智能工廠(Intelligent plant)是當今工廠在設(shè)備智能化、管理現(xiàn)代化、信息計算機化的基礎(chǔ)上達到的新的階段，很多制造企業(yè)都在大力布局智能工廠。然而當前我國大多數(shù)企業(yè)、行業(yè)智能制造系統(tǒng)都還處于局部應(yīng)用階段，只有少數(shù)大企業(yè)單項業(yè)務(wù)信息技術(shù)覆蓋面較高，關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)應(yīng)用系統(tǒng)之間實現(xiàn)了一定的協(xié)同和集成。從制造企業(yè)生產(chǎn)力水平來看，大量企業(yè)處于工業(yè)2.0要補課，有些企業(yè)處于工業(yè)3.0待普及，有個別企業(yè)處于工業(yè)4.0要示范。

智能制造系統(tǒng)解決方案發(fā)展趨勢

據(jù)行業(yè)專業(yè)人士分析，今后國內(nèi)智能制造系統(tǒng)解決方案將面臨三大發(fā)展趨勢。

第一大趨勢：智能制造是一項系統(tǒng)性工程，系統(tǒng)解決方案領(lǐng)域的合作將更加活躍。

智能制造發(fā)展具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性，涉及設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，涉及執(zhí)行設(shè)備層、控制層、管理層、企業(yè)層、云服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層等企業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)，需要實現(xiàn)橫向集成、縱向集成和端到端集成。限于資金投入不足、技術(shù)研發(fā)周期較長以及工藝壁壘等因素，單個系統(tǒng)解決方案商很難滿足各個細分行業(yè)的智能制造發(fā)展需要，企業(yè)間將不斷加強協(xié)同創(chuàng)新，以強化智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)能力。

第二大趨勢：智能制造系統(tǒng)架構(gòu)將進一步完善，工業(yè)軟件領(lǐng)域的集成與發(fā)展將成為重點。

從企業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)來看，國內(nèi)目前還沒有出現(xiàn)能夠打通整個架構(gòu)體系的智能制造解決方案商，但隨著技術(shù)水平的不斷進步，系統(tǒng)解決方案提供商將不斷完善架構(gòu)體系。智能制造系統(tǒng)解決方案主要依托于軟硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)，實現(xiàn)制造要素和資源的相互識別、實時交互、信息集成。從硬件層面來看，基于成本大幅降低的現(xiàn)實需要，硬件中通用性強的部分將日趨模塊化、標準化發(fā)展。從軟件層面來看，工業(yè)軟件存在于智能制造的每個角落，智能制造解決方案將更加倚重于與硬件層關(guān)系密切的軟件部分(SFC、MES、ERP、PLM)的集成與發(fā)展，其中MES是軟件層中最核心部分。

我國智能工廠發(fā)展趨勢分析

當前，智能制造熱度高企，石化、鋼鐵、機械裝備制造、汽車制造、航空航天、飛機制造等行業(yè)紛紛開始探索建設(shè)智能工廠?！吨袊圃?/span>2025》明確提出要推進 制造過程智能化，在重點領(lǐng)域試點建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，這必將加速智能工廠在工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。預(yù)計未來3-5年，全國將涌現(xiàn)出一批智能工廠。

1、智能工廠的內(nèi)涵及建設(shè)重點

智能工廠是實現(xiàn)智能制造的重要載體，主要通過構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化。企業(yè)基于CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能工廠原型，主要包括物理層、信息層、大數(shù)據(jù)層、工業(yè)云層、決策層。其中，物理層包含工廠內(nèi)不同層級的硬件設(shè)備，從最小的嵌入設(shè)備和基礎(chǔ)元器件開始，到感知設(shè)備、制造設(shè)備、制造單元和生產(chǎn)線，相互間均實現(xiàn)互聯(lián)互通。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個“可測可控、可產(chǎn)可管”的縱向集成環(huán)境。信息層涵蓋企業(yè)經(jīng)營業(yè)務(wù)各個環(huán)節(jié)，包含研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、營銷服務(wù)、物流配送等各類經(jīng)營管理活動，以及由此產(chǎn)生的眾創(chuàng)、個性化定制、電子商務(wù)、可視追蹤等相關(guān)業(yè)務(wù)。在此基礎(chǔ)上，形成了企業(yè)內(nèi)部價值鏈的橫向集成環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流通和交換。

縱向集成和橫向集成均以CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，產(chǎn)品、設(shè)備、制造單元、生產(chǎn)線、車間、工廠等制造系統(tǒng)的互聯(lián)互通，及其與企業(yè)不同環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的集成統(tǒng)一，則是通過數(shù)據(jù)應(yīng)用和工業(yè)云服務(wù)實現(xiàn)，并在決策層基于產(chǎn)品、服務(wù)、設(shè)備管理支撐企業(yè)最高決策。這些共同構(gòu)建了一個智能工廠完整的價值網(wǎng)絡(luò)體系，為用戶提供端到端的解決方案。

由于產(chǎn)品制造工藝過程的明顯差異，離散制造業(yè)和流程制造業(yè)在智能工廠建設(shè)的重點內(nèi)容有所不同。對于離散制造業(yè)而言，產(chǎn)品往往由多個零部件經(jīng)過一系列不連續(xù)的工序裝配而成，其過程包含很多變化和不確定因素，在一定程度上增加了離散型制造生產(chǎn)組織的難度和配套復(fù)雜性。企業(yè)常常按照主要的工藝流程安排生產(chǎn)設(shè)備的位置，以使物料的傳輸距離最小。面向訂單的離散型制造企業(yè)具有多品種、小批量的特點，其工藝路線和設(shè)備的使用較靈活，因此，離散制造型企業(yè)更加重視生產(chǎn)的柔性，其智能工廠建設(shè)的重點是智能制造生產(chǎn)線。

2、智能工廠主要建設(shè)模式

由于各個行業(yè)生產(chǎn)流程不同，加上各個行業(yè)智能化情況不同，智能工廠有以下幾個不同的建設(shè)模式。

第一種模式是從生產(chǎn)過程數(shù)字化到智能工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫(yī)藥、食品等流程制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的內(nèi)在動力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控，側(cè)重從生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)起步，基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變。

第二種模式是從智能制造生產(chǎn)單元(裝備和產(chǎn)品)到智能工廠。在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價值空間，側(cè)重從單臺設(shè)備自動化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實現(xiàn)價值增長。

第三種模式是從個性化定制到互聯(lián)工廠。在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點在于充分滿足消費者多元化需求的同時實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)，側(cè)重通過互聯(lián)網(wǎng)平臺開展大規(guī)模個性定制模式創(chuàng)新。

3、智能工廠發(fā)展重點環(huán)節(jié)

隨著未來智能工廠發(fā)展浪潮的逼近。未來，將有幾個行業(yè)或者領(lǐng)域迎來發(fā)展高潮。

首先是虛擬仿真設(shè)計。隨著三維數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗為主的模擬設(shè)計模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛谌S建模和仿真的虛擬設(shè)計模式，使未來的智能工廠能夠通過三維數(shù)字建模、工藝虛擬仿真、三維可視化工藝現(xiàn)場應(yīng)用，避免傳統(tǒng)的“三維設(shè)計模型→二維紙質(zhì)圖紙→三維工藝模型”研制過程中信息傳遞鏈條的斷裂，摒棄二維、三維之間轉(zhuǎn)換，提高產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計效率，保證產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計質(zhì)量。

未來我國應(yīng)著重突破MBD技術(shù)、物理仿真引擎系統(tǒng)架構(gòu)、仿真模型三個環(huán)節(jié)。

其次是網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備。生產(chǎn)設(shè)備的智能化程度將在網(wǎng)絡(luò)化條件下得到快速提升，傳統(tǒng)制造模式出現(xiàn)顛覆性的變革，具體表現(xiàn)高度密集的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備智能化和柔性化制造方式這三個方面。

再次是模塊化定制生產(chǎn)。多批次、小產(chǎn)量的生產(chǎn)盈利能力在模塊化生產(chǎn)方式下逐漸得到提升，產(chǎn)品日益滿足消費者個性化需求，具體表現(xiàn)在模塊生產(chǎn)和模塊組裝這兩個方面。

最后是柔性化新型人機交互。人與機器的信息交換方式隨著技術(shù)融合步伐的加快向更高層次邁進，新型人機交互方式被逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域。具體表現(xiàn)在智能交互設(shè)備柔性化和智能交互設(shè)備工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用這兩個方面。

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