智能工廠(chǎng)是實(shí)現智能制造的重要載體，主要通過(guò)構建智能化生產(chǎn)系統、網(wǎng)絡(luò )化分布生產(chǎn)設施，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的智能化。智能工廠(chǎng)已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規劃；通過(guò)整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴增展示設計與制造過(guò)程。系統中各組成部分可自行組成最佳系統結構，具備協(xié)調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學(xué)習、自行維護能力。因此，智能工廠(chǎng)實(shí)現了人與機器的相互協(xié)調合作，其本質(zhì)是人機交互。

一、智能工廠(chǎng)主要建設模式

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

第一種模式是從生產(chǎn)過(guò)程數字化到智能工廠(chǎng)。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的內在動(dòng)力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控，側重從生產(chǎn)數字化建設起步，基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉變。因此其智能工廠(chǎng)建設模式為：一是推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程數字化，在生產(chǎn)制造、過(guò)程管理等單個(gè)環(huán)節信息化系統建設的基礎上，構建覆蓋全流程的動(dòng)態(tài)透明可追溯體系，基于統一的可視化平臺實(shí)現產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程跨部門(mén)協(xié)同控制；二是推進(jìn)生產(chǎn)管理一體化，搭建企業(yè)CPS系統，深化生產(chǎn)制造與運營(yíng)管理、采購銷(xiāo)售等核心業(yè)務(wù)系統集成，促進(jìn)企業(yè)內部資源和信息的整合和共享；三是推進(jìn)供應鏈協(xié)同化，基于原材料采購和配送需求，將CPS系統拓展至供應商和物流企業(yè)，橫向集成供應商和物料配送協(xié)同資源和網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現外部原材料供應和內部生產(chǎn)配送的系統化、流程化，提高工廠(chǎng)內外供應鏈運行效率；四是整體打造大數據化智能工廠(chǎng)，推進(jìn)端到端集成，開(kāi)展個(gè)性化定制業(yè)務(wù)。

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(chǎng)。在機械、汽車(chē)、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(jià)值空間，側重從單臺設備自動(dòng)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(shí)現價(jià)值增長(cháng)。因此其智能工廠(chǎng)建設模式為：一是推進(jìn)生產(chǎn)設備（生產(chǎn)線(xiàn)）智能化，通過(guò)引進(jìn)各類(lèi)符合生產(chǎn)所需的智能裝備，建立基于CPS系統的車(chē)間級智能生產(chǎn)單元，提高精準制造、敏捷制造能力。二是拓展基于產(chǎn)品智能化的增值服務(wù)，利用產(chǎn)品的智能裝置實(shí)現與CPS系統的互聯(lián)互通，支持產(chǎn)品的遠程故障診斷和實(shí)時(shí)診斷等服務(wù)；三是推進(jìn)車(chē)間級與企業(yè)級系統集成，實(shí)現生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的無(wú)縫集成和上下游企業(yè)間的信息共享，開(kāi)展基于橫向價(jià)值網(wǎng)絡(luò )的協(xié)同創(chuàng )新。四是推進(jìn)生產(chǎn)與服務(wù)的集成，基于智能工廠(chǎng)實(shí)現服務(wù)化轉型，提高產(chǎn)業(yè)效率和核心競爭力。

例如，廣州數控通過(guò)利用工業(yè)以太網(wǎng)將單元級的傳感器、工業(yè)機器人、數控機床，以及各類(lèi)機械設備與車(chē)間級的柔性生產(chǎn)線(xiàn)總控制臺相連，利用以太網(wǎng)將總控臺與企業(yè)管理級的各類(lèi)服務(wù)器相連，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將企業(yè)管理系統與產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)相連，打通了產(chǎn)品全生命周期各環(huán)節的數據通道，實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程的遠程數據采集分析和故障監測診斷。三一重工的18號廠(chǎng)房是總裝車(chē)間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線(xiàn)，通過(guò)在生產(chǎn)車(chē)間建立“部件工作中心島”，即單元化生產(chǎn)，將每一類(lèi)部件從生產(chǎn)到下線(xiàn)所有工藝集中在一個(gè)區域內，猶如在一個(gè)獨立的“島嶼”內完成全部生產(chǎn)。這種組織方式，打破了傳統流程化生產(chǎn)線(xiàn)呈直線(xiàn)布置的弊端，在保證結構件制造工藝不改變、生產(chǎn)人員不增加的情況下，實(shí)現了減少占地面積、提高生產(chǎn)效率、降低運行成本的目的。目前，三一重工已建成車(chē)間智能監控網(wǎng)絡(luò )和刀具管理系統、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統、計劃、物流、質(zhì)量管控系統、生產(chǎn)控制中心（PCC）中央控制系統等智能系統，還與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機械手、基于DNC系統的車(chē)間設備智能監控網(wǎng)絡(luò )、智能化立體倉庫與AGV運輸軟硬件系統、基于RFID設備及無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的物料和資源跟蹤定位系統、高級計劃排程系統（APS）、制造執行系統（MES）、物流執行系統（LES）、在線(xiàn)質(zhì)量檢測系統（SPC）、生產(chǎn)控制中心管理決策系統等關(guān)鍵核心智能裝置，實(shí)現了對制造資源跟蹤、生產(chǎn)過(guò)程監控，計劃、物流、質(zhì)量集成化管控下的均衡化混流生產(chǎn)。

第三種模式是從個(gè)性化定制到互聯(lián)工廠(chǎng)。在家電、服裝、家居等距離用戶(hù)最近的消費品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點(diǎn)在于充分滿(mǎn)足消費者多元化需求的同時(shí)實(shí)現規模經(jīng)濟生產(chǎn)，側重通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺開(kāi)展大規模個(gè)性定制模式創(chuàng )新。因此其智能工廠(chǎng)建設模式為：一是推進(jìn)個(gè)性化定制生產(chǎn)，引入柔性化生產(chǎn)線(xiàn)，搭建互聯(lián)網(wǎng)平臺，促進(jìn)企業(yè)與用戶(hù)深度交互、廣泛征集需求，基于需求數據模型開(kāi)展精益生產(chǎn)；二是推進(jìn)設計虛擬化，依托互聯(lián)網(wǎng)逆向整合設計環(huán)節，打通設計、生產(chǎn)、服務(wù)數據鏈，采用虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝；三是推進(jìn)制造網(wǎng)絡(luò )協(xié)同化，變革傳統垂直組織模式，以扁平化、虛擬化新型制造平臺為紐帶集聚產(chǎn)業(yè)鏈上下游資源，發(fā)展遠程定制、異地設計、當地生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)同制造新模式。

二、國內外智能工廠(chǎng)建設的現狀

近年來(lái)，全球各主要經(jīng)濟體都在大力推進(jìn)制造業(yè)的復興。在工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等熱潮下，全球眾多優(yōu)秀制造企業(yè)都開(kāi)展了智能工廠(chǎng)建設實(shí)踐。

例如，西門(mén)子安貝格電子工廠(chǎng)實(shí)現了多品種工控機的混線(xiàn)生產(chǎn)；FANUC公司實(shí)現了機器人和伺服電機生產(chǎn)過(guò)程的高度自動(dòng)化和智能化，并利用自動(dòng)化立體倉庫在車(chē)間內的各個(gè)智能制造單元之間傳遞物料，實(shí)現了最高720小時(shí)無(wú)人值守；施耐德電氣實(shí)現了電氣開(kāi)關(guān)制造和包裝過(guò)程的全自動(dòng)化；美國哈雷戴維森公司廣泛利用以加工中心和機器人構成的智能制造單元，實(shí)現大批量定制；三菱電機名古屋制作所采用人機結合的新型機器人裝配產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現從自動(dòng)化到智能化的轉變，顯著(zhù)提高了單位生產(chǎn)面積的產(chǎn)量；全球重卡巨頭MAN公司搭建了完備的廠(chǎng)內物流體系，利用AGV裝載進(jìn)行裝配的部件和整車(chē)，便于靈活調整裝配線(xiàn)，并建立了物料超市，取得明顯成效。

當前，我國制造企業(yè)面臨著(zhù)巨大的轉型壓力。一方面，勞動(dòng)力成本迅速攀升、產(chǎn)能過(guò)剩、競爭激烈、客戶(hù)個(gè)性化需求日益增長(cháng)等因素，迫使制造企業(yè)從低成本競爭策略轉向建立差異化競爭優(yōu)勢。在工廠(chǎng)層面，制造企業(yè)面臨著(zhù)招工難，以及缺乏專(zhuān)業(yè)技師的巨大壓力，必須實(shí)現減員增效，迫切需要推進(jìn)智能工廠(chǎng)建設。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)、協(xié)作機器人、增材制造、預測性維護、機器視覺(jué)等新興技術(shù)迅速興起，為制造企業(yè)推進(jìn)智能工廠(chǎng)建設提供了良好的技術(shù)支撐。再加上國家和地方政府的大力扶持，使各行業(yè)越來(lái)越多的大中型企業(yè)開(kāi)啟了智能工廠(chǎng)建設的征程。

我國汽車(chē)、家電、軌道交通、食品飲料、制藥、裝備制造、家居等行業(yè)的企業(yè)對生產(chǎn)和裝配線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造，以及建立全新的智能工廠(chǎng)的需求十分旺盛，涌現出海爾、美的、東莞勁勝、尚品宅配等智能工廠(chǎng)建設的樣板。

例如，海爾佛山滾筒洗衣機工廠(chǎng)可以實(shí)現按訂單配置、生產(chǎn)和裝配，采用高柔性的自動(dòng)無(wú)人生產(chǎn)線(xiàn)，廣泛應用精密裝配機器人，采用MES系統全程訂單執行管理系統，通過(guò)RFID進(jìn)行全程追溯，實(shí)現了機機互聯(lián)、機物互聯(lián)和人機互聯(lián)；尚品宅配實(shí)現了從款式設計到構造尺寸的全方位個(gè)性定制，建立了高度智能化的生產(chǎn)加工控制系統，能夠滿(mǎn)足消費者個(gè)性化定制所產(chǎn)生的特殊尺寸與構造板材的切削加工需求；東莞勁勝全面采用國產(chǎn)加工中心、國產(chǎn)數控系統和國產(chǎn)工業(yè)軟件，實(shí)現了設備數據的自動(dòng)采集和車(chē)間聯(lián)網(wǎng)，建立了工廠(chǎng)的數字映射模型（Digital Twin），構建了手機殼加工的智能工廠(chǎng)。

但是，我國制造企業(yè)在推進(jìn)智能工廠(chǎng)建設方面，還存在諸多問(wèn)題與誤區：

① 盲目購買(mǎi)自動(dòng)化設備和自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)。很多制造企業(yè)仍然認為推進(jìn)智能工廠(chǎng)就是自動(dòng)化和機器人化，盲目追求“黑燈工廠(chǎng)”，推進(jìn)單工位的機器人改造，推行機器換人，上馬只能加工或裝配單一產(chǎn)品的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。只注重購買(mǎi)高端數控設備，但卻沒(méi)有配備相應的軟件系統。

② 尚未實(shí)現設備數據的自動(dòng)采集和車(chē)間聯(lián)網(wǎng)。企業(yè)在購買(mǎi)設備時(shí)沒(méi)有要求開(kāi)放數據接口，大部分設備還不能自動(dòng)采集數據，沒(méi)有實(shí)現車(chē)間聯(lián)網(wǎng)。目前，各大自動(dòng)化廠(chǎng)商都有自己的工業(yè)總線(xiàn)和通信協(xié)議，OPC UA標準的應用還不普及。

③ 工廠(chǎng)運營(yíng)層還是黑箱。在工廠(chǎng)運營(yíng)方面還缺乏信息系統支撐，車(chē)間仍然是一個(gè)黑箱，生產(chǎn)過(guò)程還難以實(shí)現全程追溯，與生產(chǎn)管理息息相關(guān)的制造BOM數據、工時(shí)數據也不準確。

④ 設備績(jì)效不高。生產(chǎn)設備沒(méi)有得到充分利用，設備的健康狀態(tài)未進(jìn)行有效管理，常常由于設備故障造成非計劃性停機，影響生產(chǎn)。

⑤ 依然存在大量信息化孤島和自動(dòng)化孤島。智能工廠(chǎng)建設涉及到智能裝備、自動(dòng)化控制、傳感器、工業(yè)軟件等領(lǐng)域的供應商，集成難度很大。很多企業(yè)不僅存在諸多信息孤島，也存在很多自動(dòng)化孤島，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)沒(méi)有進(jìn)行統一規劃，生產(chǎn)線(xiàn)之間還需要中轉庫轉運。

究其原因，是智能制造和智能工廠(chǎng)涵蓋領(lǐng)域很多，系統極其復雜，企業(yè)還缺乏深刻理解。在這種狀況下，制造企業(yè)不能貿然推進(jìn)，搞“大躍進(jìn)”，以免造成企業(yè)的投資打水漂。應當依托有實(shí)戰經(jīng)驗的咨詢(xún)服務(wù)機構，結合企業(yè)內部的IT、自動(dòng)化和精益團隊，高層積極參與，根據企業(yè)的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝，做好需求分析和整體規劃，在此基礎上穩妥推進(jìn)，才能取得實(shí)效。