行业动态

【编者按】智能制造是什么？

这个问题很难有一个完美而通用的解答，对于不同阶段、不同规模的企业，智能制造都有不同的含义，它既可以代表了自动化和数字化生产，也可以代表了对生产流程的智能化改造。

不过幸运的是，国家在对“智能制造”的支持上并没有太厚此薄彼，无论是各类技术改造项目，都有机会获得国家提供的补贴。在这件事上，可以看出政府对于实现“中国制造2025”的决心，同时也可以发现，到2020年，智能制造行业一定会进入一个快速发展期。

按照两部门联合下发的申报通知，2018年省先进制造业发展专项资金企业技术改造项目支持重点为新产品开发、节能降耗、“两化”融合。资金采取事后奖补方式，对企业技术改造项目的设备、研发投入，按照实际完成投资额（以发票为准）给予不高于30%的补助，最高不超过1000万元。

2018年省先进制造业发展专项资金（中小企业类）项目主要支持中小企业公共服务（示范）平台以及小型微型企业创业创新示范基地发展壮大，鼓励服务平台为中小企业提供服务。支持方式为事后奖补，同时，综合考虑其服务中小企业数量、服务成效等因素，单个项目补助资金一般不超过300万元。

2018年省先进制造业发展专项资金（智能化改造类）支持重点为智能车间、智能工厂和“两化”融合。采取事后奖补方式，对企业（项目）直接进行补助，其中智能车间、智能工厂补助额度为已完成软硬件投资额（以合同和发票为准）的8%，单个企业补助资金不超过1000万元。“两化”融合补助额度为不高于项目已完成设计、研发、生产、检测、监测等设备采购，软件采购和技术投资，平台建设和升级改造投资额（以合同和发票为准）的30%，单个项目补助资金不超过1000万元。

建设智能工厂的方向

智能工厂具有以下六个显著特征：

① 设备互联。能够实现设备与设备互联（M2M），通过与设备控制系统集成，以及外接传感器等方式，由SCADA（数据采集与监控系统）实时采集设备的状态，生产完工的信息、质量信息，并通过应用RFID（无线射频技术）、条码（一维和二维）等技术，实现生产过程的可追溯。

② 广泛应用工业软件。广泛应用MES（制造执行系统）、APS（先进生产排程）、能源管理、质量管理等工业软件，实现生产现场的可视化和透明化。在新建工厂时，可以通过数字化工厂仿真软件，进行设备和产线布局、工厂物流、人机工程等仿真，确保工厂结构合理。在推进数字化转型的过程中，必须确保工厂的数据安全和设备和自动化系统安全。在通过专业检测设备检出次品时，不仅要能够自动与合格品分流，而且能够通过SPC（统计过程控制）等软件，分析出现质量问题的原因。

③ 充分结合精益生产理念。充分体现工业工程和精益生产的理念，能够实现按订单驱动，拉动式生产，尽量减少在制品库存，消除浪费。推进智能工厂建设要充分结合企业产品和工艺特点。在研发阶段也需要大力推进标准化、模块化和系列化，奠定推进精益生产的基础。

④ 实现柔性自动化。结合企业的产品和生产特点，持续提升生产、检测和工厂物流的自动化程度。产品品种少、生产批量大的企业可以实现高度自动化，乃至创建黑灯工厂；小批量、多品种的企业则应当注重少人化、人机结合，不要盲目推进自动化，应当特别注重创建智能制造单元。工厂的自动化生产线和装配线应当适当考虑冗余，避免由于关键设备故障而停线；同时，应当充分考虑如何快速换模，能够适应多品种的混线生产。物流自动化对于实现智能工厂至关重要，企业可以通过AGV、行架式机械手、悬挂式输送链等物流设备实现工序之间的物料传递，并配置物料超市，尽量将物料配送到线边。质量检测的自动化也非常重要，机器视觉在智能工厂的应用将会越来越广泛。此外，还需要仔细考虑如何使用助力设备，减轻工人劳动强度。

⑤ 注重环境友好，实现绿色制造。能够及时采集设备和产线的能源消耗，实现能源高效利用。在危险和存在污染的环节，优先用机器人替代人工，能够实现废料的回收和再利用。

⑥ 可以实现实时洞察。从生产排产指令的下达到完工信息的反馈，实现闭环。通过创建生产指挥系统，实时洞察工厂的生产、质量、能耗和设备状态信息，避免非计划性停机。通过创建工厂的Digital Twin（数字映射），方便地洞察生产现场的状态，辅助各级管理人员做出正确决策。

仅有自动化生产线和工业机器人的工厂，还不能称为智能工厂。智能工厂不仅生产过程应实现自动化、透明化、可视化、精益化，而且，在产品检测、质量检验和分析、生产物流等环节也应当与生产过程实现闭环集成。一个工厂的多个车间之间也要实现信息共享、准时配送和协同作业。

智能工厂的建设充分融合了信息技术、先进制造技术、自动化技术、通信技术和人工智能技术。每个企业在建设智能工厂时，都应该考虑如何能够有效融合这五大领域的新兴技术，与企业的产品特点和制造工艺紧密结合，确定自身的智能工厂推进方案。

如何建设智能工厂的体系架构

著名业务流程管理专家August-Wilhelm Scheer教授提出的智能工厂框架强调了MES系统在智能工厂建设中的枢纽作用。

智能工厂可以分为基础设施层、智能装备层、智能产线层、智能车间层和工厂管控层五个层级：

① 基础设施层

企业首先应当创建有线或者无线的工厂网络，实现生产指令的自动下达和设备与产线信息的自动采集；形成集成化的车间联网环境，解决不同通讯协议的设备之间，以及PLC、CNC、机器人、仪表、传感器和工控/IT系统之间的联网问题；利用视频监控系统对车间的环境，人员行为进行监控、识别与报警；此外，工厂应当在温度、湿度、洁净度的控制和工业安全（包括工业自动化系统的安全、生产环境的安全和人员安全）等方面达到智能化水平。

② 智能装备层

智能装备是智能工厂运作的重要手段和工具。智能装备主要包含智能生产设备、智能检测设备和智能物流设备。制造装备在经历了机械装备到数控装备后，目前正在逐步向智能装备发展。智能化的加工中心具有误差补偿、温度补偿等功能，能够实现边检测、边加工。工业机器人通过集成视觉、力觉等传感器，能够准确识别工件，自主进行装配，自动避让人，实现人机协作。金属增材制造设备可以直接制造零件，DMG MORI已开发出能够实现同时实现增材制造和切削加工的混合制造加工中心。智能物流设备则包括自动化立体仓库、智能夹具、AGV、桁架式机械手、悬挂式输送链等。例如，Fanuc工厂就应用了自动化立体仓库作为智能加工单元之间的物料传递工具。

③ 智能产线层

智能产线的特点是，在生产和装配的过程中，能够通过传感器、数控系统或RFID自动进行生产、质量、能耗、设备绩效（OEE）等数据采集，并通过电子看板显示实时的生产状态；通过安灯系统实现工序之间的协作；生产线能够实现快速换模，实现柔性自动化；能够支持多种相似产品的混线生产和装配，灵活调整工艺，适应小批量、多品种的生产模式；具有一定冗余，如果生产线上有设备出现故障，能够调整到其他设备生产；针对人工操作的工位，能够给予智能的提示。

④ 智能车间层

要实现对生产过程进行有效管控，需要在设备联网的基础上，利用制造执行系统（MES）、先进生产排产（APS）、劳动力管理等软件进行高效的生产排产和合理的人员排班，提高设备利用率（OEE），实现生产过程的追溯，减少在制品库存，应用人机界面（HMI），以及工业平板等移动终端，实现生产过程的无纸化。另外，还可以利用Digital Twin(数字映射)技术将MES系统采集到的数据在虚拟的三维车间模型中实时地展现出来，不仅提供车间的VR（虚拟现实）环境，而且还可以显示设备的实际状态，实现虚实融合。

车间物流的智能化对于实现智能工厂至关重要。企业需要充分利用智能物流装备实现生产过程中所需物料的及时配送。企业可以用DPS系统(Digital Picking System)实现物料拣选的自动化。

⑤ 工厂管控层

工厂管控层主要是实现对生产过程的监控，通过生产指挥系统实时洞察工厂的运营，实现多个车间之间的协作和资源的调度。流程制造企业已广泛应用DCS或PLC控制系统进行生产管控，近年来，离散制造企业也开始创建中央控制室，实时显示工厂的运营数据和图表，展示设备的运行状态，并可以通过图像识别技术对视频监控中发现的问题进行自动报警。

智能改造案例

德国博世洪堡工厂

互联网+二手市场互联网+食品互联网+外贸互联网+家居互联网+家电互联网+超市互联网+购物中心互联网+百货互联网+新闻互联网+娱乐电子政务网络视频。

作为全球第一大汽车技术供应商，博世的汽车刹车系统在市场上有相当的实力。博世洪堡工厂，作为博世公司旗下智能工厂的代表，其生产线的特殊之处在于，所有零件都有一个独特的射频识别码，能同沿途关卡自动“对话”。每经过一个生产环节，读卡器会自动读出相关信息，反馈到控制中心进行相应处理，从而提高整个生产效率。在洪堡工厂引入的射频码系统需几十万欧元，但由于库存减少30%，生产效率提高10%，由此可节省上千万欧元的成本。独立的射频码给博世公司旗下工厂的20多条生产线带来了低成本高效率的回报。而这种让每个零件都能说话的技术，也是智能工厂的重要体现形式。

中国石化九江石化智能工厂

在工业4.0的风潮下，中国在此方面也并非完全无所作为。九江石化作为中国的第一家智能工厂试点，为实现可视化、实时化、智能化的生产和管理要求，与华为进行战略合作，在信息通信、生产协作、智能管理等领域开展广泛合作，共同打造世界一流智能工厂的基础设施。

基于华为在通信和数据信息方面的技术实力，完成了工厂LTE无线宽带网络、调度系统、视频会议系统、视频监控系统、存储、巡检终端等设备的布局。虽然，目前工厂还未达到工业4.0所要求的智能工厂的运营标准，但在未来，依靠华为在大数据，云计算方面的技术优势，九江石化将建设一个云数据中心，实现虚拟化、云计算等IT智能化管理，进一步节省能源消耗率，提升资源利用率，实现更智能化的运营。

德国安贝格西门子智能工厂

作为工业4.0概念的提出者，德国也是第一个实践智能工厂的国家。位于德国巴伐利亚州东部城市安贝格的西门子工厂就是德国政府、企业、大学以及研究机构合力研发全自动、基于互联网智能工厂的早期案例。占地10万平方米的厂房内，员工仅有1000名，近千个制造单元仅通过互联网进行联络，大多数设备都在无人力操作状态下进行挑选和组装。最令人惊叹的是，在安贝格工厂中，每100万件产品中，次品约为15件，可靠性达到99%，追溯性更是达到100%。这样的智能工厂能够让产品完全实现自动化生产，堪称智能工厂的典范！

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