什么是智能工厂？如何打造智能工厂？这是当今许多公司面临的问题。本文旨在阐述智慧工厂的战略高度，探讨智慧工厂的具体含义、特点、建设内容和目的，为企业建设智慧工厂提出一些建议。

01 简介

在全球化背景下，企业面临着前所未有的竞争压力，客户需求越来越多样化，产品生命周期越来越短，生产单元越来越分散。与此同时，客户在决定市场方面比以往任何时候都更有力。为了保持竞争力，公司必须满足客户日益严格的质量要求。并且，以更低的成本和更短的交货时间生产更多的创新产品。因此，无论在美国、欧洲还是日本，建设智能工厂（Smart Plant/Plant）都被全球制造业选为下一个中长期愿景目标；而工厂智能化是目前国内的制造业。

02打造智慧工厂的战略高度

(1) 德国工业4.0

德国“工业4.0”研究项目由德国工程院、弗劳恩霍夫学会、西门子等德国学术界和工业界共同资助、共同组建。投资2亿欧元。

工业4.0的愿景包括：满足用户的个性化需求；灵活性; 优化决策；提高生产力和资源利用率；通过新服务创造价值；应对劳动力市场的变化；实现工作与生活的平衡；竞争力。德国正面临着人口老龄化、强大的工会、高福利和疲软的经济增长的巨大压力。迫切需要通过信息化、自动化、智能化降低对劳动力的依赖，进一步提高劳动生产率和企业盈利能力。

工业 4.0 的核心是：

（1）智能工厂：重点研究智能生产系统和流程，实现网络化分布式生产设施；

（2）智能生产：主要涉及整个企业的生产物流管理、人机交互以及3D技术在工业生产过程中的应用。

（二）中国制造2025

《中国制造2025》是国务院总理李克强签署批准，国务院于2015年5月印发的全面推进制造强国实施的战略文件。

《中国制造2025》提出实施五个重大工程，其中“智能制造工程”提到：“依托优势企业，紧跟关键流程智能化、关键岗位机器人替代、智能优化和生产过程管控、供应链优化、重点领域智能工厂/数字化车间建设。”

03智慧工厂的意义、特点及建设内容

（一）什么是智能工厂

“什么是智能工厂？” 世界上没有明确的统一标准。在我看来，智能工厂的内涵是：工厂达到一定的自动化水平后，通过信息化和自动化系统的融合，采用智能设备和生产系统，实现更高效、更优化、更灵活的生产。智能工厂是一个很高的境界，实现智能工厂需要长期的努力。

智能工厂的基础是数字化工厂。数字化工厂的核心是自动化系统和信息系统的集成，实现工厂所有信息的自动采集。基础是所有工厂设备的联网。

西门子位于德国安贝格的电子工厂被誉为全球最典型的工业 4.0 模式，但西门子将工厂描述为数字化工厂。此外，西门子强调，数字化工厂与无人工厂不同。企业没有必要追求绝对的无人化操作，而应该少一些人性化和人机协作。对于产品配置比较简单的产品，可以实现全自动化生产；而对于产品配置复杂的产品，则保留了一些人工流程。对于这些流程，西门子广泛采用了防呆设计。例如，在安装电气元件时，只有当前过程中需要安装的零件的盒子才会显示绿灯。在每个产品的生产过程中，RFID芯片被放置在托盘上，托盘上存储了产品的制造和组装过程。流水线通过识别工艺路线，自主决定进入相应的生产设备进行生产。这实际上实现了智能生产线的应用。

图 1 西门子安贝格电子厂

智能工厂是在数字化工厂的基础上，加入智能设备的应用，实现生产信息的实时智能分析。

（2）智能工厂的特点

在我看来，智能工厂具有以下特点：

(1)可实现产品设计手段和设计过程的数字化、智能化。

(2)可以模拟生产线或整个工厂的运行情况。

(3) 拥有工艺数据库和知识库，可以逐步积累专家经验和知识，实现工艺参数和操作任务的优化。

(4)实现制造信息的全过程跟踪和产品质量的可追溯。

(5) 可实现准时按序交货（JIS），支持混流生产。

(6)生产线灵活，充分结合机器视觉等技术，采集RFID芯片存储的工艺路线，可根据零部件的工艺路线自主决策进入自动化设备进行生产组装.

（7）实现产品生命周期管理（PLM）、企业资源规划（ERP）系统和制造执行管理系统（MES）的无缝集成。

（8）通过增强虚拟现实（AR）的应用提高制造过程的智能化。例如，操作者可以戴上眼镜来指示要拧紧的螺丝孔的位置，并快速定位。

(9) 整个生产过程无纸化。设备性能 (OEE) 最大化（超过 80%）。

（10）在实时采集生产现场信息、实时展示和分析制造过程数据的基础上，为各级生产管理者提供制造智能分析和决策支持。

(11)不再孤立地使用机器人，而是实现机器人集群的应用，实现人机交互。

（12）在物联网应用方面，装备制造企业可以通过远程故障诊断提高产品运行效率，及时帮助客户进行预防性维护，更换备件，从而增加服务收入。对于物联网系统反馈的产品异常问题，可以及时反馈到产品研发制造环节进行改进。

（三）智慧工厂建设的主要内容和目的

智能工厂包括智能加工中心和生产线的应用、智能仓储、运输和物流、智能生产执行过程控制以及智能生产控制中心的建立。现代企业正在逐步走向多工厂运营，因此世界领先的公司使用统一的MES系统来管理多工厂运营。

智能工厂涉及柔性自动化生产线、工业机器人、DNC（分布式数控）、智能工具管理、自动化立体仓库、AGV（无人导引车），实现生产和质量数据的实时采集智能工厂，并应用MES系统和仓库管理系统。在生产调度中，使用APS（ ）提高制造资源的利用率；充分利用RFID和二维条码，或通过与制造设备的数据接口实现实时数据采集；使用 SPC（统计过程控制））可以分析质量数据。

图2 智能工厂框图

在智能工厂中，可以实现从车间生产计划到执行的闭环，彻底打破生产的黑匣子，实现制造过程的全可追溯。

图3 智能车间

全球最大的 SAP 推出了制造集成和智能解决方案（SAP 和 SAP MII）。通过将 ERP 与车间系统连接并实时准确显示生产操作，帮助制造商实现卓越制造。它可以将车间系统直接与公司运营相连接。几乎所有影响制造的数据都可以实时查看，包括订单、材料、设备状态、成本、产品质量等信息，帮助企业及时应对市场变化。

图 4 SAP 制造集成和智能解决方案

04 结语

开展智能制造，建设智能工厂，无疑是制造企业转型升级的重要手段。我认为中国企业应该采取务实的态度和循序渐进的战略。战略，合理的蓝图。机器换人是大趋势，智能装备应用是必经之路。但各企业应根据自身产品特点和生产模式，制定符合自身特点的路线图，才能在推进智能工厂的过程中真正获得实实在在的效益。