智能制造是什么？

這個問題很難有一個完美而通用的解答，對于不同階段、不同規(guī)模的企業(yè)，智能制造都有不同的含義，它既可以代表了自動化和數字化生產，也可以代表了對生產流程的智能化改造。

不過幸運的是，國家在對“智能制造”的支持上并沒有太厚此薄彼，無論是各類技術改造項目，都有機會獲得國家提供的補貼。在這件事上，可以看出政府對于實現(xiàn)“中國制造2025”的決心，同時也可以發(fā)現(xiàn)，到2020年，智能制造行業(yè)一定會進入一個快速發(fā)展期。

按照兩部門聯(lián)合下發(fā)的申報通知，2018年省先進制造業(yè)發(fā)展專項資金企業(yè)技術改造項目支持重點為新產品開發(fā)、節(jié)能降耗、“兩化”融合。資金采取事后獎補方式，對企業(yè)技術改造項目的設備、研發(fā)投入，按照實際完成投資額（以發(fā)票為準）給予不高于30%的補助，最高不超過1000萬元。

2018年省先進制造業(yè)發(fā)展專項資金（中小企業(yè)類）項目主要支持中小企業(yè)公共服務（示范）平臺以及小型微型企業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新示范基地發(fā)展壯大，鼓勵服務平臺為中小企業(yè)提供服務。支持方式為事后獎補，同時，綜合考慮其服務中小企業(yè)數量、服務成效等因素，單個項目補助資金一般不超過300萬元。

2018年省先進制造業(yè)發(fā)展專項資金（智能化改造類）支持重點為智能車間、智能工廠和“兩化”融合。采取事后獎補方式，對企業(yè)（項目）直接進行補助，其中智能車間、智能工廠補助額度為已完成軟硬件投資額（以合同和發(fā)票為準）的8%，單個企業(yè)補助資金不超過1000萬元。“兩化”融合補助額度為不高于項目已完成設計、研發(fā)、生產、檢測、監(jiān)測等設備采購，軟件采購和技術投資，平臺建設和升級改造投資額（以合同和發(fā)票為準）的30%，單個項目補助資金不超過1000萬元。

建設智能工廠的方向

智能工廠具有以下六個顯著特征：

① 設備互聯(lián)。能夠實現(xiàn)設備與設備互聯(lián)（M2M），通過與設備控制系統(tǒng)集成，以及外接傳感器等方式，由SCADA（數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)）實時采集設備的狀態(tài)，生產完工的信息、質量信息，并通過應用RFID（無線射頻技術）、條碼（一維和二維）等技術，實現(xiàn)生產過程的可追溯。

② 廣泛應用工業(yè)軟件。廣泛應用MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、APS（先進生產排程）、能源管理、質量管理等工業(yè)軟件，實現(xiàn)生產現(xiàn)場的可視化和透明化。在新建工廠時，可以通過數字化工廠仿真軟件，進行設備和產線布局、工廠物流、人機工程等仿真，確保工廠結構合理。在推進數字化轉型的過程中，必須確保工廠的數據安全和設備和自動化系統(tǒng)安全。在通過專業(yè)檢測設備檢出次品時，不僅要能夠自動與合格品分流，而且能夠通過SPC（統(tǒng)計過程控制）等軟件，分析出現(xiàn)質量問題的原因。

③ 充分結合精益生產理念。充分體現(xiàn)工業(yè)工程和精益生產的理念，能夠實現(xiàn)按訂單驅動，拉動式生產，盡量減少在制品庫存，消除浪費。推進智能工廠建設要充分結合企業(yè)產品和工藝特點。在研發(fā)階段也需要大力推進標準化、模塊化和系列化，奠定推進精益生產的基礎。

④ 實現(xiàn)柔性自動化。結合企業(yè)的產品和生產特點，持續(xù)提升生產、檢測和工廠物流的自動化程度。產品品種少、生產批量大的企業(yè)可以實現(xiàn)高度自動化，乃至建立黑燈工廠；小批量、多品種的企業(yè)則應當注重少人化、人機結合，不要盲目推進自動化，應當特別注重建立智能制造單元。工廠的自動化生產線和裝配線應當適當考慮冗余，避免由于關鍵設備故障而停線；同時，應當充分考慮如何快速換模，能夠適應多品種的混線生產。物流自動化對于實現(xiàn)智能工廠至關重要，企業(yè)可以通過AGV、行架式機械手、懸掛式輸送鏈等物流設備實現(xiàn)工序之間的物料傳遞，并配置物料超市，盡量將物料配送到線邊。質量檢測的自動化也非常重要，機器視覺在智能工廠的應用將會越來越廣泛。此外，還需要仔細考慮如何使用助力設備，減輕工人勞動強度。

⑤ 注重環(huán)境友好，實現(xiàn)綠色制造。能夠及時采集設備和產線的能源消耗，實現(xiàn)能源高效利用。在危險和存在污染的環(huán)節(jié)，優(yōu)先用機器人替代人工，能夠實現(xiàn)廢料的回收和再利用。

⑥ 可以實現(xiàn)實時洞察。從生產排產指令的下達到完工信息的反饋，實現(xiàn)閉環(huán)。通過建立生產指揮系統(tǒng)，實時洞察工廠的生產、質量、能耗和設備狀態(tài)信息，避免非計劃性停機。通過建立工廠的Digital Twin（數字映射），方便地洞察生產現(xiàn)場的狀態(tài)，輔助各級管理人員做出正確決策。

僅有自動化生產線和工業(yè)機器人的工廠，還不能稱為智能工廠。智能工廠不僅生產過程應實現(xiàn)自動化、透明化、可視化、精益化，而且，在產品檢測、質量檢驗和分析、生產物流等環(huán)節(jié)也應當與生產過程實現(xiàn)閉環(huán)集成。一個工廠的多個車間之間也要實現(xiàn)信息共享、準時配送和協(xié)同作業(yè)。

智能工廠的建設充分融合了信息技術、先進制造技術、自動化技術、通信技術和人工智能技術。每個企業(yè)在建設智能工廠時，都應該考慮如何能夠有效融合這五大領域的新興技術，與企業(yè)的產品特點和制造工藝緊密結合，確定自身的智能工廠推進方案。

如何建設智能工廠的體系架構

著名業(yè)務流程管理專家August-Wilhelm Scheer教授提出的智能工廠框架強調了MES系統(tǒng)在智能工廠建設中的樞紐作用。

智能工廠可以分為基礎設施層、智能裝備層、智能產線層、智能車間層和工廠管控層五個層級：

① 基礎設施層

企業(yè)首先應當建立有線或者無線的工廠網絡，實現(xiàn)生產指令的自動下達和設備與產線信息的自動采集；形成集成化的車間聯(lián)網環(huán)境，解決不同通訊協(xié)議的設備之間，以及PLC、CNC、機器人、儀表、傳感器和工控/IT系統(tǒng)之間的聯(lián)網問題；利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對車間的環(huán)境，人員行為進行監(jiān)控、識別與報警；此外，工廠應當在溫度、濕度、潔凈度的控制和工業(yè)安全（包括工業(yè)自動化系統(tǒng)的安全、生產環(huán)境的安全和人員安全）等方面達到智能化水平。

② 智能裝備層

智能裝備是智能工廠運作的重要手段和工具。智能裝備主要包含智能生產設備、智能檢測設備和智能物流設備。制造裝備在經歷了機械裝備到數控裝備后，目前正在逐步向智能裝備發(fā)展。智能化的加工中心具有誤差補償、溫度補償等功能，能夠實現(xiàn)邊檢測、邊加工。工業(yè)機器人通過集成視覺、力覺等傳感器，能夠準確識別工件，自主進行裝配，自動避讓人，實現(xiàn)人機協(xié)作。金屬增材制造設備可以直接制造零件，DMG MORI已開發(fā)出能夠實現(xiàn)同時實現(xiàn)增材制造和切削加工的混合制造加工中心。智能物流設備則包括自動化立體倉庫、智能夾具、AGV、桁架式機械手、懸掛式輸送鏈等。例如，F(xiàn)anuc工廠就應用了自動化立體倉庫作為智能加工單元之間的物料傳遞工具。

③ 智能產線層

智能產線的特點是，在生產和裝配的過程中，能夠通過傳感器、數控系統(tǒng)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(tài)；通過安燈系統(tǒng)實現(xiàn)工序之間的協(xié)作；生產線能夠實現(xiàn)快速換模，實現(xiàn)柔性自動化；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；具有一定冗余，如果生產線上有設備出現(xiàn)故障，能夠調整到其他設備生產；針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示。

④ 智能車間層

要實現(xiàn)對生產過程進行有效管控，需要在設備聯(lián)網的基礎上，利用制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、先進生產排產（APS）、勞動力管理等軟件進行高效的生產排產和合理的人員排班，提高設備利用率（OEE），實現(xiàn)生產過程的追溯，減少在制品庫存，應用人機界面（HMI），以及工業(yè)平板等移動終端，實現(xiàn)生產過程的無紙化。另外，還可以利用Digital Twin（數字映射）技術將MES系統(tǒng)采集到的數據在虛擬的三維車間模型中實時地展現(xiàn)出來，不僅提供車間的VR（虛擬現(xiàn)實）環(huán)境，而且還可以顯示設備的實際狀態(tài)，實現(xiàn)虛實融合。

車間物流的智能化對于實現(xiàn)智能工廠至關重要。企業(yè)需要充分利用智能物流裝備實現(xiàn)生產過程中所需物料的及時配送。企業(yè)可以用DPS系統(tǒng)（Digital Picking System）實現(xiàn)物料揀選的自動化。

⑤ 工廠管控層

工廠管控層主要是實現(xiàn)對生產過程的監(jiān)控，通過生產指揮系統(tǒng)實時洞察工廠的運營，實現(xiàn)多個車間之間的協(xié)作和資源的調度。流程制造企業(yè)已廣泛應用DCS或PLC控制系統(tǒng)進行生產管控，近年來，離散制造企業(yè)也開始建立中央控制室，實時顯示工廠的運營數據和圖表，展示設備的運行狀態(tài)，并可以通過圖像識別技術對視頻監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)的問題進行自動報警。

智能改造案例

德國博世洪堡工廠

互聯(lián)網+二手市場互聯(lián)網+食品互聯(lián)網+外貿互聯(lián)網+家居互聯(lián)網+家電互聯(lián)網+超市互聯(lián)網+購物中心互聯(lián)網+百貨互聯(lián)網+新聞互聯(lián)網+娛樂電子政務網絡視頻。

作為全球第一大汽車技術供應商，博世的汽車剎車系統(tǒng)在市場上有相當的實力。博世洪堡工廠，作為博世公司旗下智能工廠的代表，其生產線的特殊之處在于，所有零件都有一個獨特的射頻識別碼，能同沿途關卡自動“對話”。每經過一個生產環(huán)節(jié)，讀卡器會自動讀出相關信息，反饋到控制中心進行相應處理，從而提高整個生產效率。在洪堡工廠引入的射頻碼系統(tǒng)需幾十萬歐元，但由于庫存減少30%，生產效率提高10%，由此可節(jié)省上千萬歐元的成本。獨立的射頻碼給博世公司旗下工廠的20多條生產線帶來了低成本高效率的回報。而這種讓每個零件都能說話的技術，也是智能工廠的重要體現(xiàn)形式。

中國石化九江石化智能工廠

在工業(yè)4.0的風潮下，中國在此方面也并非完全無所作為。九江石化作為中國的第一家智能工廠試點，為實現(xiàn)可視化、實時化、智能化的生產和管理要求，與華為進行戰(zhàn)略合作，在信息通信、生產協(xié)作、智能管理等領域開展廣泛合作，共同打造世界一流智能工廠的基礎設施。

基于華為在通信和數據信息方面的技術實力，完成了工廠LTE無線寬帶網絡、調度系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、存儲、巡檢終端等設備的布局。雖然，目前工廠還未達到工業(yè)4.0所要求的智能工廠的運營標準，但在未來，依靠華為在大數據，云計算方面的技術優(yōu)勢，九江石化將建設一個云數據中心，實現(xiàn)虛擬化、云計算等IT智能化管理，進一步節(jié)省能源消耗率，提升資源利用率，實現(xiàn)更智能化的運營。

德國安貝格西門子智能工廠

作為工業(yè)4.0概念的提出者，德國也是第一個實踐智能工廠的國家。位于德國巴伐利亞州東部城市安貝格的西門子工廠就是德國政府、企業(yè)、大學以及研究機構合力研發(fā)全自動、基于互聯(lián)網智能工廠的早期案例。占地10萬平方米的廠房內，員工僅有1000名，近千個制造單元僅通過互聯(lián)網進行聯(lián)絡，大多數設備都在無人力操作狀態(tài)下進行挑選和組裝。最令人驚嘆的是，在安貝格工廠中，每100萬件產品中，次品約為15件，可靠性達到99%，追溯性更是達到100%。這樣的智能工廠能夠讓產品完全實現(xiàn)自動化生產，堪稱智能工廠的典范！