智能工厂

7先进智能工厂典范

智能工厂是什么

《中国制造2025》国务院在2015年5月印发的部署全面推进实施制造强国的战略文件，是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。该文件提出实行五大工程，“智能制造工程”是其中之一，其中提到：“依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂/数字化车间。”

有报告指出智能工厂是数字化供应网络的组成部分，是一个柔性系统，能够自行优化整个网络的表现，自行适应并实时或近实时学习新的环境条件，并自动运行整个生产流程。

智能工厂

智能工厂特征

智能工厂属于一种柔性系统，其可在更加广泛的网络中自行优化性能，以实时或近乎实时的方式自适应全新环境条件，并且自动运行整个生产流程。一般而言，智能工厂具有五大特征:

(1)互联流程、物料和设备

(2)优化系统，最大程度减少人工干预，增强运行可靠性

(3)透明网络，提高工厂可见性

(4)前瞻方法，进行问题识别和处理

(5)敏捷操作，根据人员、进度和产品变化自动配置设备和物料流程

这些特征可以帮助制造商保持韧性，并且针对外部紧急情况调整供应链和制造业务^[1]。

智能工厂与传统工厂的区别

1)运作模式：智能工厂是产品、服务相互结合；而传统工厂只提供产品。

2)生产模式：智能工厂的生产单元之间没有明确界限，各生产加工环节并行进行且充分参与，具有强大的协调能力；传统工厂生产单元间无实际联结，按照流程按部就班的进行，无法打破彼此之间的壁垒。

3)过程能力：智能工制造与服务环节均进行仿真优化模拟、三维可视化。实际操作前就可高度真切的进行察看。从生产源头降低风险、提高可控性。传统工厂仿真优化与三维可视化能力较低，多围绕设计关键环节进行。无法提前对各设计加工环节进行观察，几乎没有对风险的预估能力。

4)信息系统：智能工厂企业已建立完整的信息知识库与数据库，并实时更新与维护。充分利用数据采集、数据存储、数据分析与决策能力。传统工厂数字化能力较低，依旧停留在书面材料的数据整理或用计算机对部分数据进行分析。

5)设备设施：智能工厂的智能化设备遍布工厂，生产线自动化，实现机器换人，人只作为生产环节中的部分要素，降低人的主观操纵空间，提高可控性。设备间数据共享。工厂基础设施完备，无线网络实现工厂全覆盖，办公和工作环境良好。相对而言，传统工厂的智能化程度低，主要依赖人工作业，可控性较低。工长环境较差，机械化设备较多，制造环境杂乱，工厂无线网络应用程度较低，基础设施还有较大改善空间。

智能工厂总体框架

智能制造是“中国制造2025”中明确提出实施的五项重大工程之一，而智能工厂是实现智能制造的重要基础，在智能工厂的基础上可以实现高度智能化、自动化、柔性化和定制化的生产，快速响应市场的需求。智能工厂总体框架包括三大层级的软硬件技术，其中

(1)企业层是上层管理层，主要包括产品全生命周期管理(PLM)和企业资源计划(ERP)两部分，核心是基于产品全生命周期管理系统，并通过与ERP系统进行集成，构建了完整的研发、制造、管理一体化系统，可完成产品设计开发、制造及运营的统一管控。

(2)车间生产为中间执行层，包括计划排产、生产执行、物料管理、质量控制、资源管理、现场管理等模块。其核心是基于制造执行系统(MES)实施生产过程管理控制，主要确保生产计划在制造职能部门的执行，统一分发制造计划，并对生产现场信息进行统一协调管理。MES通过底层工业网络通信获取现场设备工作状态、实物生产记录等信息的反馈，操作人员和管理人员可跟踪所有制造资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态，有效进行生产执行层面的管控。具体实现包括高级计划与排程系统(APS)、大屏显示监控终端(PCT)、设备集成控制(RPC)等部分。

(3)生产资源为现场设备层，包括生产线、工业机器人、数控加工中心等，其核心是基于全集成自动化(TIA)理念构建的自动化系统，普遍采用工业现场总线技术，实现现场各类智能设备信号的互联互通，并通过工控机、可编程控制器(PLC)及工控软件进行生产现场智能设备的协调控制，以及人机协同作业，实现更具灵活性的自动化生产制造过程^[2]。

智能工厂

智能工厂六要素

在一个典型制造执行车间内，主要一般由六类要素构成——生产环境、物料、生产设备、PLC(可编程控制器)、制造执行控制系统、人。

(1)生产环境：包括温度、湿度、灰尘、有害气体、循环风速、光照等生产车间内所必须的环节条件。

(2)物料供应：用于生产制造的物料，以及储存物料的载体货架，运送物料的设备(如叉车、AGV)。

(3)生产设备：生产设备分为自动化机械设备及其他设备。自动化机械设备包括机械臂、数控机床、流水线等由站点PLC控制的生产设备；其他设备包括工具、仪器、安全配套等不需要PLC控制的相关生产设备。

(4)PLC：可编程控制器，通过指令输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC介于制造执行管控系统中的MES(制造执行系统)与生产设备之间。

(5)制造执行管控系统：一个车间内的顶层执行管控系统，在传统车间主要由MES系统构成，用于车间的制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、工具工装管理等。

(6)人：即使是自动化生产车间，也仍然离不开人的干预。譬如新上设备需要人来安装调试，关键操作需要人员参与，生产环节出现高级告警需要人工排查处理，复杂生产设备需要人工巡检等等^[3]。

智能工厂

智能工厂主要建设模式

因为不同行业有着不同的生产流程和智能化情况，智能工厂的建设模式也不尽相同。

(1)模式一：从生产过程数字化到智能工厂。在石化、钢铁、冶金、建材、纺织、造纸、医药、食品等流程制造领域，企业发展智能制造的内在动力在于产品品质可控，侧重从生产数字化建设起步，基于品控需求从产品末端控制向全流程控制转变。

(2)模式二：从智能制造生产单元(装备和产品)到智能工厂。在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器和电子信息等离散制造领域，企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间，侧重从单台设备自动化和产品智能化入手，基于生产效率和产品效能的提升实现价值增长。

(3)模式三：从个性化定制到互联工厂。在家电、服装、家居等距离用户最近的消费品制造领域，企业发展智能制造的重点在于充分满足消费者多元化需求的同时实现规模经济生产，侧重通过互联网平台开展大规模个性定制模式创新^[4]。

制造业“十强”省市智能工厂发展路径

(1)广东

积极发展智能制造，强化智能化基础制造与成套装备、智能制造服务等高端供给，打造智能工厂和灯塔工厂，到2025年，全省灯塔工厂数量超过5家。

(2)江苏

大力鼓励企业开展技术改造、设备更新，以信息技术与制造业深度融合为抓手，深入实施“智能+”技改工程，推动制造过程、装备、产品智能化升级，突出柔性生产与精益管理，加强智能技术装备的集成应用，建设一批示范智能工厂，积极推行离散型、流程型、网络协同、大规模定制化、远程运行维护等智能制造新模式。深入实施工业互联网创新工程和“5G+工业互联网”融合发展工程，建设行业领先的工业互联网平台和工业互联网标杆工厂，积极提供多种通用服务，努力建成创新驱动、应用引领、生态活跃的全国工业互联网领先地区，推动南京建设工业互联网标识解析节点(南京灾备节点)，支持苏州设立国家工业互联网大数据中心江苏分中心。实施制造业数字化转型升级行动，全面开展智能车间和智能工厂建设，培育一批在全国具有引领示范的行业龙头企业和带动中小企业共同发展的重要平台。

(3)山东

打造智能制造标杆企业。对标德国智能制造，瞄准国际国内一流方阵，围绕流程制造、离散制造等重点领域，创建一批示范引领作用强、综合效益显著的智能工厂(数字化车间)，培育10家左右智能制造标杆企业，优选标杆企业支持申报“晨星工厂”“灯塔工厂”。支持建立市级智能工厂培育体系，省市联动推动制造企业实现以“设备互联、数据互享、系统互通、业态互融”为特征的智能化提升。

(4)浙江

推动企业“上云用数赋智”，推广共享制造、未来工厂、虚拟产业园等智能制造新模式。

(5)河南

深入推进智能制造，推动骨干企业向研发、设计、管理、仓储和服务等全流程智能化方向升级，加快中小企业智能化改造，提升智能车间、智能工厂覆盖率。

(6)福建

实施工业互联网创新发展战略，加快推进智能制造，深入实施“上云用数赋智”行动，面向垂直行业推进工业互联网标识解析体系建设，形成一批技术领先、引领行业发展的工业互联网平台，支持龙头企业建立智慧供应链网络、智能工厂，发展服务型制造。大力发展数字农业、智慧农业。中国稻种基地：建设高标准制种田、全自动种子精选加工生产线、科研研发中心、科研育种基地、智能化育秧工厂、新品种展示基地等。

(7)湖北

加快智能化改造，推进智能工厂和数字化车间建设，实现生产过程透明化、生产现场智能化、工厂运营管理现代化。

(8)四川

深入实施智能制造工程，提高重大成套设备及生产线系统集成水平，大力发展智能制造单元、智能生产线，建设智能车间、智能工厂。

(9)湖南

推动制造业数字化转型，引导“数字化+网络化+智能化”发展，组建企业智能创新联盟，加快工业互联网在块状经济、制造业企业的深度应用，促进企业生产管理关键环节数字化、网络化升级，深入推进“中小企业上云”行动，建设一批自动工位、智能车间、智能工厂、智能企业。建设工业互联网基础设施，统筹推进工业互联网内网和工业企业外网建设，鼓励龙头企业搭建工业互联网平台，推进无人工厂、无人生产线、无人车间的建设。

(10)安徽

实施智能制造试点示范工程，推广应用工业机器人40000台以上，培育数字化车间、智能工厂1000家，创建一批省级智能制造示范区。支持建设工业大脑，打造一批数字车间、智能工厂，培育一批专业性强、行业特色明显的系统解决方案供应商^[5]。