關(guān)于智能工廠建設(shè)從理念到實(shí)踐的探索

阮昆明

南京化學(xué)工業(yè)有限公司 江蘇 南京 210048

引言

傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)以工人生產(chǎn)和車間設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)營為主，生產(chǎn)效率較低。隨著智能化、信息化技術(shù)日益發(fā)展，化工企業(yè)對(duì)生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)效率的要求不斷提高，智能工廠建設(shè)成為當(dāng)前化工企業(yè)的熱點(diǎn)話題。通過對(duì)信息化系統(tǒng)的探索、應(yīng)用和完善，智能工廠推進(jìn)了化工行業(yè)的重大變革和創(chuàng)新，推進(jìn)企業(yè)精細(xì)化生產(chǎn)，促進(jìn)經(jīng)營管理實(shí)現(xiàn)技術(shù)、產(chǎn)品和管理的全面融合，進(jìn)一步促進(jìn)資源優(yōu)化利用，提高工廠的整體效益，從而建成安全可靠、高效生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展的智能工廠。

1 智能工廠的內(nèi)涵

智能工廠是指通過信息化系統(tǒng)和自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，智能工廠通過實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的協(xié)調(diào)合作，采用更加智能的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)流程的智能化、智慧化。簡單理解就是能夠隨時(shí)幫助企業(yè)對(duì)生產(chǎn)KPI進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，既能最大化產(chǎn)出，同時(shí)又能夠兼顧效益。作為實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要載體，智能工廠通過全方位建立網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)格局和智慧型信息指揮系統(tǒng)，完成交互式生產(chǎn)的全過程。智能工廠以其強(qiáng)大的自我決策能力（包含研判、決策等多個(gè)過程）、具象化的模擬展示功能，在生產(chǎn)、維護(hù)以及性能擴(kuò)展等多個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)了人機(jī)交互，可以說智能工廠就是未來[1]。

2 智能工廠的具體建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及在化工行業(yè)中的具體應(yīng)用

智能工廠的建設(shè)涉及企業(yè)生產(chǎn)的方方面面，具體來說，完成智能工廠的建設(shè)需要從以下幾個(gè)方面的來考量。

①在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，要做到從設(shè)計(jì)方法到設(shè)計(jì)手段的數(shù)字模擬化、產(chǎn)品模型化和關(guān)鍵指標(biāo)的量化，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從源頭提高產(chǎn)品競(jìng)爭力。②在投產(chǎn)之前，要全鏈條實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模擬，并能夠智慧反饋、修正，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)與監(jiān)管。③具有龐大的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的手段建立科學(xué)算法，實(shí)時(shí)提升生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。④生產(chǎn)過程要做到可回源、可追溯，每一件產(chǎn)品自帶“DNA”，提高生產(chǎn)及檢測(cè)的精確度。⑤智慧化安排生產(chǎn)與物流，確保產(chǎn)能得到最大程度發(fā)揮。⑥實(shí)現(xiàn)彈性生產(chǎn)，根據(jù)機(jī)器看得懂的“視覺系統(tǒng)”，結(jié)合現(xiàn)有的工藝路線數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)智慧化和結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)。⑦做到1+1+1>3的系統(tǒng)集成，即把產(chǎn)品的生命周期管理、企業(yè)的要素計(jì)劃系統(tǒng)以及制造執(zhí)行管理系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合，并最終形成合力。⑧各項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，包括VR操作、可視化模擬、3D打印等。比如目前在一些工廠開始推廣的Google眼鏡，在幫助工人對(duì)一些特殊儀器進(jìn)行操作時(shí)有很好的輔助。⑨做到“零紙生產(chǎn)”，并將設(shè)備的績效水平提升至百分之八十以上。⑩通過各個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳感器傳輸數(shù)據(jù)，全方位采集并呈現(xiàn)實(shí)時(shí)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，為智能決策和人工修正做好準(zhǔn)備。?機(jī)器人的運(yùn)用將是大規(guī)模、集群化，并不局限于個(gè)別點(diǎn)位和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將機(jī)器人作為整個(gè)系統(tǒng)的一部分。?大力推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，不僅僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的智慧化，更重要的是加大對(duì)后期生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)、生產(chǎn)產(chǎn)品的追溯上，做到實(shí)時(shí)觀測(cè)、實(shí)時(shí)傳輸、實(shí)時(shí)反饋。

以上關(guān)于智能工廠設(shè)計(jì)、建設(shè)的種種標(biāo)準(zhǔn)在化工行業(yè)都能找到“影子”，簡單舉個(gè)例子，通過智慧物流的數(shù)據(jù)傳輸至工廠，彈性安排生產(chǎn)能力，目前在化工行業(yè)已經(jīng)得到了普遍運(yùn)用；還有提升設(shè)備績效、大規(guī)模運(yùn)用機(jī)器人生產(chǎn)，這都是在提高化工行業(yè)生產(chǎn)安全性和可靠性上做文章；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和生產(chǎn)過程的可追溯也是作為化工企業(yè)一直以來追求的目標(biāo)。

3 現(xiàn)階段的世界各國的智能工廠建設(shè)實(shí)踐

在世界制造業(yè)升級(jí)熱潮中，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、3D打印、大數(shù)據(jù)在內(nèi)的諸多新興技術(shù)應(yīng)用風(fēng)起云涌，而把這些新技術(shù)應(yīng)用結(jié)合的一個(gè)典型就是智能工廠的建設(shè)。舉幾個(gè)世界著名企業(yè)的例子：德國西門子公司安貝格工廠通過智能控制實(shí)現(xiàn)了跨品種的混線量產(chǎn)；發(fā)那克機(jī)電公司通過建立全自動(dòng)化、智能化的物料堆疊、傳遞系統(tǒng)，創(chuàng)造了行業(yè)內(nèi)720小時(shí)自動(dòng)化生產(chǎn)新紀(jì)錄；美國戴維森公司通過大力推廣以傳感器和機(jī)器人為核心的結(jié)構(gòu)單元，實(shí)現(xiàn)智慧化、批量化生產(chǎn)；世界重型卡車生產(chǎn)商“男人”公司通過構(gòu)建全方位的廠區(qū)物流體系，智慧化調(diào)整線路，建設(shè)“配件超市”，生產(chǎn)效率大幅提升；日本著名企業(yè)三菱公司旗下名古屋電機(jī)制造通過使用人機(jī)交互的新型智慧化生產(chǎn)線，從傳統(tǒng)的半自動(dòng)化、自動(dòng)化生產(chǎn)過渡到智能生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的飛躍[2]。

世界范圍的變革也在催促著進(jìn)一步加快制造業(yè)升級(jí)，這對(duì)于當(dāng)前的中國具有更為緊迫的現(xiàn)實(shí)意義。第一個(gè)重要的原因在社會(huì)層面，就是當(dāng)前全社會(huì)的工人勞動(dòng)成本飛速上升、結(jié)構(gòu)性的產(chǎn)能過剩、行業(yè)間同質(zhì)競(jìng)爭愈演愈烈、單體用戶需求多樣化等等因素，這些因素都在推動(dòng)傳統(tǒng)企業(yè)要從簡單的產(chǎn)品力競(jìng)爭走向全方位差異化競(jìng)爭。第二個(gè)原因在產(chǎn)業(yè)層面，當(dāng)前很多制造業(yè)面臨著用人難，特別是專業(yè)技能人才的缺口尤其龐大，企業(yè)往往面對(duì)著減員提效和擴(kuò)大產(chǎn)能的雙重矛盾，這也從反面印證了建設(shè)智能工廠的急迫性。第三個(gè)原因則是技術(shù)層面，隨著產(chǎn)業(yè)機(jī)器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、視覺機(jī)器等高新技術(shù)的日漸成熟，智能工廠建設(shè)的客觀技術(shù)條件也已經(jīng)具備，這些都使得我國制造業(yè)企業(yè)，特別是大型龍頭企業(yè)建設(shè)智能工廠的動(dòng)力非常充足。同時(shí)，在大型企業(yè)中，特別是化工企業(yè)中我國的國有企業(yè)占據(jù)了大半壁江山，國有企業(yè)自身的資金和技術(shù)實(shí)力強(qiáng)勁，企業(yè)底蘊(yùn)深厚，加上國家政策的引導(dǎo)，比起國外私人企業(yè)天然地具有更長遠(yuǎn)的生產(chǎn)力發(fā)展自覺，這就使得我國的智能工廠更有發(fā)展空間。

目前我國一些智能工廠的建造主要集中在諸如白色家電、交通制造、食品藥品、機(jī)械制造、家居建材等科技、資金和技術(shù)密集型行業(yè)，這些行業(yè)企業(yè)，特別是龍頭企業(yè)對(duì)生產(chǎn)線自動(dòng)化、智能化改造的需求十分強(qiáng)烈，一些行業(yè)領(lǐng)頭羊已經(jīng)開始品嘗第一口螃蟹。海爾集團(tuán)是我國著名家電品牌，公司旗下的佛山洗衣機(jī)生產(chǎn)基地目前已經(jīng)采用高調(diào)度性的自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)，廣泛使用高精度機(jī)器人，配合使用全流程訂單管理，并通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全程回溯，做到了人機(jī)實(shí)時(shí)交互；東莞的勁勝公司是一家專業(yè)生產(chǎn)手機(jī)殼的市場(chǎng)細(xì)分龍頭企業(yè)，企業(yè)全面使用國產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)軟件、國產(chǎn)生產(chǎn)線等，通過先進(jìn)智能系統(tǒng)，企業(yè)一拿到新機(jī)模型就能夠通過數(shù)字建模完整映射出手機(jī)殼設(shè)計(jì)，建立了在該細(xì)分領(lǐng)域的領(lǐng)先地位[3]。

4 現(xiàn)階段國有化工企業(yè)建設(shè)智能工廠的主要問題和認(rèn)知誤區(qū)

4.1 單純依靠技術(shù)，沖動(dòng)型購置智能化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線，沒有考慮企業(yè)實(shí)際運(yùn)行情況

不僅僅在化工行業(yè)，大量制造業(yè)企業(yè)簡單地認(rèn)為推進(jìn)智能工廠建設(shè)就是把原有生產(chǎn)線進(jìn)行改造，做到自動(dòng)化和機(jī)器人化就行了，一味追求“無人化”生產(chǎn)，強(qiáng)行推進(jìn)機(jī)器換人工，甚至有的企業(yè)只注重提升硬件設(shè)備，連基本的配套軟件都不愿采購，致使建設(shè)的智能工廠成了擺設(shè)，絲毫未能發(fā)揮應(yīng)有作用。

4.2 沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)應(yīng)用

智能工廠建設(shè)一個(gè)很重要的方面就是建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)信息化系統(tǒng)完善，而傳統(tǒng)化工企業(yè)在購置相應(yīng)的裝備時(shí)沒有應(yīng)用數(shù)據(jù)、應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的意識(shí)。一是沒有提早留有數(shù)據(jù)接口，二是沒有配套的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，三是沒有建成相應(yīng)的數(shù)據(jù)平臺(tái)。實(shí)際上，國際上一些制造業(yè)巨頭在建設(shè)自己的智能化工廠時(shí)都建設(shè)有完整的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，甚至有的還有專門的數(shù)據(jù)平臺(tái)。

4.3 智能工廠建設(shè)仍然存在“數(shù)據(jù)黑箱”

化工企業(yè)在建設(shè)過程中，即便有了建設(shè)“數(shù)據(jù)庫”的意識(shí)，但缺乏整體思維和系統(tǒng)性思維，在一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和控制性工程上缺少數(shù)據(jù)控制。這就導(dǎo)致很難形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，一些后續(xù)的設(shè)備維護(hù)、升級(jí)也很難跟上，一旦出現(xiàn)問題，便難以妥善解決，極大地增加了運(yùn)營成本和運(yùn)營難度。

4.4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、重要環(huán)節(jié)的自動(dòng)化和信息化水平有待提高

智能工廠的建設(shè)涉及的環(huán)節(jié)很多，比如自動(dòng)化控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳感器、工業(yè)互聯(lián)軟件等等領(lǐng)域，想一整套全部盤下來還是存在不小的難度。很多企業(yè)受限于自身的規(guī)模和資金實(shí)力，往往很難全盤自己掌握，外包又害怕商業(yè)機(jī)密的泄露，導(dǎo)致在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)上不敢全盤接受智能化，使得智能工廠的建設(shè)大打折扣。

5 建設(shè)智能工廠的未來方向

毫無疑問，建設(shè)智能工廠的前途是光明的，特別是對(duì)國有化工企業(yè)來說具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于智能工廠建設(shè)的總體原則，一是要明確目標(biāo)。它是一種事物內(nèi)在發(fā)展的原生動(dòng)力，當(dāng)企業(yè)成長到一定規(guī)模，必然的一種需求，它不是“面子工廠”。二是要尊重客觀規(guī)律。每一個(gè)企業(yè)、每一個(gè)行業(yè)都有它的特殊性，作為一個(gè)在行業(yè)內(nèi)打拼很久的企業(yè)應(yīng)當(dāng)有很深刻的認(rèn)知，這就要求在建設(shè)智能工廠的時(shí)候要緊緊貼合實(shí)際，立足企業(yè)所在的市場(chǎng)地位，去匹配自己的需要。三是要樹立數(shù)據(jù)意識(shí)、技術(shù)意識(shí)、專利意識(shí)。很多企業(yè)在建設(shè)智能工廠的時(shí)候，仍然只注重自己本行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，沒有把智能工廠出產(chǎn)的數(shù)據(jù)、信息、技術(shù)、專利等等納入企業(yè)財(cái)富的管理系統(tǒng)中，這往往是短視的表現(xiàn)。實(shí)際上，隨著智能技術(shù)的應(yīng)用和普及，數(shù)據(jù)、技術(shù)、信息、專利這些才是企業(yè)最大的財(cái)富。

5.1 標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)面向未來的智能化工廠

標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)是任何一個(gè)行業(yè)做大做強(qiáng)的必由之路，標(biāo)準(zhǔn)化做不好是很難行穩(wěn)致遠(yuǎn)的，對(duì)于國有化工企業(yè)來說更是如此（化工企業(yè)涉及安全、度量、質(zhì)檢等多方面標(biāo)準(zhǔn)）。比如作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要是不統(tǒng)一，就會(huì)造成行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品良莠不齊，消費(fèi)者信心喪失；設(shè)備管理的標(biāo)準(zhǔn)如果不統(tǒng)一，那么設(shè)備之間通訊就存在極大困難，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就是一句空話；工廠管理的標(biāo)準(zhǔn)如果不統(tǒng)一，上下級(jí)之間、平級(jí)之間溝通不暢，廠內(nèi)管理就會(huì)出問題；而如果質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，行業(yè)問題就會(huì)更大。為此，在化工企業(yè)建設(shè)智能化工廠的過程中，首要的就是樹立牢固的標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)，多向世界先進(jìn)企業(yè)、行業(yè)頭部企業(yè)學(xué)習(xí)，向國家有關(guān)主管部門咨詢。比較重要的一些規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一定要掌握的，簡單列舉：生產(chǎn)全流程規(guī)范、設(shè)備檢修規(guī)范、智能化廠房驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等等規(guī)范，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括信息化廠房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、信息中心數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)通信協(xié)議等等。

5.2 全面加強(qiáng)智能化、智慧化單元建設(shè)

現(xiàn)階段，智能化、智慧化單元的建設(shè)在我國國有企業(yè)中還處于摸索階段，但毫無疑義，它會(huì)成為將來建設(shè)智能化、智慧化廠房的基礎(chǔ)、重要模塊。作為行業(yè)重要或者頭部企業(yè)在建設(shè)智能化廠房的時(shí)候要把智慧化單元建設(shè)放在更加突出和重要的位置上，這是將來參與標(biāo)準(zhǔn)化制定和增加市場(chǎng)議價(jià)權(quán)的重要依據(jù)。

5.3 人機(jī)交互比簡單使用機(jī)器人更加重要

很多國有企業(yè)在建設(shè)智能化工廠的過程中產(chǎn)生誤區(qū)，簡單地把有多么節(jié)省人力和多大程度上運(yùn)用機(jī)器人作為一個(gè)“賣弄點(diǎn)”，實(shí)際上這是非常不科學(xué)的。智能化應(yīng)當(dāng)是在控制合理成本的基礎(chǔ)上，最大程度的提高產(chǎn)出，追求的應(yīng)當(dāng)是企業(yè)的整體效益。比如一些崗位雖然看上去只是簡單的機(jī)械維護(hù)，似乎是可有可無，但實(shí)際上長期看來這種崗位的設(shè)置是有多重意義的。它既可以維持機(jī)器必要的運(yùn)轉(zhuǎn)，也能夠及時(shí)掌握傳輸?shù)母黜?xiàng)數(shù)據(jù)，更重要的是能夠在“人機(jī)交互”的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息的最大化利用，而這也恰恰是未來智能化工廠存在的最大意義。在這一點(diǎn)上看來，人機(jī)交互的意義遠(yuǎn)大于簡單使用機(jī)器人的意義，畢竟未來是數(shù)據(jù)和信息的世界[4]。

6 結(jié)束語

總而言之，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭日益激烈，國有化工企業(yè)持續(xù)發(fā)展必須大力建設(shè)信息化系統(tǒng)，推進(jìn)智能工廠建設(shè)，以完善工廠對(duì)員工的管理體系，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的提升，提升資源利用效率，提高化工行業(yè)安全生產(chǎn)水平。智能工廠是實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展的必要手段，智能工廠建設(shè)貫通工業(yè)生產(chǎn)的所有重要流程，推動(dòng)企業(yè)獲得競(jìng)爭新優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)競(jìng)爭力的整體提升。