国内外智能工厂的展开现状与建造途径

　　近年来，智能制作热潮席卷神州大地，成为推动“我国制作2025”国家战略最重要的行动。其间，

　　本文将剖析国内外智能工厂建造的现状与问题，智能工厂的内在，以及推动智能工厂建造的成功之道。

　　近年来，全球各首要经济体都在大力推动制作业的复兴。在工业4.0、工业互联网、物联网、云核算等热潮下，全球许多优异制作企业都展开了智能工厂建造实践。

　　例如，西门子安贝格电子工厂完结了多种类工控机的混线出产；FANUC公司完结了机器人和伺服电机出产进程的高度主动化和智能化，并运用主动化立体仓库在车间内的各个智能制作单元之间传递物料，完结了最高720小时无人值守；施耐德电气完结了电气开关制作和包装进程的全主动化；美国哈雷戴维森公司广泛运用以加工中心和机器人构成的智能制作单元，完结大批量定制；三菱电机名古屋制作所选用人机结合的新式机器人安装产线，完结从主动化到智能化的改变，显着进步了单位出产面积的产值；全球重卡巨子MAN公司搭建了齐备的厂内物流体系，运用AGV装载进行安装的部件和整车，便于灵敏调整安装线，并树立了物料超市，获得显着成效。

　　当时，我国制作企业面临着巨大的转型压力。一方面，劳动力本钱敏捷攀升、产能过剩、竞赛剧烈、客户特性化需求日益增长等要素，迫使制作企业从低本钱竞赛战略转向树立差异化竞赛优势。在工厂层面，制作企业面临着招工难，以及短少专业技师的巨大压力，有必要完结减员增效，迫切需求推动智能工厂建造。另一方面，物联网、协作机器人、增材制作、猜测性保护、机器视觉等新式技能敏捷鼓起，为制作企业推动智能工厂建造供给了杰出的技能支撑。再加上国家和当地政府的大力扶持，使各职业越来越多的大中型企业敞开了智能工厂建造的征途。

　　我国轿车、家电、轨道交通、食品饮料、制药、配备制作、家居等职业的企业对出产和安装线进行主动化、智能化改造，以及树立全新的智能工厂的需求非常旺盛，涌现出海尔、美的、东莞劲胜、尚品宅配等智能工厂建造的样板。

　　例如，海尔佛山滚筒洗衣机工厂可以完结按订单配备、出产和安装，选用高柔性的主动无人出产线，广泛运用精细安装机器人，选用MES体系全程订单履行办理体系，经过RFID进行全程追溯，完结了机机互联、机物互联和人机互联；尚品宅配完结了从样式规划到结构尺度的全方位特性定制，树立了高度智能化的出产加工操控体系，可以满意顾客特性化定制所发生的特别尺度与结构板材的切削加工需求；东莞劲胜全面选用国产加工中心、国产数控体系和国产工业软件，完结了设备数据的主动收集和车间联网，树立了工厂的数字映射模型（Digital Twin），构建了手机壳加工的智能工厂。

　　①盲目购买主动化设备和主动化产线。许多制作企业仍然以为推动智能工厂便是主动化和机器人化，盲目寻求“黑灯工厂”，推动单工位的机器人改造，推广机器换人，上马只能加工或安装单一产品的刚性主动化出产线。只重视购买高端数控设备，但却没有配备相应的软件体系。

　　②没有完结设备数据的主动收集和车间联网。企业在购买设备时没有要求敞开数据接口，大部分设备还不能主动收集数据，没有完结车间联网。现在，各大主动化厂商都有自己的工业总线和通讯协议，OPC UA规范的运用还不遍及。

　　③工厂运营层仍是黑箱。在工厂运营方面还短少信息体系支撑，车间仍然是一个黑箱，出产进程还难以完结全程追溯，与出产办理休戚相关的制作BOM数据、工时数据也不精确。

　　④设备绩效不高。出产设备没有得到充沛运用，设备的健康情况未进行有用办理，常常由于设备毛病构成非计划性停机，影响出产。

　　⑤仍然存在许多信息化孤岛和主动化孤岛。智能工厂建造涉及到智能配备、主动化操控、传感器、工业软件等范畴的供货商，集成难度很大。许多企业不只存在许多信息孤岛，也存在许多主动化孤岛，主动化出产线没有进行统一规划，出产线之间还需求中转库转运。

　　究其原因，是智能制作和智能工厂包含范畴许多，体系极端杂乱，企业还短少深刻理解。在这种情况下，制作企业不能轻率推动，搞“”，防止构成企业的出资打水漂。应当依托有实战经验的咨询服务机构，结合企业内部的IT、主动化和精益团队，高层积极参与，依据企业的产品和出产工艺，做好需求剖析和整体规划，在此根底上保险推动，才干获得实效。

　　①设备互联。可以完结设备与设备互联（M2M），经过与设备操控体系集成，以及外接传感器等方法，由SCADA（数据收集与监控体系）实时收集设备的情况，出产竣工的信息、质量信息，并经过运用RFID（无线射频技能）、条码（一维和二维）等技能，完结出产进程的可追溯。

　　②广泛运用工业软件。广泛运用MES（制作履行体系）、APS（先进出产排程）、动力办理、质量办理等工业软件，完结出产现场的可视化和透明化。在新建工厂时，可以经过数字化工厂仿真软件，进行设备和产线布局、工厂物流、人机工程等仿真，保证工厂结构合理。在推动数字化转型的进程中，有必要保证工厂的数据安全和设备和主动化体系安全。在经过专业检测设备检出次品时，不只要可以主动与合格品分流，并且可以经过SPC（计算进程操控）等软件，剖析呈现质量问题的原因。

　　③充沛结合精益出产理念。充沛体现工业工程和精益出产的理念，可以完结按订单驱动，拉动式出产，尽量削减在制品库存，消除糟蹋。推动智能工厂建造要充沛结合企业产品和工艺特色。在研制阶段也需求大力推动规范化、模块化和系列化，奠定推动精益出产的根底。

　　④完结柔性主动化。结合企业的产品和出产特色，继续进步出产、检测和工厂物流的主动化程度。产种类类少、出产批量大的企业可以完结高度主动化，乃至树立黑灯工厂；小批量、多种类的企业则应当重视少人化、人机结合，不要盲目推动主动化，应当特别重视树立智能制作单元。工厂的主动化出产线和安装线应当恰当考虑冗余，防止由于要害设备毛病而停线；一起，应当充沛考虑怎么快速换模，可以习惯多种类的混线出产。物流主动化关于完结智能工厂至关重要，企业可以经过AGV、行架式机械手、悬挂式输送链等物流设备完结工序之间的物料传递，并配备物料超市，尽量将物料配送到线边。质量检测的主动化也非常重要，机器视觉在智能工厂的运用将会越来越广泛。此外，还需求细心考虑怎么运用助力设备，减轻工人劳动强度。

　　⑤重视环境友好，完结绿色制作。可以及时收集设备和产线的动力消耗，完结动力高效运用。在风险和存在污染的环节，优先用机器人代替人工，可以完结废料的收回和再运用。

　　⑥ 可以完结实时洞悉。从出产排产指令的下到达竣工信息的反应，完结闭环。经过树立出产指挥体系，实时洞悉工厂的出产、质量、能耗和设备情况信息，防止非计划性停机。经过树立工厂的Digital Twin（数字映射），方便地洞悉出产现场的情况，辅佐各级办理人员做出正确决议计划。

　　仅有主动化出产线和工业机器人的工厂，还不能称为智能工厂。智能工厂不只出产进程应完结主动化、透明化、可视化、精益化，并且，在产品检测、质量检验和剖析、出产物流等环节也应当与出产进程完结闭环集成。一个工厂的多个车间之间也要完结信息同享、按时配送和协同作业。

　　智能工厂的建造充沛交融了信息技能、先进制作技能、主动化技能、通讯技能和人工智能技能。每个企业在建造智能工厂时，都应该考虑怎么可以有用交融这五大范畴的新式技能，与企业的产品特色和制作工艺紧密结合，确认本身的智能工厂推动计划。

　　闻名业务流程办理专家August-Wilhelm Scheer教授提出的智能工厂结构强调了MES体系在智能工厂建造中的纽带效果。

　　智能工厂可以分为根底设施层、智能配备层、智能产线层、智能车间层和工厂管控层五个层级：

　　企业首要应当树立有线或许无线的工厂网络，完结出产指令的主动下达和设备与产线信息的主动收集；构成集成化的车间联网环境，处理不同通讯协议的设备之间，以及PLC、CNC、机器人、外表/传感器和工控/IT体系之间的联网问题；运用视频监控体系对车间的环境，人员行为进行监控、辨认与报警；此外，工厂应当在温度、湿度、洁净度的操控和工业安全（包含工业主动化体系的安全、出产环境的安全和人员安全）等方面到达智能化水平。

　　智能配备是智能工厂运作的重要手法和东西。智能配备首要包含智能出产设备、智能检测设备和智能物流设备。制作配备在阅历了机械配备到数控配备后，现在正在逐渐向智能配备展开。智能化的加工中心具有差错补偿、温度补偿等功能，可以完结边检测、边加工。工业机器人经过集成视觉、力觉等传感器，可以精确辨认工件，自主进行安装，主动躲避人，完结人机协作。金属增材制作设备可以直接制作零件，DMG MORI已开宣布可以完结一起完结增材制作和切削加工的混合制作加工中心。智能物流设备则包含主动化立体仓库、智能夹具、AGV、桁架式机械手、悬挂式输送链等。例如，Fanuc工厂就运用了主动化立体仓库作为智能加工单元之间的物料传递东西。

　　智能产线的特色是，在出产和安装的进程中，可以经过传感器、数控体系或RFID主动进行出产、质量、能耗、设备绩效（OEE）等数据收集，并经过电子看板显实际时的出产情况；经过安灯体系完结工序之间的协作；出产线可以完结快速换模，完结柔性主动化；可以支撑多种类似产品的混线出产和安装，灵敏调整工艺，习惯小批量、多种类的出产形式；具有必定冗余，假如出产线上有设备呈现毛病，可以调整到其他设备出产；针对人工操作的工位，可以给予智能的提示。

　　要完结对出产进程进行有用管控，需求在设备联网的根底上，运用制作履行体系（MES）、先进出产排产（APS）、劳动力办理等软件进行高效的出产排产和合理的人员排班，进步设备运用率（OEE），完结出产进程的追溯，削减在制品库存，运用人机界面（HMI），以及工业平板等移动终端，完结出产进程的无纸化。别的，还可以运用Digital Twin(数字映射)技能将MES体系收集到的数据在虚拟的三维车间模型中实时地展现出来，不只供给车间的VR（虚拟实际）环境，并且还可以显现设备的实践情况，完结真假交融。

　　车间物流的智能化关于完结智能工厂至关重要。企业需求充沛运用智能物流配备完结出产进程中所需物料的及时配送。企业可以用DPS体系(Digital Picking System)完结物料拣选的主动化。

　　工厂管控层首要是完结对出产进程的监控，经过出产指挥体系实时洞悉工厂的运营，完结多个车间之间的协作和资源的调度。流程制作企业已广泛运用DCS或PLC操控体系进行出产管控，近年来，离散制作企业也开端树立中央操控室，实时显现工厂的运营数据和图表，展现设备的运转情况，并可以经过图像辨认技能对视频监控中发现的问题进行主动报警。

　　智能工厂的建造需求完结IT体系与主动化体系的信息集成；处理来历多样的异构数据，包含设备、出产、物料、质量、能耗等海量数据；应当进行科学的厂房布局规划，在满意出产工艺要求，优化业务流程的根底上，进步物流功率，进步工人作业的舒适程度。智能工厂的推动需求企业的IT部分、主动化部分、精益推动部分和业务部分的通力合作。制作企业应当做好智能工厂相关技能的训练，挑选有实战经验的智能制作咨询服务机构，一起规划推动智能工厂建造的蓝图。在规划时应留意职业差异性，由于不同职业的产品制作工艺不同很大，智能工厂建造的方针和要点也有显着差异。

　　在智能工厂的建造中，企业往往会忽视办理与技能规范的树立，简单构成短少数据规范，一物多码；作业规范履行不到位；缺失设备办理规范，不同的设备选用不同的通讯协议，构成设备集成难度大；办理流程杂乱，职权力不匹配；质检规范履行不到位，导致批次质量问题多等问题。因而，需求树立清晰的智能工厂规范，例如，业务流程办理规范、设备点检保护规范和智能工厂评价规范等办理规范，智能配备规范、智能工厂体系集成规范、工业互联网规范以及主数据办理规范等技能规范。

　　现在，智能加工单元在我国制作企业的运用还处于起步阶段，但必定是展开的方向。智能加工单元可以运用智能技能将CNC、工业机器人、加工中心以及主动化程度较低的设备集成起来，使其具有更高的柔性，进步出产功率。

　　智能工厂的终极方针并不是要建构成无人工厂，而应寻求在合理本钱的前提下，满意商场特性化定制的需求。因而，人机协作将成为智能工厂未来展开的首要趋势。人机协作的最大特色是可以充沛运用人的灵敏性完结杂乱多变的作业任务，在要害岗位上，更需求人的判断才能和决议计划才能显得更为重要，而机器人则拿手重复劳动。

　　未来，AR（Augmented Reality，增强实际）技能将被许多运用到工厂的设备保护和人员训练中。工人带上AR眼镜，就可以“看到”需求操作的作业方位。例如，需求拧紧螺栓的当地，当拧到位时，会有相应提示，然后进步作业人员的作业功率；修理人员可以经过什物扫码，使虚拟模型与什物模型重合叠加，一起在虚拟模型中显现出设备类型、作业参数等信息，并依据AR中的提示进行修理操作；AR技能还可以协助设备修理人员将什物运转参数与数字模型进行比照，赶快定位问题，并给予或许的毛病原因剖析。此外，数字工厂仿真技能可以依据离散事情建模、3D几许建模、可视化仿真与优化等技能完结对工厂静态布局、动态物流进程等归纳仿真和剖析，然后可以先树立数字化的出产体系乃至悉数工厂，依据既定工艺进行运转仿真。

　　在智能制作的热潮下，企业不宜盲目跟风。建造智能工厂，应环绕企业的中长期展开战略，依据本身产品、工艺、设备和订单的特色，合理规划智能工厂的建造蓝图。在推动规范化、规范化的根底上，从最急迫需求处理的问题下手，务实推动智能工厂的建造。