基于“中國(guó)制造2025”的工廠布局優(yōu)化SLP法新路徑

（湖南工業(yè)大學(xué) 物流工程研究所，湖南 株洲 412007）

1 引言

傳統(tǒng)的制造企業(yè)都是面向推式訂單生產(chǎn)，設(shè)施設(shè)備都是基于大批量流水式生產(chǎn)模式進(jìn)行布局，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、定制化的需求。在第四次工業(yè)技術(shù)革命下，各國(guó)相繼提出了制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，其中廣受關(guān)注的是德國(guó)“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”，兩者最終目標(biāo)都指向智能制造體系[1]。制造企業(yè)需要重新設(shè)計(jì)自己的生產(chǎn)體系，對(duì)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行重組，直面消費(fèi)者需求，通過(guò)升級(jí)成智能制造生產(chǎn)模式，生產(chǎn)出符合消費(fèi)者個(gè)性化需求的產(chǎn)品，使企業(yè)在面對(duì)全球化沖擊時(shí)依舊具有極大競(jìng)爭(zhēng)力。智能制造已經(jīng)成為國(guó)際制造業(yè)的潮流，據(jù)中投顧問(wèn)發(fā)布的《2016-2020年中國(guó)制造行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》預(yù)測(cè)，我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)年復(fù)合增長(zhǎng)率約為20%，到2020年產(chǎn)值有望超過(guò)30 000億元。智能制造在未來(lái)制造業(yè)發(fā)展中扮演重要角色，智能工廠作為智能制造的載體，對(duì)智能工廠進(jìn)行優(yōu)化布局具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 問(wèn)題引出

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)引導(dǎo)的新一輪技術(shù)革命給制造業(yè)帶來(lái)了沖擊，為了更快的完成制造業(yè)變革，建立設(shè)備和信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互動(dòng)協(xié)同體系，使生產(chǎn)工藝流程滿足柔性化需求，達(dá)到個(gè)性化生產(chǎn)、全球化定制的生產(chǎn)目標(biāo)，各國(guó)相繼提出了長(zhǎng)期制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)戰(zhàn)略。

2.1 全面認(rèn)識(shí)“中國(guó)制造2025”

要說(shuō)“中國(guó)制造2025”，必然無(wú)法回避德國(guó)“工業(yè)4.0”。在某種意義上說(shuō)，“工業(yè)4.0”是“中國(guó)制造2025”的母版。不同的是，“工業(yè)4.0”立足德國(guó)實(shí)際，在保持世界制造業(yè)“領(lǐng)頭羊”地位的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)推進(jìn)制造業(yè)向“智能化”制造轉(zhuǎn)型，包括構(gòu)建“智能工廠”與組織“智能生產(chǎn)”，以使德國(guó)繼續(xù)在第四次工業(yè)革命中處于優(yōu)勢(shì)地位，從而進(jìn)一步提升德國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。在“工業(yè)4.0”中，由于智能工廠的出現(xiàn)，端到端的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)可以更好地服務(wù)于創(chuàng)造智能產(chǎn)品、程序和過(guò)程，能夠管理復(fù)雜的事物，進(jìn)而更高效地制造產(chǎn)品。在“工業(yè)4.0”時(shí)代，人與技術(shù)的持續(xù)互動(dòng)成為可能，人將更多地作為一個(gè)變量而不是一個(gè)常量參與到生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，每個(gè)生產(chǎn)者都有可能為個(gè)性化產(chǎn)品的最終形態(tài)提供創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，而不再只是機(jī)械地將少數(shù)創(chuàng)新者的設(shè)計(jì)變成產(chǎn)品。

而“中國(guó)制造2025”則在面向未來(lái)、直面“工業(yè)4.0”趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國(guó)目前制造業(yè)的發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距的現(xiàn)狀，率先推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)從新一代信息技術(shù)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車(chē)、電力裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械、農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備等十大領(lǐng)域進(jìn)行突破式發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面、全盤(pán)推進(jìn)、整體發(fā)展。

2.2 制造業(yè)智能制造的發(fā)展

現(xiàn)如今我國(guó)大多數(shù)制造企業(yè)工業(yè)化發(fā)展水平處于工業(yè)2.0-3.0階段，但海爾、富士康等企業(yè)緊跟大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展步伐逐步向互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)4.0邁進(jìn)。從2015年開(kāi)始我國(guó)就開(kāi)展了智能制造試點(diǎn)示范工作，推動(dòng)我國(guó)智能制造發(fā)展，2016年遴選了超60個(gè)項(xiàng)目，2017年遴選了97個(gè)項(xiàng)目，2018年我國(guó)年內(nèi)遴選項(xiàng)目超過(guò)100個(gè)。一系列的智能制造政策和相關(guān)措施的出臺(tái)，已產(chǎn)生了積極作用，正在加速提升智能制造水平。這不但確保了我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的目標(biāo)能夠順利實(shí)現(xiàn)，也讓智能制造成為全新的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇和經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)能。

智能制造作為制造業(yè)的一種全新生產(chǎn)模式，會(huì)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、高端裝備制造、個(gè)性化制造、自動(dòng)化等制造業(yè)領(lǐng)域起到巨大的促進(jìn)作用。智能工廠是制造業(yè)進(jìn)行智能制造的載體，無(wú)論是從技術(shù)應(yīng)用層面還是工程實(shí)現(xiàn)層面，合理的智能工廠布局是確保精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)實(shí)體制造的關(guān)鍵因素，對(duì)保證制造企業(yè)進(jìn)行高效無(wú)誤的智能制造產(chǎn)品具有重大意義。

2.3 文獻(xiàn)綜述

“中國(guó)制造2025”是在新一輪技術(shù)革命給我國(guó)制造業(yè)帶來(lái)沖擊下提出來(lái)的轉(zhuǎn)型升級(jí)戰(zhàn)略，其中智能化是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù),應(yīng)該作為中國(guó)制造2025的制高點(diǎn)、突破口和主攻方向[2]。不少學(xué)者就我國(guó)制造業(yè)向智能制造發(fā)展、搭建智能工廠進(jìn)行了研究。

從制造業(yè)發(fā)展角度，Erol S指出雖然人們意識(shí)到智能工廠基于生產(chǎn)技術(shù)和商業(yè)模式技術(shù)的進(jìn)步，但是人們感知到的復(fù)雜性和抽象性，阻礙了其迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)實(shí)踐，他提出了一種基于情景的方法來(lái)學(xué)習(xí)未來(lái)生產(chǎn)，其學(xué)習(xí)場(chǎng)景以未來(lái)生產(chǎn)工程的問(wèn)題為導(dǎo)向[3]。王媛媛提出可以構(gòu)建一個(gè)“國(guó)家智能制造發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力指標(biāo)體系”，運(yùn)用定量分析的方法對(duì)指標(biāo)的權(quán)重以及國(guó)家智能制造競(jìng)爭(zhēng)力指數(shù)進(jìn)行確定和分析，用科學(xué)的框架評(píng)估各主要國(guó)家智能制造發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)力水平，對(duì)當(dāng)前主要國(guó)家（美、德、日、歐）智能制造戰(zhàn)略進(jìn)行分析，研究我國(guó)智能制造可持續(xù)發(fā)展的路徑[4]。肖靜華指出大數(shù)據(jù)是智能工廠構(gòu)建虛擬制造平臺(tái)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)源，是成為驅(qū)動(dòng)智能工廠精準(zhǔn)執(zhí)行的關(guān)鍵因素，構(gòu)建了互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)智能制造體系概念模型和管理理論研究框架，提出通過(guò)實(shí)施智能制造設(shè)備的追隨與智能制造應(yīng)用知識(shí)管理差異化的二元競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略來(lái)推動(dòng)制造業(yè)智能制造發(fā)展進(jìn)程[5]。從技術(shù)應(yīng)用層面，Lee J提出了制造系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)的5C架構(gòu)，包括彈性控制系統(tǒng)（RCS）、決策支持系統(tǒng)(DSS)、網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）、預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)（PHM）、狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（CMS），為制造業(yè)提供了一個(gè)可行的指導(dǎo)方針[6]。Sipsas K提出一個(gè)基于流水線生產(chǎn)環(huán)境感知的智能協(xié)作系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中為線路操作人員和維護(hù)人員提供決策支持，并且該系統(tǒng)已經(jīng)被證明支持汽車(chē)工業(yè)的維護(hù)場(chǎng)景，特別是它能使用知識(shí)庫(kù)和上下文數(shù)據(jù)的解決方案向正確的用戶提供特定的信息，減少花費(fèi)在維護(hù)上的時(shí)間[7]。張祖國(guó)提出應(yīng)將制造的預(yù)先研究、研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、制造生產(chǎn)、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、用戶服務(wù)集成到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)鏈中，形成全制造服務(wù)生命周期。同時(shí)構(gòu)造智能工廠系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)改進(jìn)企業(yè)業(yè)務(wù)總線和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，發(fā)布制造應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能工廠運(yùn)用支撐系統(tǒng)，也可彈性部署以支持不同規(guī)模的智能工廠，并通過(guò)案例予以闡明[8]。在具體工藝規(guī)劃領(lǐng)域，楊威提出了面向智能制造過(guò)程的規(guī)劃分級(jí)策略，根據(jù)零件的不同加工階段的特點(diǎn)及工藝信息的設(shè)計(jì)粒度需求，給出了網(wǎng)絡(luò)化的任務(wù)分級(jí)模型，建立了生產(chǎn)準(zhǔn)備資源與任務(wù)的映射關(guān)系，最后通過(guò)將構(gòu)建的生產(chǎn)準(zhǔn)備平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用于某煙草機(jī)械企業(yè)，驗(yàn)證了該策略及模型的正確性[9]。

然而，在“中國(guó)制造2025”國(guó)家級(jí)制造業(yè)戰(zhàn)略背景下，國(guó)內(nèi)關(guān)于搭建智能工廠、實(shí)行智能制造的研究主要側(cè)重于技術(shù)應(yīng)用、工程實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)政策領(lǐng)域，對(duì)智能工廠優(yōu)化布局的研究尚不多見(jiàn)，在利用改進(jìn)典型的優(yōu)化工廠布局的SLP法對(duì)智能工廠進(jìn)行布局方面的研究更加薄弱，本文由此入手,展開(kāi)研究。

3 “中國(guó)制造2025”對(duì)制造業(yè)與SLP法的要求

3.1 “中國(guó)制造2025”對(duì)制造業(yè)的新要求

中國(guó)作為工業(yè)大國(guó)，擁有類(lèi)型眾多、獨(dú)立的制造企業(yè)結(jié)構(gòu)，但是與世界先進(jìn)水平相比，我國(guó)制造業(yè)整體發(fā)展水平不高。在第四次工業(yè)革命信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的大環(huán)境下，基于CPS的智能裝備、智能工廠等被智能制造引領(lǐng)的制造方式變革對(duì)制造企業(yè)提出了新的轉(zhuǎn)型升級(jí)要求?！爸袊?guó)制造2025”要求制造業(yè)設(shè)備層向自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)型，各設(shè)備相互連通；信息層向互聯(lián)化進(jìn)步，加強(qiáng)信息之間的連接；技術(shù)層向網(wǎng)絡(luò)化方向升級(jí)；通過(guò)智能制造體系引導(dǎo)制造業(yè)變革。

（1）設(shè)備層自動(dòng)化。設(shè)備層自動(dòng)化是制造企業(yè)適應(yīng)“中國(guó)制造2025”新要求的物質(zhì)基礎(chǔ)。制造企業(yè)需要推動(dòng)擁有傳感器能夠進(jìn)行自我感知、自行決策、自動(dòng)行動(dòng)功能的工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等智能化設(shè)備在工廠中進(jìn)行合理布局，使其在工廠生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，利用面向智能自動(dòng)化裝備的生產(chǎn)線組裝技術(shù)設(shè)計(jì)出具有高度自動(dòng)化和柔性化的作業(yè)單元。設(shè)備自動(dòng)化是制造企業(yè)進(jìn)行智能加工、智能檢測(cè)質(zhì)量、智能排產(chǎn)的首要前提。設(shè)備層自動(dòng)化替代傳統(tǒng)的人力，提高了制造速度，降低了制造成本，滿足“中國(guó)制造2025”提出的加快智能制造裝備和產(chǎn)品在制造企業(yè)廣泛深度應(yīng)用的要求。

（2）信息層互聯(lián)化。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)能將制造企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與分析，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在制造企業(yè)中應(yīng)用能夠使人、設(shè)備、系統(tǒng)三者形成一個(gè)相互聯(lián)系的整體，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的生產(chǎn)全程信息交互無(wú)縫鏈接。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的信息獲取與數(shù)據(jù)通信；通過(guò)大數(shù)據(jù)與云計(jì)算，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中采集到的多種形式數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出有效數(shù)據(jù)，了解到每個(gè)工藝流程的具體操作，以便對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控與防誤控制，使整個(gè)制造企業(yè)的信息層處在相互連通全監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

（3）技術(shù)層網(wǎng)絡(luò)化。技術(shù)層網(wǎng)絡(luò)化集中體現(xiàn)在對(duì)智能設(shè)備或技術(shù)進(jìn)行管理的活動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)將智能生產(chǎn)工廠車(chē)間連成一個(gè)整體，通過(guò)視覺(jué)處理、情景感知、模式識(shí)別、自動(dòng)決策等關(guān)鍵技術(shù)集成，打造一個(gè)智能的生產(chǎn)過(guò)程管理平臺(tái)，使產(chǎn)品從零部件到成品的整個(gè)制造過(guò)程都處于智能監(jiān)控、智能管理狀態(tài)，加快實(shí)現(xiàn)人機(jī)智能交互，使人、設(shè)備與產(chǎn)品能夠隨時(shí)進(jìn)行信息交互聯(lián)通。技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化推動(dòng)制造工藝任務(wù)優(yōu)化布局，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程實(shí)時(shí)控制、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)決策、生產(chǎn)錯(cuò)誤自動(dòng)識(shí)別修正，推動(dòng)生產(chǎn)工藝優(yōu)化。

3.2 “中國(guó)制造2025”對(duì)SLP法的新要求

SLP法是工廠布局的常用方法，通過(guò)分析各工序之間物流相關(guān)性，來(lái)幫助確定作業(yè)單位的布局位置。但是在“中國(guó)制造2025”時(shí)代，工業(yè)生產(chǎn)將呈現(xiàn)前所未有的特征，真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的靈活性，極大提高生產(chǎn)效率和資源利用率，重新定義技術(shù)、生產(chǎn)與人的關(guān)系。制造流程不再是一家企業(yè)的單個(gè)行為，而將實(shí)現(xiàn)縱向集成。生產(chǎn)的上中下游之間的界限將更加模糊，智能工廠生產(chǎn)過(guò)程將充分利用端到端的工程數(shù)字化集成。人將不僅是技術(shù)與產(chǎn)品之間的中介，而更多地成為價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，并重新成為生產(chǎn)過(guò)程的中心。為了規(guī)劃出適應(yīng)智能制造體系、符合自動(dòng)化信息要求的智能工廠布局，傳統(tǒng)的SLP法已經(jīng)不能滿足上述需要，“中國(guó)制造2025”對(duì)工廠布局優(yōu)化SLP法提出了新的要求。

（1）柔性化生產(chǎn)單元。依托遍布工廠的互聯(lián)化技術(shù)，通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)收集到的信息進(jìn)行合理的分析預(yù)測(cè)，自動(dòng)化的設(shè)備能夠進(jìn)行自執(zhí)行決策、自執(zhí)行生產(chǎn)，使生產(chǎn)車(chē)間具有精確制造、敏捷制造的能力。但是為了滿足“中國(guó)制造2025”對(duì)制造企業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變的要求，制造企業(yè)需要對(duì)工廠設(shè)施與自動(dòng)化設(shè)備布局進(jìn)行重新規(guī)劃再設(shè)計(jì)，使傳統(tǒng)的剛性流水線生產(chǎn)工廠布局轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝曰a(chǎn)?？蛻魧?duì)個(gè)性化產(chǎn)品的需要使產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，相對(duì)的，制造業(yè)需要通過(guò)柔性化生產(chǎn)單元縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，快速響應(yīng)市場(chǎng)個(gè)性化、定制化的要求。

（2）人機(jī)智能交互。傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施基本采用設(shè)備到設(shè)備的通信模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備間的信息聯(lián)通，但是在信息傳遞中卻沒(méi)有考慮人的因素。智能生產(chǎn)系統(tǒng)將完成大部分的簡(jiǎn)單勞動(dòng)，人將從生產(chǎn)線上解放出來(lái)，不再是生產(chǎn)線上的“螺絲釘”。智能工廠里的員工不再是簡(jiǎn)單的操作工，而主要是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者和智能生產(chǎn)系統(tǒng)的操作者，需要極高的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。而在“中國(guó)制造2025”要求下，制造業(yè)的智能工廠在進(jìn)行信息通信時(shí)需要實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的智能化、即時(shí)化的無(wú)縫連接。所以在使用SLP法對(duì)工廠進(jìn)行布局時(shí)，應(yīng)該考慮人機(jī)交互的要求，使生產(chǎn)運(yùn)作中的信息在設(shè)備與人之間的傳遞趨于最優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率，加大信息處理的靈活性。

4 工廠布局優(yōu)化SLP新路徑研究

合理有效的工廠布局對(duì)提高企業(yè)的生產(chǎn)效率、降低成本起著重要作用，傳統(tǒng)的SLP法是當(dāng)前工廠布局設(shè)計(jì)的主流方法。在“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略環(huán)境下，利用SLP法優(yōu)化工廠布局有了新的路徑。將“中國(guó)制造2025”對(duì)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型要求和對(duì)SLP工廠布局新的要求相結(jié)合，利用自動(dòng)化設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、互聯(lián)化信息與SLP法配合，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)施布置進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。利用SLP法新路徑優(yōu)化后的工廠布局，能夠達(dá)到生產(chǎn)單元柔性化、縮短生產(chǎn)周期、布置變更應(yīng)對(duì)力強(qiáng)的目的，并使工作人員與自動(dòng)化設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中能夠進(jìn)行無(wú)障礙的連接及智能交互。

4.1 基于“中國(guó)制造2025”的工廠布局優(yōu)化SLP法

“中國(guó)制造2025”與SLP優(yōu)化工廠布局的新路徑模型如圖1所示。

圖1 “中國(guó)制造2025”與SLP法優(yōu)化工廠布局新路徑模型圖

（1）個(gè)性化需求分析。需求分析是企業(yè)制定戰(zhàn)略的重要依據(jù)，在現(xiàn)階段，不再是企業(yè)生產(chǎn)什么顧客就買(mǎi)什么的推式生產(chǎn)，而是顧客需要什么企業(yè)就生產(chǎn)什么的拉式生產(chǎn)。在“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”背景下，制造業(yè)在進(jìn)行工廠布局前，需要通過(guò)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)，合理預(yù)測(cè)顧客未來(lái)的需求，然后進(jìn)行工廠設(shè)施布局，使制造單元與顧客需求合理地協(xié)調(diào)。

（2）利用互聯(lián)化的信息進(jìn)行要素分析。傳統(tǒng)的要素分析依賴過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)，但是現(xiàn)階段消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的需求是多變的，客戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求使產(chǎn)品的具體種類(lèi)可能趨近于無(wú)限大，產(chǎn)品生產(chǎn)路線、生產(chǎn)時(shí)間安排在設(shè)備自動(dòng)化的條件下相應(yīng)的會(huì)發(fā)生很大改變，通過(guò)過(guò)去的生產(chǎn)數(shù)據(jù)很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)人們的需要。制造企業(yè)應(yīng)該適應(yīng)“中國(guó)制造2025”的新要求，利用大數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化所得到的信息進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)客戶的潛在需求，以此作為工廠布局的原始資料，才能幫助企業(yè)制定合理的工藝生產(chǎn)路線，優(yōu)化生產(chǎn)排產(chǎn)系統(tǒng)。

（3）自動(dòng)化設(shè)備與物流分析結(jié)合。自動(dòng)化的設(shè)備能夠加快生產(chǎn)速度，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，提高客戶滿意度。但是自動(dòng)化設(shè)備搬運(yùn)成本高，所以在對(duì)產(chǎn)品物流相關(guān)性進(jìn)行分析時(shí)，不僅要考慮現(xiàn)階段產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的物流強(qiáng)度，還要結(jié)合自動(dòng)化設(shè)備多功能的特點(diǎn)，考慮未來(lái)產(chǎn)品的工藝路線，對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理布局。

（4）互聯(lián)化技術(shù)與作業(yè)單位相關(guān)分析結(jié)合。物流分析是工廠布局的重要因素，但是工廠布局不能完全依賴于物流分析，在考慮作業(yè)單位之間的相對(duì)位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)分析其他因素對(duì)作業(yè)單位的影響。在“中國(guó)制造2025”要求下，制造業(yè)在布局時(shí)需要考慮人機(jī)智能交互問(wèn)題，才能更好的發(fā)揮智能制造的優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)行作業(yè)單位相互關(guān)系分析時(shí)，需要考慮各個(gè)技術(shù)運(yùn)作的空間，例如在進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程全程監(jiān)控時(shí)，需要考慮監(jiān)控室與各個(gè)作業(yè)單位之間的相互關(guān)系。在分析作業(yè)單位間相互關(guān)系時(shí)，除了考慮傳統(tǒng)的典型因素外，還需要考慮新興技術(shù)的影響，使工廠布局更加合理。

（5）系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)作業(yè)單位位置圖。根據(jù)上述分析，運(yùn)用仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)各個(gè)作業(yè)單位工作的三維立體模型，將大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)到的產(chǎn)品分解成工藝流程，設(shè)置系統(tǒng)設(shè)施布局模型的不同參數(shù)，包括生產(chǎn)流程、排產(chǎn)順序、物流節(jié)拍、等待時(shí)間等。

（6）運(yùn)行模擬仿真模型。在對(duì)系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)程序圖進(jìn)行分析后，提出備選方案，利用物流仿真對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行建模，并在電子計(jì)算機(jī)上編制相應(yīng)程序，模擬實(shí)物流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并統(tǒng)計(jì)分析得到結(jié)果。

（7）將備選方案進(jìn)行系統(tǒng)模擬仿真，輸出仿真報(bào)告，進(jìn)行比較，選擇出最優(yōu)方案，使在此工廠設(shè)施布局下，生產(chǎn)單元柔性化，人機(jī)能夠無(wú)縫智能交互，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程最優(yōu)化。

4.2 實(shí)例分析

Z市有制造企業(yè)A，其生產(chǎn)車(chē)間采用的是傳統(tǒng)的流水線式生產(chǎn)，布局如圖2所示。原料從原材料庫(kù)進(jìn)入不同生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，得到成品1、2、3。其中操作A1、A2、A3，操作D1、D2，操作 E1、E2、E3為相似操作，需要共用工人，人員需要在這幾個(gè)操作臺(tái)之間流動(dòng)。操作臺(tái)C、F為兩條生產(chǎn)線共用，在產(chǎn)品需求較多時(shí)，會(huì)造成暫存區(qū)產(chǎn)品堆積過(guò)多，生產(chǎn)線前端過(guò)于忙碌，但由于中間操作跟不上進(jìn)度，生產(chǎn)線后端比較清閑，且在操作臺(tái)更換模具時(shí)不得不停工等待，造成資源浪費(fèi)，生產(chǎn)效率過(guò)低。且產(chǎn)成品種類(lèi)單一，不適應(yīng)消費(fèi)者個(gè)性化的需求。

圖2 制造企業(yè)A工廠布局圖

在“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略背景下，制造企業(yè)A需要改變傳統(tǒng)制造的生產(chǎn)模式，向智能制造轉(zhuǎn)型。采用基于“中國(guó)制造2025”的優(yōu)化工廠布局SLP法對(duì)工廠布局進(jìn)行優(yōu)化，使其滿足“中國(guó)制造2025”對(duì)制造企業(yè)與工廠布局提出的設(shè)備自動(dòng)化、信息互聯(lián)化、柔性生產(chǎn)單元、人機(jī)交互等要求。在滿足生產(chǎn)工藝要求的同時(shí)，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，提高物流效率。其優(yōu)化后的布局如圖3所示。

（1）利用數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行全局監(jiān)控。利用大數(shù)據(jù)采集引擎采集物料從入庫(kù)到加工生產(chǎn)再到成品最后到出庫(kù)整個(gè)過(guò)程的海量數(shù)據(jù)，利用云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行分析，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都在監(jiān)控計(jì)算之中。通過(guò)數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)整理成有用的信息，制造企業(yè)A將能夠合理有效的預(yù)測(cè)生產(chǎn)線上的生產(chǎn)效率，合理規(guī)劃物料送達(dá)時(shí)間，減少庫(kù)存堆積，減去了半成品暫存區(qū)，防止物料堆壓。

圖3 優(yōu)化后的工廠布局圖

（2）APS系統(tǒng)優(yōu)化排產(chǎn)。A企業(yè)在優(yōu)化工廠布局前采用人工排產(chǎn)，由于信息傳遞的滯后性經(jīng)常造成生產(chǎn)線積壓。在工廠布局優(yōu)化后，通過(guò)APS排產(chǎn)系統(tǒng)，將智能裝備與信息化技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化生產(chǎn)線排產(chǎn)順序，使生產(chǎn)過(guò)程有條不紊的進(jìn)行，提高了A企業(yè)的生產(chǎn)效率。

（3）人機(jī)交互。A企業(yè)改進(jìn)后，由于機(jī)器擅長(zhǎng)重復(fù)的工作，所以將相似且簡(jiǎn)單繁瑣的操作集中在中間智能區(qū)，利用自動(dòng)智能裝備進(jìn)行操作。智能裝備旁邊連接人機(jī)智能結(jié)合線，充分利用人的靈活性完成復(fù)雜多變的工作任務(wù)。通過(guò)智能裝備將加工過(guò)的產(chǎn)品自動(dòng)傳送到生產(chǎn)線上，減少了人力資源浪費(fèi)。

（4）柔性化生產(chǎn)單元。通過(guò)優(yōu)化A公司的工藝流程，增加了人機(jī)智能結(jié)合生產(chǎn)線路。由于智能裝備能夠快速換摸，所以優(yōu)化布局后的A企業(yè)能夠適應(yīng)多品種混線生產(chǎn)，滿足消費(fèi)者個(gè)性化的需求，并且由于人機(jī)智能結(jié)合線路相對(duì)獨(dú)立，在出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)，不會(huì)影響其他線路繼續(xù)生產(chǎn)。

5 不足與困難

（1）盲目購(gòu)買(mǎi)自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線。智能制造是“中國(guó)制造2025”的主攻方向，企業(yè)為了追趕智能制造步伐，需要不斷學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。但是大多數(shù)企業(yè)都處于初次嘗試階段，沒(méi)有成熟可行的方案可供借鑒，所以有些企業(yè)盲目購(gòu)買(mǎi)自動(dòng)化設(shè)備，缺乏對(duì)合理規(guī)劃的設(shè)備，不僅占據(jù)了企業(yè)的運(yùn)作空間，還占據(jù)企業(yè)運(yùn)行資金，不利于企業(yè)發(fā)展。

（2）制造過(guò)程未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。企業(yè)購(gòu)買(mǎi)設(shè)備后，通過(guò)機(jī)器換人加快了生產(chǎn)效率，但是忽略了數(shù)據(jù)的價(jià)值。設(shè)備未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，不能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，對(duì)運(yùn)作流程分析，并進(jìn)行自執(zhí)行、自決策。

（3）存在信息孤島與自動(dòng)化孤島。制造工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)眾多，各個(gè)部分集成難度大，企業(yè)引進(jìn)大量的獨(dú)立專(zhuān)家系統(tǒng)，難以集成分析，各個(gè)工序流程信息連接存在障礙，使企業(yè)存在信息孤島和自動(dòng)化孤島。

智能工廠屬于舶來(lái)品，發(fā)達(dá)國(guó)家有豐富的經(jīng)驗(yàn)，但我國(guó)各個(gè)行業(yè)對(duì)智能工廠建設(shè)仍存在認(rèn)知不同、建設(shè)水平參差不齊的問(wèn)題。智能工廠是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，在對(duì)智能工廠進(jìn)行全面建設(shè)時(shí)，應(yīng)從全局的角度出發(fā)，只抓住局部特性不利于智能工廠優(yōu)化布局，不利于企業(yè)發(fā)展。

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