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智能工廠的規劃

在當前智能制造的熱潮之下，很多企業都在規劃建設智能工廠。那么，智能工廠的規劃要考慮哪些核心要素？關注哪些維度？

智能工廠的智能化基因

在智能工廠里，人、機器和資源如同在一個社交網絡里自然地相互溝通協作，生產出來的智能產品能夠理解自己被制造的細節以及將如何使用，能夠回答"哪組參數被用來處理我"、"我應該被傳送到哪里"等問題。

同時，智能輔助系統將從執行例行任務中解放出來，使他們能夠專注于創新；靈活的工作組織能夠幫助工人把生活和工作實現更好地結合，個體顧客的需求將得到滿足。

No.1

智能工廠核心架構

1.建一個網絡（CPS）

CPS讓物理設備具有計算、通信、精確控制、遠程協調和自治等五大功能，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合，將網絡空間的高級計算能力有效的運用于現實世界中，從而在生產制造過程中，與設計、開發、生產有關的所有數據將通過傳感器采集并進行分析，形成可自律操作的智能生產系統。

2. 三個集成

工業4.0中的三項集成包括：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。

工業4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通信設施通過CPS形成一個智能網絡，使人與人、人與機器、機器與機器以及服務與服務之間能夠互聯，從而實現橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實現工廠智能化的重點也是難點。

3. 數據處理：大數據分析

數據是智能工廠建設的血液，在各應用系統之間流動。在智能工廠運轉的過程中，會產生設計、工藝、制造、倉儲、物流、質量、人員等業務數據，這些數據可能分別來自ERP、MES、APS、WMS、QIS等應用系統。

因此，在智能工廠的建設過程中，需要一套統一的標準體系來規范數據管理的全過程，建立數據命名、數據編碼和數據安全等一系列數據管理規范，保證數據的一致性和準確性。

另外，必要時，還應當建立專門的數據管理部門，明確數據管理的原則和構建方法，確立數據管理流程與制度，協調執行中存在的問題，并定期檢查落實優化數據管理的技術標準、流程和執行情況。

企業需要規劃邊緣計算、霧計算、云計算的平臺，確定哪些數據在設備端進行處理，哪些數據需要在工廠范圍內處理，哪些數據要上傳到企業的云平臺進行處理。

No.2

智能工廠主要建設模式

由于各個行業生產流程不同，加上各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。

▍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、紡織、造紙、醫藥、食品等流程制造領域，企業發展智能制造的內在動力在于產品品質可控，側重從生產數字化建設起步，基于品控需求從產品末端控制向全流程控制轉變。

▍第二種模式是從智能制造生產單元(裝備和產品)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域，企業發展智能制造的核心目的是拓展產品價值空間，側重從單臺設備自動化和產品智能化入手，基于生產效率和產品效能的提升實現價值增長。

▍第三種模式是從個性化定制到互聯工廠。在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費品制造領域，企業發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規模經濟生產，側重通過互聯網平臺開展大規模個性定制模式創新。

智能工廠規劃的核心要素

智能廠房設計

智能工廠的廠房設計需要引入BIM（建筑信息模型），通過三維設計軟件進行建筑設計，尤其是水、電、汽、網絡、通信等管線的設計。同時，智能廠房要規劃智能視頻監控系統、智能采光與照明系統、通風與空調系統、智能安防報警系統、智能門禁一卡通系統、智能火災報警系統等。采用智能視頻監控系統，通過人臉識別技術以及其他圖像處理技術，可以過濾掉視頻畫面中無用的或干擾信息、自動識別不同物體和人員，分析抽取視頻源中關鍵有用信息，判斷監控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發出警報或觸發其它動作。

整個廠房的的工作分區（加工、裝配、檢驗、進貨、出貨、倉儲等）應根據工業工程的原理進行分析，可以使用數字化制造仿真軟件對設備布局、產線布置、車間物流進行仿真。在廠房設計時，還應當思考如何降低噪音，如何能夠便于設備靈活調整布局，多層廠房如何進行物流輸送等問題。

智能產線規劃

智能產線是智能工廠規劃的核心環節，企業需要根據生產線要生產的產品族、產能和生產節拍，采用價值流圖等方法來合理規劃智能產線。

智能產線的特點是：

1）在生產和裝配的過程中，能夠通過傳感器、數控系統或RFID自動進行生產、質量、能耗、設備績效（OEE）等數據采集，并通過電子看板顯示實時的生產狀態，能夠防呆防錯；

2）通過安燈系統實現工序之間的協作；

3）生產線能夠實現快速換模，實現柔性自動化；

4）能夠支持多種相似產品的混線生產和裝配，靈活調整工藝，適應小批量、多品種的生產模式；

5）具有一定冗余，如果生產線上有設備出現故障，能夠調整到其他設備生產；

6）針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示，并充分利用人機協作。

設計智能產線需要考慮如何節約空間，如何減少人員的移動，如何進行自動檢測，從而提高生產效率和生產質量。

企業建立新工廠非常強調少人化，因此要分析哪些工位應用自動化設備及機器人，哪些工位采用人工。對于重復性強、變化少的工位盡可能采用自動化設備，反之則采用人工工位。

精益生產

精益生產的核心思想是消除一切浪費，確保工人以最高效的方式進行協作。很多制造企業采取按訂單生產或按訂單設計，滿足小批量、多品種的生產模式。智能工廠需要實現零部件和原材料的準時配送，成品和半成品按照訂單的交貨期進行及時生產，建立生產現場的電子看板，通過拉動方式組織生產，采用安東系統及時發現和解決生產過程中出現的異常問題。同時，推進目視化、快速換模。很多企業采用了U型的生產線和組裝線，建立了智能制造單元。推進精益生產是一個持續改善的長期過程，要與信息化和自動化的推進緊密結合。

制造執行系統

MES（制造執行系統）是智能工廠規劃落地的著力點，MES是面向車間執行層的生產信息化管理系統，上接ERP系統，下接現場的PLC程控器、數據采集器、條形碼、檢測儀器等設備。MES旨在加強MRP計劃的執行功能，貫徹落實生產策劃，執行生產調度，實時反饋生產進展。

1）面向生產一線工人：指令做什么、怎么做、滿足什么標準，什么時候開工，什么時候完工，使用什么工具等等；記錄“人、機、料、法、環、測”等生產數據，建立可用于產品追溯的數據鏈；反饋進展、反饋問題、申請支援、拉動配合等；

2）面向班組：發揮基層班組長的管理效能，班組任務管理和派工；

3）面向一線生產保障人員：確保生產現場的各項需求，如料、工裝刀量具的配送，工件的周轉等等。

為提高產品準時交付率、提升設備效能、減少等待時間，MES系統需導入生產作業排程功能，為生產計劃安排和生產調度提供輔助工具，提升計劃的準確性。

工廠智能物流

推進智能工廠建設，生產現場的智能物流十分重要，尤其是對于離散制造企業。智能工廠規劃時，要盡量減少無效的物料搬運。根據每個客戶訂單集中配貨，并通過RGV配送到裝配線，消除了線邊倉。離散制造企業在兩道工序之間可以采用帶有導軌的工業機器人、桁架式機械手等方式來傳遞物料，還可以采用AGV、RGV（有軌穿梭車）或者懸掛式輸送鏈等方式傳遞物料。在車間現場還需要根據前后道工序之間產能的差異，設立生產緩沖區。立體倉庫和輥道系統的應用，也是企業在規劃智能工廠時，需要進行系統分析的問題。

設備管理

設備是生產要素，發揮設備的效能（OEE—設備綜合效率）是智能工廠生產管理的基本要求，OEE的提升標志產能的提高和成本的降低。生產管理信息系統需設置設備管理模塊，使設備釋放出最高的產能，通過生產的合理安排，使設備尤其是關鍵、瓶頸設備減少等待時間。在設備管理模塊中，要建立各類設備數據庫，設置編碼，及時對設備進行維保；通過實時采集設備狀態數據，為生產排產提供設備的能力數據；企業應建立設備的健康管理檔案，根據積累的設備運行數據建立故障預測模型，進行預測性維護，最大限度地減少設備的非計劃性停機；要進行設備的備品備件管理。

能源管理

為了降低智能工廠的綜合能耗，提高勞動生產率，特別是對于高能耗的用電單元，進行能源管理是非常有必要的。采集能耗監測點（烘箱、變配電、照明、空調、電梯和重點設備）的能耗和運行信息，形成能耗的分類、分項、分區域統計分析，可以對能源進行統一調度、優化能源介質平衡，達到優化使用能源的目的。同時，通過采集重點設備的實時能耗，還可以準確知道設備的運行狀態（關機、開機還是在加工），從而自動計算OEE。通過感知設備能耗的突發波動，還可以預測刀具和設備故障。此外，企業也可以考慮在工廠的屋頂部署光伏系統，提供部分能源，對烘箱、澆注設備、空調系統等耗能設備進行重點監控，對于非生產時間的能耗進行追溯，對生產線每個工位的能耗進行檢測，將節能的責任分配到班組，從而節約能源。