新時(shí)代下智慧工廠實(shí)現(xiàn)的方法策略

余明麗

（中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

智慧工廠是我國(guó)目前工廠建設(shè)的重要發(fā)展方向，也是解決制造技術(shù)問(wèn)題的重要方式。在智慧工廠建設(shè)過(guò)程中，既要明確建設(shè)的意義，又要在建設(shè)框架設(shè)計(jì)中提高其專業(yè)性，具體應(yīng)包含ERP層、MES層和設(shè)備執(zhí)行層。在專業(yè)框架的指導(dǎo)下進(jìn)行智慧工廠的建設(shè)，能夠提高工廠建設(shè)效果，提高工廠的智能化程度，使整個(gè)智慧工廠在建設(shè)中取得積極效果。為此，應(yīng)立足智慧工廠建設(shè)實(shí)際，探討智慧工廠的建設(shè)方法，為整個(gè)智慧工廠建設(shè)提供有力支持，推動(dòng)智慧工廠的快速發(fā)展。

1 智慧工廠建設(shè)背景及意義

1.1 智慧工廠建設(shè)背景

“中國(guó)制造2025戰(zhàn)略”的提出，對(duì)制造業(yè)提出了更高的要求，需要制造業(yè)在工廠建設(shè)方面著力發(fā)展智慧工廠，建成具有代表性的智慧工廠，增加智慧工廠的智能化程度，提高智慧工廠的先進(jìn)性，使智慧工廠在智能化水平和制造質(zhì)量等方面得到有效提升，為整個(gè)中國(guó)制造奠定良好的基礎(chǔ)。在這一背景下，智慧工廠建設(shè)得以提出并付諸實(shí)施。從目前智慧工廠的建設(shè)過(guò)程來(lái)看，取得了積極成就，對(duì)推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展以及形成中國(guó)智能制造具有重要影響。在這一背景下，智慧工廠建設(shè)成為現(xiàn)階段工廠建設(shè)的重要內(nèi)容[1]。

1.2 智慧工廠建設(shè)意義

智慧工廠建設(shè)能夠提高工廠的智慧屬性，使工廠在內(nèi)部管理、生產(chǎn)控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制以及生產(chǎn)進(jìn)度控制等方面達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，提高智慧工廠的生產(chǎn)效率。智慧工廠在建設(shè)過(guò)程中，能夠解決產(chǎn)品制造問(wèn)題、產(chǎn)品管理問(wèn)題以及工廠生產(chǎn)問(wèn)題，對(duì)整個(gè)制造業(yè)具有較強(qiáng)的推動(dòng)作用，能夠滿足制造業(yè)的發(fā)展需要，對(duì)解決制造業(yè)發(fā)展問(wèn)題以及提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有重要影響。認(rèn)識(shí)到智慧工廠的建設(shè)意義，并根據(jù)智慧工廠的建設(shè)需要加快智慧工廠的建設(shè)步伐，對(duì)于提高智慧工程的建設(shè)質(zhì)量以及滿足智慧工廠的發(fā)展需要具有重要意義。

2 國(guó)內(nèi)外智慧工廠建設(shè)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外智慧工廠建設(shè)現(xiàn)狀

在智慧工廠的建設(shè)方面，國(guó)外積累了大量成熟的經(jīng)驗(yàn)，在智慧工廠的建設(shè)方面取得了積極效果。例如西門子、三星早已實(shí)現(xiàn)了智慧工廠的建設(shè)，在工廠的生產(chǎn)效率、工廠的內(nèi)部管理以及工廠的品質(zhì)管理等方面都取得了積極效果，實(shí)現(xiàn)了智能化制造，特別是“德國(guó)工業(yè)4.0”的提出，代表了智能制造已經(jīng)成為制造業(yè)新的標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展方向。在這一背景下，國(guó)外的智慧工廠數(shù)量正在不斷增多，智慧工廠的建設(shè)水平逐漸提升，推動(dòng)了制造業(yè)的不斷發(fā)展，使制造業(yè)在工廠水平上得到了有效提升，為制造業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)[2]。

2.2 國(guó)內(nèi)智慧工廠建設(shè)現(xiàn)狀

從目前國(guó)內(nèi)智慧工廠的建設(shè)情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了智慧工廠建設(shè)的必要性，在企業(yè)建設(shè)過(guò)程中將智慧工廠作為重要的發(fā)展方向。例如，國(guó)內(nèi)的華為、比亞迪、吉利汽車、一汽大眾和上汽大眾已經(jīng)開(kāi)始了智慧工廠的建設(shè)，旨在通過(guò)智慧工廠的建設(shè)，為整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)提供充分的保障，使整個(gè)智慧工廠在建設(shè)過(guò)程中能夠更好地為產(chǎn)品服務(wù)。目前國(guó)內(nèi)智慧工廠的數(shù)量在逐步增加，智慧工廠的建設(shè)手段不斷完善，積累了一定的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)了智慧工廠的不斷發(fā)展，使國(guó)內(nèi)的智慧工廠能夠在數(shù)量和質(zhì)量方面得到雙提升[3]。

3 智慧工廠建設(shè)框架

3.1 ERP層

在智慧工廠建立過(guò)程中，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能化管理。ERP層屬于基礎(chǔ)的管理層，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)供應(yīng)鏈管理、庫(kù)存管理和財(cái)務(wù)管理，還能夠提高管理的專業(yè)性，實(shí)現(xiàn)管理的自動(dòng)化，對(duì)降低管理難度和實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性管理具有重要作用。依靠ERP層能夠?qū)崿F(xiàn)與MES層的互聯(lián)，使整個(gè)企業(yè)在管理效率和管理針對(duì)性方面能夠得到有效提升。REP層是智慧工廠的基礎(chǔ)，也是智慧工廠實(shí)現(xiàn)管理效果提升的關(guān)鍵。在建設(shè)過(guò)程中，還需要建立具備對(duì)應(yīng)管理功能的子系統(tǒng)。

3.2 MES層

MES層是與ERP層相連接的管理層，MES層主要是面向車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理軟件，可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效管理，包括訂單的下達(dá)、生產(chǎn)質(zhì)量管理、產(chǎn)品信息追溯以及生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)整和優(yōu)化。在這一過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化管理，從產(chǎn)品訂單進(jìn)入到產(chǎn)品生產(chǎn)完畢出廠，都由MES層進(jìn)行管理，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、生產(chǎn)資源的優(yōu)化利用以及產(chǎn)品的品質(zhì)管控和產(chǎn)品的安全管理具有重要影響[4]?？梢?jiàn)，MES層是重要的生產(chǎn)管理層，對(duì)整個(gè)智慧工廠的生產(chǎn)管理產(chǎn)生重要影響，能夠使智慧工廠的生產(chǎn)管理達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.3 通信層

在智慧工廠建設(shè)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各管理層的信息交互，通信層的構(gòu)建尤為重要。在通信層構(gòu)建中，需要包含通信的硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)，使整個(gè)通信的快速性和通信效率滿足工廠的實(shí)際需要。同時(shí)，在通信層的建設(shè)過(guò)程中，還要根據(jù)通信層的通信要求、硬件設(shè)施，以及軟件系統(tǒng)的匹配要求，對(duì)通信層的設(shè)置和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使通信層在智慧工廠的生產(chǎn)過(guò)程中具備一定的代表性，提升通信設(shè)備的應(yīng)用通信效率，使通信效果能夠滿足實(shí)際需要，并解決通信管理中存在的信息不暢的問(wèn)題。

3.4 工業(yè)控制層

在智慧工廠中，需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)工業(yè)控制層的建設(shè)能夠使整個(gè)生產(chǎn)控制通過(guò)通信軟件以及PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和生產(chǎn)設(shè)備的控制，最終達(dá)到智能化生產(chǎn)的目的，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和遠(yuǎn)程控制。其中，在工業(yè)控制層在建設(shè)中，應(yīng)做好控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證工業(yè)控制層能夠發(fā)揮管理和控制功能，降低控制難度，使整個(gè)工業(yè)控制層成為智慧工廠遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)設(shè)備的重要系統(tǒng)。在系統(tǒng)的控制過(guò)程中，需要根據(jù)控制要求和系統(tǒng)特點(diǎn)，對(duì)硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)進(jìn)行匹配，保證二者在功能方面滿足控制要求[5]。

3.5 設(shè)備執(zhí)行層

在智慧工廠中，設(shè)備執(zhí)行層是保證設(shè)備儀表以及工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)能夠正常工作的關(guān)鍵，在整個(gè)設(shè)備控制層中需要提高設(shè)備的執(zhí)行效率，需要對(duì)設(shè)備的執(zhí)行效果進(jìn)行監(jiān)督和管理，并保證整個(gè)控制層能夠有效工作。通過(guò)對(duì)設(shè)備執(zhí)行層的有效建立和監(jiān)管，能夠使設(shè)備執(zhí)行層更好地實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制層的要求，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程得到監(jiān)督和管控，這對(duì)于落實(shí)生產(chǎn)目標(biāo)和遠(yuǎn)程操控設(shè)備，以及提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量具有重要影響。故而在設(shè)備執(zhí)行層的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)注重遠(yuǎn)程控制功能的體現(xiàn)。

4 智慧工廠建設(shè)方案

4.1 智能設(shè)備層

智慧工廠在建設(shè)過(guò)程中，首先需要做好智能設(shè)備層的建設(shè)。智慧工廠的突出特點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備具有智能化的優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行智能控制。為了達(dá)到這一目標(biāo)，在智能設(shè)備層的建設(shè)中，應(yīng)對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造。不僅要對(duì)現(xiàn)有的機(jī)床設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，增加智能控制模塊，同時(shí)還要采購(gòu)安裝智能化機(jī)床設(shè)備，實(shí)現(xiàn)機(jī)床設(shè)備的整體升級(jí)，保證智慧工廠的生產(chǎn)設(shè)備能夠升級(jí)到智能化水平，能夠做好自動(dòng)化生產(chǎn)[6]。為此，在智能化設(shè)備層的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)按照智能管理的要求和智能生產(chǎn)的要求配備智能機(jī)床等基礎(chǔ)設(shè)備。

4.2 設(shè)備控制層

智慧工廠建設(shè)不僅要進(jìn)行智能設(shè)備層的建設(shè)，同時(shí)還要做好設(shè)備控制方面的建設(shè)。設(shè)備控制層主要是對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能化控制，通過(guò)建立控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的有效控制，在控制過(guò)程中能夠根據(jù)控制要求、控制特點(diǎn)和控制的具體情況采取設(shè)備控制方式。另外，還可以采取網(wǎng)絡(luò)傳輸遠(yuǎn)程控制、PLC自動(dòng)控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的有效控制，這對(duì)提高設(shè)備控制效果和解決遠(yuǎn)程設(shè)備控制問(wèn)題具有重要影響。在設(shè)備控制層的建設(shè)中，應(yīng)完善控制手段，提高控制效率，使整個(gè)設(shè)備控制能夠?qū)崿F(xiàn)控制目標(biāo)。

4.3 制造執(zhí)行層

制造執(zhí)行層的建設(shè)至關(guān)重要，制造執(zhí)行層關(guān)系到機(jī)床控制設(shè)備在制造環(huán)節(jié)是否能夠按照產(chǎn)品的制造標(biāo)準(zhǔn)予以實(shí)施。在制造執(zhí)行層的建設(shè)中，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，并且檢驗(yàn)設(shè)備的制造能力和設(shè)備的智能化控制能力是否達(dá)標(biāo)。通過(guò)對(duì)這些基本功能的檢查，使整個(gè)設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，提高設(shè)備的控制效果，保證設(shè)備控制能夠滿足產(chǎn)品制造需要，提高產(chǎn)品的制造效果。在制造執(zhí)行層的建設(shè)中，應(yīng)通過(guò)設(shè)備調(diào)試的方式保證產(chǎn)品制造，達(dá)到制造效率要求和制造質(zhì)量要求，保證制造過(guò)程的安全性達(dá)標(biāo)。

4.4 數(shù)據(jù)展示層

數(shù)據(jù)展示層主要是對(duì)設(shè)備的控制數(shù)據(jù)和設(shè)備的管理數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，提高設(shè)備的控制效果。通過(guò)數(shù)據(jù)展示，能夠使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況完整地展示在管理平臺(tái)上，便于管理人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行干預(yù)。由于在數(shù)據(jù)展示層中，需要保證數(shù)據(jù)的展示完整性和數(shù)據(jù)信息的全面性，對(duì)整個(gè)管理過(guò)程和自動(dòng)控制過(guò)程有較高的要求。因此，在控制過(guò)程中需要根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)的展示需要根據(jù)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況進(jìn)行展示層的構(gòu)建，以此提高數(shù)據(jù)展示層的構(gòu)建效果。在數(shù)據(jù)展示層的構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)按照數(shù)據(jù)展示層的實(shí)際需要和數(shù)據(jù)展示層的基本特點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)建。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)智慧工廠建設(shè)的分析可知，目前智慧工廠的建設(shè)已經(jīng)成為落實(shí)“中國(guó)制造2025戰(zhàn)略”的重要手段之一。通過(guò)對(duì)智慧工廠的關(guān)注以及智慧工廠建設(shè)的實(shí)施，能夠建設(shè)一大批具有智慧功能和智能化生產(chǎn)能力的工廠，提高工廠生產(chǎn)的有效性，使工廠在生產(chǎn)過(guò)程中具備突出的特點(diǎn)，更好地解決產(chǎn)品的生產(chǎn)制造問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化生產(chǎn)。為此，相關(guān)人員應(yīng)掌握智慧工廠的建立手段，通過(guò)建立智慧工廠的方式，推動(dòng)智能化制造的快速發(fā)展，為整個(gè)“中國(guó)制造2025戰(zhàn)略”的落實(shí)提供有力支持。