打造中國版“智能工廠”，中國工業(yè)企業(yè)在行動

本刊記者/宋慧欣

打造中國版“智能工廠”，中國工業(yè)企業(yè)在行動

本刊記者/宋慧欣

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動應(yīng)用等新一輪信息技術(shù)的發(fā)展，全球化工業(yè)革命開始提上日程，工業(yè)轉(zhuǎn)型開始進(jìn)入實(shí)質(zhì)階段。2015年《中國制造2025》戰(zhàn)略的出臺，表明國家開始積極行動起來，把握新一輪發(fā)展機(jī)遇實(shí)現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)型。智能工廠作為工業(yè)智能化發(fā)展的重要實(shí)踐模式，已經(jīng)引發(fā)行業(yè)的廣泛關(guān)注，中國工業(yè)企業(yè)也正在積極行動起來。

智能工廠核心架構(gòu)

當(dāng)前，信息化最先進(jìn)的美國、制造業(yè)最強(qiáng)的德國、制造業(yè)最大的中國在各自的國家戰(zhàn)略中都提出了工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、《中國制造2025》等戰(zhàn)略，并成為熱門話題。德國工業(yè)4.0是立足機(jī)械制造、自動化工業(yè)、工業(yè)軟件等領(lǐng)域的優(yōu)勢，基于CPS信息物理系統(tǒng)，在智能工廠與智能生產(chǎn)兩個方向展開研究；而美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基于美國全球領(lǐng)先的互聯(lián)網(wǎng)等IT技術(shù)，通過CPS信息物理系統(tǒng)，最終目的是實(shí)現(xiàn)“再工業(yè)化”；中國《中國制造2025》明確指出了“以信息化與工業(yè)化深度融合為主線”，重點(diǎn)發(fā)展新一代信息技術(shù)、航空航天裝備等十大領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)中國由制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。三個國家的戰(zhàn)略側(cè)重點(diǎn)不同，但聚焦點(diǎn)卻是相同的，那就是基于CPS信息物理系統(tǒng)的智能工廠。因此，通過底層設(shè)備的互聯(lián)互通、基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持、可視化展現(xiàn)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)智能化的生產(chǎn)過程的管理與控制，最終建設(shè)成智能生產(chǎn)的智能工廠，這就是中國制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的突破口與落腳點(diǎn)。

在德國的工業(yè)4.0規(guī)劃中，智能工廠的核心建構(gòu)包括三個層面：

其一，建設(shè)信息物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（CPS），CPS是英文Cyber Physical System的縮寫，就是指物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物理設(shè)備具有計算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級計算能力有效地運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過程中，與設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

其二，實(shí)現(xiàn)三個集成，工業(yè)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(yè)4.0將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過CPS形成一個智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對端的高度集成，集成是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

其三，大數(shù)據(jù)分析利用。“工業(yè)4.0”時代，制造企業(yè)的數(shù)據(jù)將會呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢。隨著信息物理系統(tǒng)（CPS）的推廣、智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會帶來無所不在的感知和無所不在的連接，所有的生產(chǎn)裝備、感知設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會滲透到企業(yè)運(yùn)營、價值鏈乃至產(chǎn)品的整個生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。

智能工廠的積極探索

顯然，要實(shí)現(xiàn)理想中的智能工廠不是一蹴而就的事情，尤其對于基礎(chǔ)自動化水平參差不齊的中國工業(yè)來說可謂任重而道遠(yuǎn)。然而面對席卷而來的第四次工業(yè)浪潮，一方面緣于《中國制造2025》及相關(guān)鼓勵政策的激勵效應(yīng)，另一方面緣于為應(yīng)對全球化的市場競爭，制造企業(yè)為提升自身競爭力而對于轉(zhuǎn)型升級的內(nèi)在需求，我們欣喜地看到中國工業(yè)企業(yè)對于智能工廠實(shí)踐的探索已鋪展開來。

2015年初海爾向業(yè)界展示了其率先建成的全球首個家電行業(yè)智能互聯(lián)工廠——沈陽冰箱工廠，通過打造自動化、智能化生產(chǎn)線，搭建信息化、數(shù)字化信息系統(tǒng)，率先形成企業(yè)與用戶需求數(shù)據(jù)無縫對接的智能化制造體系，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外互聯(lián)、信息互聯(lián)、虛實(shí)互聯(lián)三大互聯(lián)，滿足用戶個性化、碎片化需求。該工廠最典型的信息互聯(lián)案例就是U殼智能配送線。該配送線顛覆傳統(tǒng)的工裝車運(yùn)輸方式，在行業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了在無人配送的情況下，點(diǎn)對點(diǎn)精準(zhǔn)匹配生產(chǎn)和全自動即時配送。在這里，傳統(tǒng)的100多米長的生產(chǎn)線被4條18米長的智能化生產(chǎn)線所替代，幾百個零部件被優(yōu)化成十幾個主要模塊，這些模塊可根據(jù)用戶不同需求進(jìn)行快速任意組裝。目前沈陽工廠可支持9個平臺500個型號的柔性大規(guī)模定制，人員配置減少57%，單線產(chǎn)能提升了80%，單位面積產(chǎn)出提升了100%，定單交付周期降低了47%，成為全球生產(chǎn)節(jié)拍最快的冰箱工廠。

無獨(dú)有偶，中國另一家電巨頭——海信也在智能工廠建設(shè)方面引人關(guān)注。在海信的黃島電視工廠里，AGV小車來回穿梭于庫房與線體間，機(jī)器人、機(jī)械手和自動化專機(jī)高效精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配、檢測、包裝，成品經(jīng)自動分揀、碼垛、覆膜后，由AGV自動運(yùn)送到指定的貨位。整個生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品所需物料、部件與整機(jī)條碼關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品到原材料（供應(yīng)商、生產(chǎn)批次）的質(zhì)量信息雙向追溯。通過自動化與信息化的深度融合，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中的物料信息自動采集，以BOM為基準(zhǔn)調(diào)整條碼規(guī)范，MES系統(tǒng)自動防錯，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性與作業(yè)效率；MES與WMS系統(tǒng)交互，根據(jù)線體工序節(jié)拍，明確原材料備料指令，發(fā)送給AGV控制系統(tǒng)，結(jié)合RFID標(biāo)簽、RF手持，實(shí)現(xiàn)高效、自動送料至線體工位的閉環(huán)管理。在智能工廠建設(shè)方面，海信已建立以主計劃為中心的IOT（物聯(lián)網(wǎng)），通過MPS、PLM、SRM、MES、WMS、CRM等信息系統(tǒng)的高度集成，搭建完整的SCM信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同。

作為我國裝備制造業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，三一重工的“智能化”之路也同樣先人一步。2011年，三一在長沙投入建設(shè)的18號廠房是亞洲最大的智能化制造車間，這是三一工業(yè)信息化建設(shè)的一個典范。在這里，廠房更像是一個大型計算系統(tǒng)加上傳統(tǒng)的操作工具、大型生產(chǎn)設(shè)備的智慧體，每一次生產(chǎn)過程、每一次質(zhì)量檢測、每一個工人勞動量都記錄在案。裝配區(qū)、高精機(jī)加區(qū)、結(jié)構(gòu)件區(qū)、立庫區(qū)等幾大主要功能區(qū)域都是智能化、數(shù)字化模式的產(chǎn)物。18號廠房創(chuàng)造了一小時下線一臺泵車的“三一速度”。而之后建立的臨港產(chǎn)業(yè)園，更是創(chuàng)造了5分鐘下線一臺挖機(jī)的速度。目前，數(shù)字化工廠技術(shù)已在三一十幾個業(yè)務(wù)單位得到應(yīng)用，助推了公司生產(chǎn)模式的變革，三一的數(shù)字工廠也因此獲得“智慧工廠”的美譽(yù)。另外值得一提的是，三一通過自主開發(fā)的信息系統(tǒng)ECC全球企業(yè)控制中心，完成企業(yè)與設(shè)備終端的聯(lián)系，率先在業(yè)內(nèi)開啟物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。ECC可以控制設(shè)備、就近派工服務(wù)，同時采集油耗、安全等信息，客戶關(guān)系管理自動化已基本實(shí)現(xiàn)。未來，三一將更多利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算、虛擬整合、3D打印、機(jī)器人等前沿技術(shù)，提升公司智能制造及運(yùn)營能力。三一希望通過自身的實(shí)踐，帶動整個行業(yè)的智能化升級，帶動全球智能制造裝備企業(yè)協(xié)同發(fā)展，締造中國首個“工業(yè)4.0”示范區(qū)。

而在流程行業(yè)，2012年開始，九江石化開始智能工廠試點(diǎn)建設(shè)，經(jīng)過3年努力，他們建成投用集中集成平臺、應(yīng)急指揮平臺和三維數(shù)字化平臺等公共服務(wù)平臺，裝置數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)高速化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用集成化、感知實(shí)時化的智能工廠框架初步形成。截至目前，智能工廠已有22個子項目上線或試運(yùn)行，其中，企業(yè)4G無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能立體倉庫、全流程一體化優(yōu)化平臺等一系列先進(jìn)技術(shù)，均是煉化企業(yè)中首次使用。在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，九江石化的生產(chǎn)流程正在從“制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸窃臁保簬资f個數(shù)據(jù)的處理結(jié)果可以清楚掌握生產(chǎn)流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工干預(yù)、即時正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理編排生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)進(jìn)度。工業(yè)化與信息化深度融合效果正逐步顯現(xiàn)。九江石化已連續(xù)5年被評為集團(tuán)公司安全生產(chǎn)先進(jìn)單位；主要污染物排放指標(biāo)邁入行業(yè)領(lǐng)先水平；加工噸原油邊際效益在行業(yè)內(nèi)排名逐年上升。與此同時，管理效率大幅提升，在生產(chǎn)裝置大幅增加的情況下，公司員工總數(shù)減少12%，班組數(shù)量減少13%。

建設(shè)智能工廠是當(dāng)今制造業(yè)積極努力的一個方向，但智能工廠沒有統(tǒng)一的概念，也沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因此，如何建設(shè)適合中國工業(yè)企業(yè)的智能工廠仍是我們需要在實(shí)踐中思索和探討的。本期專題策劃，本刊就邀請了多位專家和企業(yè)從不同角度探討“智能工廠”發(fā)展之路，展現(xiàn)智能工廠優(yōu)秀實(shí)踐案例。