我國智能工廠發(fā)展趨勢研究

鄭文軍

摘 要：文章介紹我國智能工廠的內(nèi)涵和目前建設(shè)的重點，分析目前存在的不同的智能工廠建設(shè)模式，并簡單介紹智能工廠建設(shè)和發(fā)展的重點以及需要突破的內(nèi)容，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能工廠；建設(shè)模式；發(fā)展趨勢

1引言

近年來隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟體，也使得我國的制造業(yè)目前處于高度發(fā)達的水平，也是推動我國經(jīng)濟發(fā)展的主要動力。而在目前人工智能在各個行業(yè)也領(lǐng)域中不斷應(yīng)用的同時，我國提出的中國制造2025中也提出了要推動制造過程智能化的要求和發(fā)展趨勢，并且開始在我國的石化、鋼鐵、機械裝備制造、汽車制造、航空航天以及飛機制造等行業(yè)中開始進行智能工廠的建設(shè)，我國在未來幾年中會涌現(xiàn)出一大批智能工廠來推動我國工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域中智能制造發(fā)展模式的應(yīng)用。

2智能工廠的內(nèi)涵與建設(shè)重點

2.1智能工廠的內(nèi)涵

所謂智能工廠就是通過進行智能化生產(chǎn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施的構(gòu)建來實現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化的工廠。以目前主要的基于CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能工廠原型為例，其主要分為物理層、信息層、大數(shù)據(jù)層、工業(yè)云層以及決策層等。其中物理層就是由各種嵌入設(shè)備、基礎(chǔ)元器件、感知設(shè)備、制造設(shè)備、生產(chǎn)線等硬件設(shè)備為基礎(chǔ)的部分。并且這些硬件部分可以實現(xiàn)互聯(lián)互通來進行縱向集成環(huán)境的構(gòu)建。信息層主要是企業(yè)進行生產(chǎn)經(jīng)營管理活動，以及由此產(chǎn)生的各類相關(guān)業(yè)務(wù)等，而且在此基礎(chǔ)上也逐漸形成了橫向的集成環(huán)境來進行數(shù)據(jù)和信息的流通和交換。在CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，將上述縱向集成和橫向集成實現(xiàn)互聯(lián)互通，并將企業(yè)中不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)進行集成統(tǒng)一，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用和工業(yè)云服務(wù)。而決策層則是基于產(chǎn)品、服務(wù)、設(shè)備管理支撐企業(yè)最高決策，這就構(gòu)建起一個智能工廠完整的價值網(wǎng)絡(luò)體系。

2.2智能工廠的建設(shè)重點

智能工程建設(shè)的重點主要有以下幾個方面：一是由于不同性質(zhì)和功能的工廠其產(chǎn)品制造工藝會有著明顯的不同，對于離散制造業(yè)來說，其主要是通過多個零部件按照一定的連續(xù)工序進行裝配的，而且由于其生產(chǎn)過程中會存在較多的變化和不確定因素，所以增加了此種類型智能工程建設(shè)的難度和復(fù)雜性，在智能工程建設(shè)中需要對工藝路線進行優(yōu)化并對設(shè)備進行合理和靈活利用，并且建設(shè)重點就是生產(chǎn)的柔性以及智能制造生產(chǎn)線的建設(shè)。二是對于流程制造也來說，其具有較強的生產(chǎn)連續(xù)性和較為規(guī)范的流程，通常具有較為單一的產(chǎn)品和原材料，所以在此種類型的智能工廠建設(shè)中，其重點就是對生產(chǎn)工藝的智能優(yōu)化和生產(chǎn)全流程的智能優(yōu)化，就是通過對生產(chǎn)條件變化的智能感知來對控制指令進行自主決策和對設(shè)備的自動控制，避免由于上一個工序出現(xiàn)問題而對下一道工序產(chǎn)生不利影響，所以可以通過其即時預(yù)測和進行自愈控制的能力來確保智能工廠運行的安全性。

3智能工廠的主要建設(shè)模式

3.1從生產(chǎn)過程數(shù)字化到智能工廠的模式

此種模式就是針對部分流程制造企業(yè)來說，其產(chǎn)品的品質(zhì)本身具有可控性，所以其建設(shè)模式首先進行生產(chǎn)數(shù)字化的建設(shè)，然后從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變。其智能工廠建設(shè)模式為：首先是對生產(chǎn)制造和過程管理等單個環(huán)節(jié)進行信息化系統(tǒng)的建設(shè)，然后進行覆蓋全流程的動態(tài)透明可追溯體系的構(gòu)建，在可視化平臺的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的跨部門協(xié)同控制。然后在此基礎(chǔ)上進行生產(chǎn)管理一體化的推進以及進行企業(yè)CPS系統(tǒng)的搭建，并且集成生產(chǎn)制造、運營管理以及采購銷售等業(yè)務(wù)，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部資源和信息的整個與共享。最后就是進行大數(shù)據(jù)化智能工廠的整體建設(shè)，并且進行個性化定制業(yè)務(wù)的開展，實現(xiàn)端到端集成的推進。

3.2從智能制造生產(chǎn)單元到智能工廠的模式

此種模式主要是針對離散制造領(lǐng)域中的企業(yè)，其主要的建設(shè)模式就是：首先是進行生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)線的智能化建設(shè)，其主要的方式就是不斷引進符合企業(yè)生產(chǎn)需求的智能裝備來進行車間級智能生產(chǎn)單元的創(chuàng)建，此生產(chǎn)單元的建設(shè)基礎(chǔ)就是CPS系統(tǒng)，對于提高企業(yè)制造精準(zhǔn)度以及敏捷性具有重要作用。然后是實現(xiàn)產(chǎn)品的智能裝置以及CPS系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，而此種模式的建設(shè)是基于產(chǎn)品智能化的增值服務(wù)的基礎(chǔ)上的，這樣就可以實現(xiàn)遠程故障診斷和實時診斷。再次是將車間級與企業(yè)級的系統(tǒng)進行集成，這樣就是可以滿足生產(chǎn)和經(jīng)營之間的無縫集成以及上下游企業(yè)之間的信息共享要求，并可以實現(xiàn)對橫向價值網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新。最后就是在服務(wù)化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)上來進行生產(chǎn)與服務(wù)的集成來對產(chǎn)業(yè)效率和核心競爭力進行提升。

3.3從個性化定值到互聯(lián)工程的模式

此種智能工程建設(shè)模式首先是通過柔性化生產(chǎn)線來進行互聯(lián)網(wǎng)平臺的搭建來進行個性化定制生產(chǎn)的推進，通過與用戶進行深度交互來進行需求數(shù)據(jù)模型的完善來實現(xiàn)精益生產(chǎn)。其次是在互聯(lián)網(wǎng)逆向整合的基礎(chǔ)上進行設(shè)計虛擬化的推進，通過虛擬仿真技術(shù)來對設(shè)計、生產(chǎn)和服務(wù)數(shù)據(jù)鏈等工藝方面進行優(yōu)化。最后是對傳統(tǒng)的垂直組織模式進行改變來進行制造網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化的推進，逐漸形成遠程定制、異地設(shè)計以及當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造新模式。

4智能工廠發(fā)展重點分析

智能工廠發(fā)展重點就是首先需要進行虛擬仿真設(shè)計，通過三維建模和仿真的虛擬設(shè)計來提高產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計效率以及對研發(fā)設(shè)計質(zhì)量進行保證。其次是網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備。通過高度密集的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備智能化以及柔性化制造三個方面的改進和提升來對其進行重點突破。再次就是模塊化定制生產(chǎn)。不斷提升小產(chǎn)量的生產(chǎn)盈利能力來滿足消費者的個性化需求，且主要從模塊化生產(chǎn)和模塊化組裝兩個方面進行突破。最后是大數(shù)據(jù)化精益管理。主要從客戶價值管理、精益生產(chǎn)和精益供應(yīng)鏈這三個方面進行突破。此外還有柔性化新型人機交互。主要是在智能交互設(shè)備柔性化和智能交互設(shè)備工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用這兩個方面進行突破。

5結(jié)語

在我國推進中國制造2025的過程中，智能工廠的建設(shè)成為未來工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域推廣和建設(shè)的重點，也是實現(xiàn)智能制造的重要載體，需要針對不同行業(yè)以及不同類型工廠的建設(shè)模式和重點內(nèi)容，并且對需要突破的環(huán)節(jié)進行重點發(fā)展來逐步推動我國智能工廠的建設(shè)與發(fā)展。

參考文獻：

[1] 陳榮， 袁寧， 王晗，等. 我國離散制造業(yè)智能工廠通用技術(shù)架構(gòu)研究[J]. 機械工程與自動化， 2016（5）：222-224.

[2] 楊春立. 我國智能工廠發(fā)展趨勢分析[J]. 中國工業(yè)評論， 2016（1）：56-63.