優(yōu)化、生產(chǎn)決策的自動(dòng)判斷等任務(wù)。

以服裝廠為例，中國縫紉機(jī)械協(xié)會(huì)稱，在自動(dòng)化工廠之上引入智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以整體提高20%的生產(chǎn)效率，降低30%的次品率，節(jié)省工時(shí)人均8-10天，非正常停機(jī)時(shí)間縮短80%，大大提高了利潤率。當(dāng)然智能工廠也會(huì)面臨很多問題，最大的問題就是結(jié)構(gòu)性問題和技術(shù)性問題。

目前傳統(tǒng)工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均想推進(jìn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程，但兩者各有弊端：傳統(tǒng)工業(yè)不熟悉軟件開發(fā)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)缺乏對(duì)工藝的了解，不熟悉生產(chǎn)流程及規(guī)范，如何讓兩者快速聯(lián)手，進(jìn)軍智能工廠，是當(dāng)務(wù)之急。

技術(shù)性問題則更難一些，傳統(tǒng)工業(yè)的思考流程與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)存在較大差異。如何實(shí)現(xiàn)制度、生產(chǎn)流程以及每一個(gè)動(dòng)作都可以被系統(tǒng)所管控到，需要工廠將大量數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)中。而傳統(tǒng)工業(yè)特別是一些中小型企業(yè)，數(shù)字化進(jìn)程緩慢，或者根本沒有數(shù)據(jù)支持，讓智能化系統(tǒng)無從下手。

04智能工廠市場(chǎng)規(guī)模及發(fā)展趨勢(shì)

智能工廠是現(xiàn)代工業(yè)、制造業(yè)的大勢(shì)所趨，是目前實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的高級(jí)優(yōu)化路徑。根據(jù)當(dāng)前各行各業(yè)建設(shè)智能工廠的熱情及擴(kuò)張速度，預(yù)計(jì)未來幾年，中國智能工廠行業(yè)仍然將保持10%以上的年均增速，2024年，中國智能工廠行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模突破1.2萬億。

智能工廠將大量運(yùn)用機(jī)器人，這從現(xiàn)代汽車收購波斯頓動(dòng)力可見一斑，在智能工廠中，機(jī)器人帶來的自動(dòng)化和智能化將轉(zhuǎn)化為更智能化的人機(jī)協(xié)同。在技術(shù)層面，智能工廠也可以建立與導(dǎo)入云端，并進(jìn)行云端運(yùn)算與大數(shù)據(jù)分析，例如：CPS技術(shù)可進(jìn)行編程、記憶與儲(chǔ)存能力，并結(jié)合感測(cè)器和通訊技術(shù)，嵌入CPS的實(shí)體設(shè)備，連接到網(wǎng)絡(luò)，可讓實(shí)體設(shè)備同時(shí)兼具通訊、精準(zhǔn)控制、遠(yuǎn)程協(xié)同與自主反應(yīng)運(yùn)作。