智能工廠頂層設(shè)計思考

張朝宇

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司，廣東 佛山 528311）

0 引言

現(xiàn)代社會生產(chǎn)依托于先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，獲得了前所未有的進(jìn)步，逐步走向智能生產(chǎn)的背景下，促使工業(yè)生產(chǎn)也逐漸進(jìn)入智能化時代。為充分滿足生產(chǎn)需求，智能工廠成為當(dāng)前建設(shè)發(fā)展的熱點(diǎn)話題。通過應(yīng)用信息化、自動化以及智能制造技術(shù)等代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)，促使工業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)出全新的發(fā)展脈絡(luò)。因此探究智能工廠的頂層設(shè)計，結(jié)合工廠運(yùn)行現(xiàn)狀加以優(yōu)化，將會對今后的工業(yè)智能化發(fā)展起到積極參考作用。

1 頂層設(shè)計概述

作為當(dāng)前階段不同行業(yè)的熱議話題，頂層設(shè)計似乎已經(jīng)成為智能化發(fā)展時代下的優(yōu)化設(shè)計理念，為了進(jìn)一步滿足生產(chǎn)需求，各行業(yè)借助于先進(jìn)的信息技術(shù)手段對自身的生產(chǎn)模式加以優(yōu)化，從高端向低端逐步展開了全新的設(shè)計工作。包括醫(yī)療器械、電子家電、汽車裝備等，其核心在于從頂層逐步向下展開設(shè)計?；陧攲犹岢龅脑O(shè)計概念，對底層的實(shí)施起到了一定的決定性，同時末端也將會受到前端的影響呈現(xiàn)出不同的設(shè)計效果。

對于智能工廠來講，作為現(xiàn)代化生產(chǎn)制造行業(yè)當(dāng)中的首要改革內(nèi)容，展開頂層設(shè)計時應(yīng)當(dāng)根據(jù)我國為智能制造領(lǐng)域提供的成熟度模型對工廠現(xiàn)狀進(jìn)行評估，分析工廠實(shí)施智能化設(shè)計的可行性[1]。隨后由相關(guān)設(shè)計人員到所需改造的工廠現(xiàn)場展開調(diào)研，在廣泛收集工廠的相關(guān)資料之后，確定大體的工廠現(xiàn)狀以及設(shè)計流程，做好頂層設(shè)計藍(lán)圖的規(guī)劃工作，分析智能改造的重點(diǎn)內(nèi)容以及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等，進(jìn)而制定系統(tǒng)化的設(shè)計框架。最后對智能工廠的頂層設(shè)計展開智能物流、企業(yè)信息化、自動化生產(chǎn)以及整體的構(gòu)架規(guī)劃。

在頂層設(shè)計當(dāng)中，需要創(chuàng)建三維立體可視化的仿真虛擬模型，從而模擬智能工廠建成之后的運(yùn)行效果，包括工廠在生產(chǎn)運(yùn)行過程當(dāng)中的自動化工藝、智能物流、立體倉儲以及生產(chǎn)信息化流程等相應(yīng)內(nèi)容。且在對智能工廠展開頂層設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)注意具有一定的關(guān)聯(lián)性，促使每一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間均具有著良好的關(guān)聯(lián)效果，對工廠加以設(shè)計時應(yīng)當(dāng)根據(jù)頂層設(shè)計的目標(biāo)以及核心理論形成相適配的關(guān)聯(lián)銜接表現(xiàn)，確保頂層設(shè)計工序不間斷、工件不落地。

2 智能工廠頂層設(shè)計案例

在我國全面提出智能化發(fā)展戰(zhàn)略的部署下，工業(yè)領(lǐng)域逐步展開了創(chuàng)新制造轉(zhuǎn)型，極大程度的實(shí)現(xiàn)了制造業(yè)領(lǐng)域的快速轉(zhuǎn)型升級。先后落實(shí)的家電企業(yè)智能化建設(shè)也成為頗具代表性的試點(diǎn)工廠，其中以美的家用空調(diào)廣州工廠為例，作為率先展開智能工廠建設(shè)的代表性集團(tuán)，美的空調(diào)廣州工廠工業(yè)互聯(lián)平臺以T+3訂單牽引全價值鏈數(shù)字化運(yùn)營、智能排產(chǎn)、工業(yè)AI、全流程物流、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)SaaS 平臺五大維度結(jié)合，勞動生產(chǎn)效率提高28%，單位成本降低14%，訂單交付期縮短了56%。進(jìn)一步展現(xiàn)出智能化頂層設(shè)計下的顯著經(jīng)濟(jì)效益。

按照規(guī)劃階段，當(dāng)前美的集團(tuán)內(nèi)的其他企業(yè)均逐步展開了燈塔工廠的智能化建設(shè)規(guī)劃階段，且當(dāng)前美的集團(tuán)的工廠頂層設(shè)計下的智能化方向更加豐富。

包括從美的各個工廠的總局出發(fā)，以期在總體規(guī)劃布局的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建出更加智能化、人性化的合理布局，形成順暢的物料方向[2]。

并設(shè)計以智能物流為基礎(chǔ)，進(jìn)而在保障符合工廠實(shí)際規(guī)劃與生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，針對各環(huán)節(jié)的物料配比展開智能化的設(shè)計處理。

創(chuàng)建自動化生產(chǎn)流水線，充分考慮工藝流程、生產(chǎn)節(jié)拍等內(nèi)容，對自動化生產(chǎn)管理展開綜合設(shè)計。

與此同時，更是以一體化的信息化系統(tǒng)為設(shè)計目的，緊跟工廠生產(chǎn)運(yùn)營現(xiàn)狀，確保全面分析工廠信息并對設(shè)備生產(chǎn)流程展開優(yōu)化設(shè)計。

基于頂層設(shè)計中，有關(guān)智能化設(shè)備的生產(chǎn)布局形成了更加復(fù)雜的要求，要求形成模塊化的布局，應(yīng)用智能化設(shè)備，展開數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)能源綠色化發(fā)展。借助于智能化設(shè)備與系統(tǒng)等對生產(chǎn)加工流程加以簡化，從而對空間、設(shè)備、人力等各項(xiàng)資源進(jìn)行合理分配，提升資源利用率，確保在智能工廠的頂層設(shè)計下形成最佳的生產(chǎn)效益。

3 智能工廠頂層設(shè)計要點(diǎn)

結(jié)合本文中所闡述的案例，以美的家用空調(diào)廣州工廠為例，在超4 萬m2的廠房中，一排排機(jī)器人或機(jī)械臂在自動化生產(chǎn)線、注塑、立體庫等生產(chǎn)環(huán)節(jié)上各司其職，產(chǎn)線自動化率達(dá)65%。出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)會彈出警告對負(fù)責(zé)人進(jìn)行追責(zé)，這就是入選“燈塔工廠”的美的空調(diào)廣州工廠的生產(chǎn)場景。美的家用空調(diào)廣州工廠的智能化設(shè)計是必然發(fā)展趨勢，是在信息化時代背景下促進(jìn)智能化生產(chǎn)的重要內(nèi)容。工廠的智能化建設(shè)，將會建立在對試點(diǎn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有的實(shí)踐成果加以推廣，并立足于當(dāng)前發(fā)展階段，全面貫徹落實(shí)新發(fā)展理念，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。工廠的頂層設(shè)計將逐漸傾向于數(shù)字化的運(yùn)營模式，基于云邊協(xié)同服務(wù)，創(chuàng)建數(shù)字資產(chǎn)服務(wù)以及提升關(guān)鍵能力等，通過創(chuàng)建運(yùn)營與財務(wù)兩方面的優(yōu)化升級目標(biāo)，結(jié)合邊緣云平臺的創(chuàng)建，借助于信息化數(shù)字化的管控體系、數(shù)據(jù)治理以及信息標(biāo)準(zhǔn)化體系、網(wǎng)絡(luò)安全體系等，在生產(chǎn)、工廠、基礎(chǔ)設(shè)施以及經(jīng)營管理等方面均會呈現(xiàn)出相應(yīng)的智能化設(shè)計效果進(jìn)而充分滿足智能化工廠的設(shè)計要點(diǎn)內(nèi)容[3]。美的家用空調(diào)廣州工廠如圖1 所示。

圖1 美的家用空調(diào)廣州工廠

3.1 裝置層的智能化設(shè)計

以美的家用空調(diào)廣州工廠為例，在智能化頂層設(shè)計過程中應(yīng)始終圍繞著生產(chǎn)運(yùn)營、基礎(chǔ)設(shè)施、信息化保障體系、工廠建設(shè)以及經(jīng)營管理等方面的內(nèi)容。其中裝置層的智能化設(shè)計是充分滿足生產(chǎn)需求的關(guān)鍵所在?；趯?shí)際來講，在工廠的生產(chǎn)過程中，包括空調(diào)的部件生出產(chǎn)、組裝、檢測展開智能化設(shè)計有助于全面提升生產(chǎn)效率，促使生產(chǎn)操控的智能化水平相對較高。

在智能化設(shè)計過程中，采用機(jī)器人、AGV、立體倉庫、機(jī)器視覺等技術(shù)代替以往的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，減少人工使用量，促使員工勞動強(qiáng)度不斷降低，進(jìn)而促使部分工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)無人化或是少人化。

3.2 決策層的智能化設(shè)計

智能工廠的頂層設(shè)計，應(yīng)當(dāng)高度重視決策層的智能化設(shè)計，確保在智能工廠當(dāng)中形成數(shù)字化的生產(chǎn)運(yùn)營模式，將會促使數(shù)字資源成為生產(chǎn)過程中的主要資源內(nèi)容，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，利用數(shù)據(jù)資產(chǎn)為化工生產(chǎn)提供支撐。如在生產(chǎn)過程中，基于智能化的決策層，創(chuàng)建數(shù)據(jù)自動化采集分析系統(tǒng)，通過利用系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功能，對市場中的銷售數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對比當(dāng)前階段工廠內(nèi)部的生產(chǎn)實(shí)際情況，進(jìn)一步優(yōu)化工廠生產(chǎn)安排。并同步優(yōu)化生產(chǎn)價值鏈，通過對工廠內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而為原材料提供相應(yīng)的優(yōu)化決策。并且在數(shù)字化的管理系統(tǒng)當(dāng)中，將會以知識圖譜的方式為工廠生產(chǎn)提供風(fēng)險管理決策，并智能診斷設(shè)備故障問題，充分滿足生產(chǎn)所需。

3.3 智能化工廠設(shè)計

當(dāng)智能工廠的頂撐設(shè)計逐步向工廠加以延伸的過程中，將會構(gòu)筑完整的工廠數(shù)字化交付平臺。全面推進(jìn)數(shù)字化交付模式的創(chuàng)建，包括以往在美的工廠內(nèi)部所涉及采購、設(shè)計、施工等數(shù)據(jù)內(nèi)容、文檔資料以及模型等，均可以將其向數(shù)字化形式加以轉(zhuǎn)換，進(jìn)而從原有的固定資產(chǎn)數(shù)字化交付轉(zhuǎn)變?yōu)榕c無形資產(chǎn)相互結(jié)合的交付模式，進(jìn)一步將運(yùn)營數(shù)據(jù)納入數(shù)字資產(chǎn)當(dāng)中，構(gòu)成雙底座的數(shù)字資產(chǎn)模式。

3.4 改造基礎(chǔ)設(shè)施

考慮到美的家用空調(diào)廣州工廠的設(shè)計生產(chǎn)需求來講，應(yīng)當(dāng)對基礎(chǔ)設(shè)施加以改造，從硬件條件著手實(shí)施，展開智能化工廠的頂層設(shè)計工作。實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展建設(shè)，升級改造生產(chǎn)過程中的儀表，打造全面感知生產(chǎn)環(huán)境、物料、設(shè)備、人員以及產(chǎn)品的高科技智能儀表，簡化生產(chǎn)流程。與此同時，增設(shè)作業(yè)機(jī)器人以及在線檢測分析機(jī)器人等，便于及時啟動之后對現(xiàn)有的生產(chǎn)運(yùn)行方式加以分析，起到代替人工的作用[4]。并且在進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)信息時代之后，5G 網(wǎng)絡(luò)逐漸滲透到社會的各行各業(yè)當(dāng)中，通過創(chuàng)建聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的方式，便于各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)資源廣泛接觸的應(yīng)用表現(xiàn)，基于這樣的需求，則在對美的家用空調(diào)廣州工廠的智能化設(shè)計中需要升級改造網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)施，打造與現(xiàn)代通信完善融合的應(yīng)用模式，從而創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的生產(chǎn)方式。

3.5 信息化的管理模式

智能工廠的頂層設(shè)計，要求將工廠內(nèi)部的各項(xiàng)環(huán)節(jié)牢牢地連接數(shù)字化運(yùn)營模式，從而創(chuàng)建基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)資源管理工作，這就是信息化管理模式的必然性。進(jìn)入全面信息化的時代背景下，數(shù)據(jù)已然成為全新的資源分類，通過將工廠生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)作為戰(zhàn)略資源，對其進(jìn)行整合，借助于大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠在其中重新加載生成最具應(yīng)用價值的信息內(nèi)容，為工廠搭建更便捷的數(shù)據(jù)治理模式，通過推動數(shù)據(jù)治理制度的相關(guān)流程，建設(shè)數(shù)據(jù)組織、架構(gòu)、集中共享機(jī)制以及信息標(biāo)準(zhǔn)化體系等，則能夠進(jìn)一步優(yōu)化美的工廠生產(chǎn)運(yùn)營過程中的數(shù)據(jù)質(zhì)量，從而在全方位采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)的過程中，能夠自動篩選其中具有較高價值的應(yīng)用信息，進(jìn)一步滿足全業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)資產(chǎn)建設(shè)。

且在設(shè)計中，搭建邊緣云平臺，沉淀業(yè)務(wù)能力、技術(shù)以及數(shù)據(jù)能力，并創(chuàng)建復(fù)用開放環(huán)境，促使美的工廠的生產(chǎn)開發(fā)環(huán)境滿足集約化以及服務(wù)化的全面要求，通過構(gòu)筑全生命周期下的運(yùn)營管理數(shù)字化平臺，能夠及時相應(yīng)數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，從而進(jìn)一步推動數(shù)據(jù)應(yīng)用下的創(chuàng)新。

3.6 智能化建設(shè)應(yīng)用

作為智能工廠頂層設(shè)計過程中的重點(diǎn)內(nèi)容，應(yīng)用場景的智能化建設(shè)至關(guān)重要。通過對當(dāng)前世界范圍內(nèi)的燈塔工廠運(yùn)營情況進(jìn)行調(diào)查總結(jié)，發(fā)現(xiàn)在智能化的應(yīng)用模式下能夠?qū)崿F(xiàn)124 個以上的應(yīng)用場景，且在工信部提出的互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)發(fā)展計劃中，更是提到了超過20 個以上的應(yīng)用場景。

在美的家用空調(diào)廣州工廠中，展開智能化頂層設(shè)計，應(yīng)創(chuàng)建“數(shù)據(jù)+平臺+應(yīng)用”的模式，進(jìn)而經(jīng)過云邊協(xié)同、多級部署等方式，可為今后的智能工廠創(chuàng)建基于可擴(kuò)展的邊緣云平臺作為技術(shù)核心架構(gòu)。這樣的先進(jìn)邊緣云平臺其本身具有更加卓越的應(yīng)用能力，包括感知物聯(lián)網(wǎng)，并生成邊緣計算能力，具有企業(yè)應(yīng)用以及集成管控能力以及工業(yè)知識應(yīng)用能力等。通過將工廠的生產(chǎn)總部與下屬車間之間搭建形成協(xié)同的云邊共享合作模式，有助于沉淀知識并進(jìn)行共享復(fù)用，進(jìn)一步解決各分支工廠在生產(chǎn)過程中的碎片化供給以及全局需求下的矛盾[5]。

并且基于互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用模式，為工廠創(chuàng)建個性化的使用需求，打造橫向貫通以及縱向覆蓋的全方位業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)營模式，促進(jìn)工廠生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理，提升生產(chǎn)效率。

3.7 智能工廠頂層設(shè)計的不同模式

而針對于老工廠的改擴(kuò)建以及升級優(yōu)化來講，則需要與數(shù)據(jù)治理模式相互結(jié)合，通過充分考慮原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)升級以及系統(tǒng)集成融合等，可沿用棕地模式，通過重構(gòu)現(xiàn)有系統(tǒng)并進(jìn)行升級，根據(jù)不同應(yīng)用等級的智能化成熟度將現(xiàn)有數(shù)據(jù)向新架構(gòu)進(jìn)行放置。

除了在原有工廠基礎(chǔ)上展開智能化頂層設(shè)計，同時也將會涉及新建工廠的智能化頂層設(shè)計，因此則可以直接應(yīng)用綠地模式展開設(shè)計實(shí)踐，通過創(chuàng)建全新的邊緣云平臺架構(gòu)，直接實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件化，并為不同工廠創(chuàng)建基于角色定制化的崗位工作臺，其他的新建工廠均是利用這樣的模式展開智能化頂層設(shè)計。

而除此之外，另一種模式的智能工廠頂層設(shè)計則是根據(jù)既定設(shè)計目標(biāo)，完成整體性的架構(gòu)設(shè)計，并有選擇的向新系統(tǒng)傳遞老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及功能模塊等。無論是基于哪一種創(chuàng)建方式，均需要對數(shù)據(jù)做好架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一處理。

4 結(jié)語

智能工廠是工業(yè)制造領(lǐng)域今后的必然發(fā)展趨勢，通過結(jié)合先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，打造更加智能的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，有助于提升生產(chǎn)效益?；诖?，勢能工廠的頂層設(shè)計至關(guān)重要，本文以美的家用空調(diào)廣州工廠為例，探究在智能化的頂層設(shè)計中的重點(diǎn)內(nèi)容，包括裝置層、決策層、工廠設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)施、治理體系以及應(yīng)用模式等眾多方面，無論是基于新建或是改擴(kuò)建等方式，智能工廠的頂層設(shè)計均應(yīng)秉持著相一致的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與架構(gòu)，才能夠形成良好建設(shè)成效。