我國智能工廠發展趨勢分析-齒輪加工（gōng）機床（chuáng）網-數控（kòng）機床（chuáng）市場網

我國智能工（gōng）廠發展趨勢分析

2016-1-25 來源（yuán）：中國兩化融合（hé）網作者：

當前，智能製造熱度高企（qǐ），石（shí）化、鋼鐵、機械裝（zhuāng）備製造、汽車製造、航空航天、飛機製造等行業紛（fēn）紛（fēn）開始探索建設智能工廠。《中（zhōng）國（guó）製造2025》明確提出要推進製造過程智（zhì）能化，在重點領域試點建設智能工廠（chǎng）/數字化車（chē）間（jiān），這（zhè）必將加速智能工（gōng）廠在工業行業領域（yù）的應用推廣。預計未來3-5年，全國將湧現出一批智能工廠。

　　智能工廠（chǎng）的內涵及建設重（chóng）點

　　智能工廠是實現（xiàn）智（zhì）能製造的重要載體，主要通過構建智能化生產係統、網絡化分布生產設施，實現生產過程的智能化（huà）。企業基於（yú）CPS和工業互聯（lián）網構建的智能工廠原型，主要包括物理層、信息層（céng）、大數據層、工（gōng）業雲層、決策層。其中，物理層包含工廠內不同層級的硬件設備（bèi），從最小的嵌入設備（bèi）和基礎元器（qì）件開始，到感知設備、製造設備、製造單元和生產線，相互間均實現互聯互通。以此為基礎，構建了一個“可測可控（kòng）、可產可管（guǎn）”的縱（zòng）向集成環境。信息層涵蓋企業經（jīng）營業務（wù）各個環節，包含研發設計、生產製造、營銷服（fú）務、物流配送等各類經營（yíng）管理活動，以及由此產生的眾創（chuàng）、個性化定製、電子商務、可視追蹤等相關業（yè）務。在此基礎上（shàng），形成了企（qǐ）業內部價值鏈的橫向集成環境（jìng），實現（xiàn）數據和信息的（de）流通（tōng）和交換。縱向集（jí）成和橫向集成（chéng）均以CPS和工業互聯網為基礎，產品、設備、製造單元、生產線、車間、工廠等（děng）製造係統（tǒng）的互聯互通，及其與企業不（bú）同環節業（yè）務的集成統一，則（zé）是通過數據應（yīng）用和工業雲服務實現，並在決（jué）策層基於產品、服（fú）務、設（shè）備管理支撐企（qǐ）業最高決策。這些共同構建了一個智能工廠完整的（de）價值網絡體係，為用戶提供端到端的解決方（fāng）案（àn）。

　　由於產品製造工藝過程的明顯差異，離散製造業和流程製造業在（zài）智能工廠建設（shè）的重點內容有所不同。對於離散（sàn）製造業而言，產（chǎn）品往往由多個零（líng）部件經（jīng）過一係列不連續的工（gōng）序裝配而成，其過程包含很多變化和（hé）不確定因素，在一定程度上增加了離散型製造生（shēng）產組織的難度和配套複雜性。企業常常按照主要的（de）工藝流程安排生產設備的位置，以使物料的傳輸距離最小。麵向訂單的離（lí）散型製造企業具有（yǒu）多品種、小（xiǎo）批量的特點，其工藝路線和設備的使（shǐ）用較（jiào）靈活，因此，離散製造型企業更（gèng）加重視生產的柔性，其智能工廠建設的重點是智能製造生產線（xiàn）。

　　流程型製（zhì）造業的特點是（shì）管（guǎn）道式物料輸送，生產連續性強，流程比較規範（fàn），工藝柔性比較小，產品比較（jiào）單一，原料比較穩定。對於流程製造業而言，由於原材料在整個物質轉化過（guò）程中進行的是物理化學過程，難以（yǐ）實現數字化，而工序（xù）的連續性使得上一個工序對下一個工序的影響具（jù）有（yǒu）傳導（dǎo）作用，即如果第一道工序的原料不（bú）可用，就會影響第（dì）二（èr）道工（gōng）序。因此，流程（chéng）型製造業（yè）智能工廠建設的重點（diǎn）在於實現生產工藝的智能優化和生（shēng）產全流程的智能優化，即智能感知生產條件變化，自主決策（cè）係統控製指令，自（zì）動控（kòng）製（zhì）設備，在出現異常工（gōng）況時，即時預測和進行（háng）自愈控製，排除異常、實現安全優化運行；在此基礎上，智能感知（zhī）物（wù）流、能源流和信息流的狀況，自主學習和主動響應，實現自動決策。

　　智能工廠主要建設（shè）模式

　　由於各個行業生產流程不同，加上各（gè）個行業智能化情況不同，智能工廠有以下幾個不同的建設模式（shì）。

　　第一種模式是從生產過程數字化到智能工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材（cái）、紡織、造紙、醫（yī）藥、食品等流程製造領域，企業發展智能製造的內在動力在於產品品質可（kě）控，側（cè）重從生（shēng）產數字化建設起（qǐ）步，基於品控需求從產品末（mò）端控製向全流程控製（zhì）轉變。因此其智能工廠（chǎng）建（jiàn）設模式為：一是推進生產過（guò）程數字化，在生產製造、過程管理（lǐ）等（děng）單個環節信息化係統建設的（de）基礎上，構建覆蓋全流程的動（dòng）態透明可追溯體係（xì），基於統一的可（kě）視化平台實現產品生產全過程跨部門協同控（kòng）製；二是（shì）推（tuī）進（jìn）生產管理一體化，搭建企業（yè）CPS係統（tǒng），深化生（shēng）產製造（zào）與（yǔ）運營管理、采購銷售等核心業務係統集成，促進企（qǐ）業內部資源和信息的整合和共（gòng）享（xiǎng）；三（sān）是（shì）推進（jìn）供應鏈協同化，基於原材（cái）料采購和配送需求，將CPS係統拓展至供應商和物流企業（yè），橫向集（jí）成（chéng）供應商和物料配送協同資源（yuán）和網絡，實現外部原材料供應和內部生產配送的係統化、流程化，提高工廠內外供應鏈運行效率；四是整體打（dǎ）造大數據化智能工廠，推進端到端集（jí）成，開展個性化定製業務。

　　第二種模式是從智能製造生產（chǎn）單元（裝備（bèi）和產品）到智能工廠。在機械、汽車、航空、船（chuán）舶、輕工、家用電器和電子信息等離散製造領域，企業（yè）發（fā）展智能製造的核心目的（de）是拓展產品價值空間，側重從單台設備自動化和產品智能化入手，基於生產效率和產品效（xiào）能的（de）提（tí）升實現價值增長。因此其智能工廠建設模式為：一是推進生產設備（生產線）智能化（huà），通過（guò）引進各類符合生產所需的智能裝備，建立基於CPS係統的車間（jiān）級智能（néng）生產單元，提高精準製造、敏（mǐn）捷製造能力。二是拓展基於（yú）產（chǎn）品智能化的增值服務，利用產品的智能裝置實現（xiàn）與CPS係統的互聯互通，支持產品的遠（yuǎn）程故障診斷和實時診斷等服務；三是推進（jìn）車間（jiān）級與企業級係統集成，實現生產和經營的無縫集成和上下遊企業（yè）間的（de）信息共（gòng）享，開展基（jī）於橫（héng）向價值網絡的協同創新。四是推進生產與服務的（de）集成（chéng），基於智能工廠實現（xiàn）服務化轉型，提高產（chǎn）業效率和核心競爭力。

　　例（lì）如，廣州數（shù）控通過利用工業以太網將單（dān）元級（jí）的傳（chuán）感器、工業機器人、數控（kòng）機床，以及各類機械設（shè）備與（yǔ）車間級的柔性生產線總控製台相連，利用以太網將總控台與企業管理級的各類服務器相連，再通過互聯網將企業管理係統與產（chǎn）業鏈上下遊企業相連，打通（tōng）了產品全生命周期各環節的數據通（tōng）道，實現了生產過程的遠程（chéng）數據采集分析和故障（zhàng）監測診斷。三一重工的18號廠房是總裝車間，有混凝土機械、路（lù）麵機械、港口機械等多條裝配線，通過在生產車間建立“部件工作中心島”，即單元化生產，將每一類部件從生產到下線（xiàn）所有（yǒu）工藝集中在一個區域內，猶如在一個獨立的“島嶼”內完成全部生產。這種組織方式，打破了傳統流（liú）程化（huà）生產線呈直線（xiàn）布置的弊端，在保證結構件製造工藝不改變、生產人員不增加的情況下（xià），實現了減少占地（dì）麵積、提高（gāo）生產效率、降低運（yùn）行成本的目的（de）。目前，三一重工（gōng）已建成車間智能監控網絡和刀具管理係統、公（gōng）共製造（zào）資源定位與物料跟蹤管理係（xì）統、計劃、物流（liú）、質量（liàng）管控係（xì）統、生產控製中心（PCC）中央（yāng）控製係統等智能係統，還與其他單位共同研發了智能上下料機（jī）械手、基於DNC係統的車間（jiān）設備智能監控網絡（luò）、智能化立體倉（cāng）庫與AGV運輸軟（ruǎn）硬件係統、基於RFID設（shè）備及無線（xiàn）傳感網絡（luò）的物料和（hé）資源跟蹤定位係統、高級計劃排程係統（APS）、製造執行係統（MES）、物（wù）流執行係統（LES）、在線質量檢（jiǎn）測係統（SPC）、生（shēng）產控製中心管理決策係統等關鍵核心智能裝置，實現了對製造資源跟蹤、生產過程監控，計劃、物（wù）流、質量集成化管控下的均衡化混流生產。

　　第三種模式（shì）是從個性化定製到互聯工廠。在家（jiā）電、服裝、家居等距離（lí）用戶最近的（de）消（xiāo）費品製造領域，企業發展智能製造的重點在於充（chōng）分滿足消費者多元化需（xū）求的（de）同時實現規模經濟生產，側重通過互聯網平台開展大規模（mó）個性定（dìng）製模式創新。因此其智能（néng）工廠建設（shè）模式為：一（yī）是（shì）推進（jìn）個性（xìng）化定製生產，引入柔（róu）性化生產線，搭（dā）建互聯網平台，促進企業與用戶深度交互、廣泛征（zhēng）集需求，基於需求數據模型開（kāi）展精益生產；二是推進設計（jì）虛擬化，依托互聯網逆向整合設計（jì）環節，打通設計、生（shēng）產、服務數據鏈，采（cǎi）用虛（xū）擬仿真技術優化生產工藝；三是推進製造網絡協同（tóng）化，變革傳統（tǒng）垂直組織模式，以扁平化、虛擬化（huà）新型製造平台為紐帶集聚（jù）產業鏈上下（xià）遊資源，發展遠程定製、異地（dì）設計、當地生產（chǎn）的網絡協（xié）同製造新模式。

　　智能工廠發（fā）展重點環節

　　隨著未來智能工廠發展浪潮的逼近。未來，將有幾個行業或（huò）者領域迎來發展高潮。

　　首先是（shì）虛擬（nǐ）仿真設計。隨著三維數字化技術的發展，傳統的以經驗為主的模擬設計模式逐漸（jiàn）轉變為基於三維建模和仿真的虛擬設計模式，使未來的智能工廠能夠通過三（sān）維數字建模、工藝虛擬仿真、三維可視化工藝現場（chǎng）應用（yòng），避免傳統的“三維（wéi）設計（jì）模（mó）型（xíng）→二維紙質圖紙→三維工藝模型”研製過程中信息傳遞鏈條的斷裂，摒棄二維、三維之間轉換，提高產品研發設計效率，保證產品研發設計質量。

　　隨著（zhe）仿真技術的（de）發展，原有的（de）對工（gōng）件幾何參數及幹涉（shè）進（jìn）行校驗的幾何（hé）仿真逐（zhú）漸轉變成（chéng）產品加（jiā）工、裝配、拆卸（xiè）、切削和成型過程的物理仿真，使未來的智能（néng）工廠實現在複雜虛擬環境下對產品運行生產效果進行仿（fǎng）真分析（xī）和驗證，以達到產品開發周（zhōu）期和成本的（de）最低化、產品設計（jì）質量的（de）最優化和生產效率的最高化，增強企業的競爭能力。

　　未來我（wǒ）國應著重突破MBD技（jì）術、物理仿真引擎係（xì）統架構、仿真模（mó）型三個環節。

　　其次是網絡化智（zhì）能設備。生產設備的智能化程度將在網絡化條件下得（dé）到快速提升，傳統製造模式出現顛覆性的變革，具（jù）體（tǐ）表現高度密集的（de）生產設備、生產設備（bèi）智能化和柔性化製造方式這三個方麵。

　　隨著技（jì）術的進步以及（jí）人工成本的逐漸上升，未來工廠內（nèi）所有工作逐漸由係統控製的核心生產設備來實現，工作（zuò）人員不直接參與（yǔ）生產第一線工作，隻是從事（shì）一些新產品開發、生（shēng）產工藝改進、新機器設備發明創新（xīn）等高質量複雜勞動。高度密集的生產設備將使未來智能工廠的（de）生產（chǎn）成本逐漸降低，產品質量將得到大幅提（tí）升。

　　在（zài）生產設備（bèi）智能（néng）化方麵，生產設備聯網助力（lì）未來工廠（chǎng）日益智能化（huà）。生產設備依托（tuō）安全的生產網絡和係統能夠實現智能校正、智（zhì）能診（zhěn）斷、智能控製、智能（néng）管理等功能和生產設備之間的智能化信息交換，協同性和開放性明顯提升。智能化生產設備的應（yīng）用（yòng），使未來智（zhì）能工廠生產（chǎn）過程更加靈活（huó）、高效並具有可持續發展性。

　　在柔性化製造方式方麵，增材製造方式促進智能工廠日漸綠色化和柔性化（huà）。傳（chuán）統的材料去除加工（gōng）方法將逐漸被低耗能、低汙染甚至無（wú）汙（wū）染的增材製造方式（shì）所取代，這（zhè）種（zhǒng）製造方式尤其適合動力設備、航空航天、汽車等高端產品上的關（guān）鍵零部件的生產。

　　再次是模塊（kuài）化定製生產。多批次、小產量的生產盈利（lì）能（néng）力在模塊化生產方式下逐漸得到提升，產品日益滿足消費者個性化需求，具體表（biǎo）現在模塊生產和模塊（kuài）組裝這（zhè）兩個方麵。

　　在模塊生產方麵，生產可（kě）自由組合的模塊助力智能工廠（chǎng）日益集約化。傳統的固定生產線將無法滿足客（kè）戶定製化需求（qiú）而逐漸消失，可動態組合的模塊化生產方（fāng）式將成為（wéi）主流。在模塊化生產方式下，產品被分解成無數個具（jù）有（yǒu）不同用途或性能的模塊。每個模塊將通過製造執行（háng）係統被生產出來，杜絕未來智能工（gōng）廠的浪費環節（jiē），保證質量、優化成本、縮短（duǎn）周期。

　　在模塊組裝方麵（miàn），標（biāo）準化、通用化模塊之間（jiān）的組合（hé）提升智能（néng）工廠定製化生產盈利能力。根據產品（pǐn）的性能、結構選擇（zé）滿足需求的模塊，通過模塊結構的標準化，將選取出的各模塊自由組裝出滿足客戶個性化（huà）需求的產品，使未來智能工廠產品的品種更（gèng）豐富、功（gōng）能更齊全、性能更穩定。

　　大數（shù）據化精益管理。產品（pǐn）的研發、生產和管理方式通過工（gōng）業大數（shù）據挖掘和分析（xī）逐漸得到創新，工廠管理日趨精益化。具體表現在客戶價值管理、精益生產和精益供應鏈這三個方麵。

　　在（zài）客戶價值管理方麵，基於大數據的客戶價值提升（shēng）趨（qū）勢明顯（xiǎn）。隨著移動互聯（lián）、物聯網等新一代信息技術逐漸滲透到產品生（shēng）產的各個環節，大數據配套軟硬件的（de）日（rì）益完（wán）善，安全性和標準化程度（dù）的逐步提升，通過對客戶與工業企業之間的交互和交易行為方麵（miàn）大數據的分析，產（chǎn）品的研發（fā）設計呈現出眾（zhòng）包化發展趨（qū）勢，同時產品售後服務得（dé）到不（bú）斷（duàn）改進和完善。

　　在精益生產方麵，基（jī）於（yú）大數據的生產（chǎn）製造日益（yì）精益化。製（zhì）造企（qǐ）業通過實時收集生產過程中所產生的大數據，對生產設備（bèi）診斷、用電量、能耗、質量事故等方麵進行分析與預測，能（néng）夠及時發現生產過程中（zhōng）的錯誤與瓶頸並進行優化。通過（guò）運用大數據技術，未來智能工廠實現生產製造（zào）的精益化，提升生產過程的透明度、綠色性、安全性和產品的（de）質量。

　　在精益供應鏈方麵，基於大數據的供（gòng）應鏈優（yōu）化趨勢顯著。隨著大數據基礎（chǔ）條件的日益成熟（shú），製造企業能夠獲（huò）得完整的產品供應鏈方麵的大數據，通過對這些大數據的分析，預測零配件價格走勢、庫存（cún）等情況（kuàng），克服傳統供應鏈中（zhōng）缺乏協調和信息共享等問（wèn）題（tí），避免牛鞭效（xiào）應的發生，實現供應鏈的優化。基於大（dà）數據的精益供應鏈管理消減了智能工廠整個供應鏈條中成本和浪費情況，提（tí）升了倉儲（chǔ）和（hé）配送效率，實現了無庫存或庫存達到極小。

最後是柔性化新型人機交互。人（rén）與機器的信息交換方式隨著技術（shù）融合步伐（fá）的加快向更高層次邁進，新型人機交互方式被逐漸應用（yòng）於生產（chǎn）製造領域（yù）。具體（tǐ）表現（xiàn）在智能交互設備柔性化和智（zhì）能交互設備工（gōng）業領域應用這兩個方麵。

　　在（zài）智能交互設備柔性化方麵，技（jì）術和硬件的不（bú）斷更新有利於（yú）智能交互設備日益柔性化優勢的形成。隨著移動互聯、物聯網、雲計算、人機交互（hù）和識別（bié）技術等核心技術的發展，交互（hù）設備硬件日趨柔性化，智能交互設備（bèi）逐漸呈現出設計自由新穎、低功耗、經摔耐用、貼近人體等優勢，這就為未來智（zhì）能工廠新型人機交互的實現提供了基礎。

　　在智能交（jiāo）互設備工業領域應用（yòng）方麵，柔性化智能交互設備助力智能工廠新（xīn）型（xíng）人機交互方（fāng）式的實現。隨著技（jì）術融合（hé）步（bù）伐的加快，柔性化智能交互設備從個人消費領域被逐漸引入到製（zhì）造業，作為生產線裝配及特殊環節（jiē）工作人員的技術輔助工具，使工作人員與周邊的智能設備進行語音、體感等（děng）新型交互。智能交互設備工業領域的應用，提升了未來（lái）智（zhì）能工廠的透明度和靈活性。（來源：中國兩化融合網）

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