當今世界，從傳統制造業走向先進的智能工業，有美國和德國兩個樣本可循。雖然美國與德國切入未來智能工業的角度不同，但都離不開制造業這核心，由制造向“智”造的全面升級。那么，如何實現智能制造，數字工廠與智能工廠又有什么含義?

工業4.0與平臺經濟密切相關，最重要的關聯點就是智能工廠。在智能工廠中，整個生產流程和供應鏈都是虛擬的，而且高度柔性化，最極端的批量為1件產品。而這些都是由單獨的個人訂單所驅動。在智能工廠可以廣泛地生產智能產品，后者是高度互聯的物理實體、設備和機器，從而產生大量的數據。通過有意義的分析、解讀、連接和補充，這些數據可以重新定義，成為“智能數據”。

在制造業中，無論稱為工業4.0或工業互聯網，其本質均是機器的連接，包括將機器與機器互聯，與專家系統互聯以及與管理執行系統互聯等。

工業互聯網不僅是將工業網絡擴展到設備級架構，還包括將安全、運動、機器對機器智能、自動維護資源和企業連接性融入到目前難以企及的制造智能。

多位一體構建集成自動化、信息化、智能化的智能制造車間

智能工廠建設的六個要素

1、設備互聯：能夠實現設備與設備互聯（M2M），通過與設備控制系統集成，以及外接傳感器等方式，由SCADA（數據采集與監控系統）實時采集設備的狀態，生產完工的信息、質量信息，并通過應用RFID（無線射頻技術）、條碼（一維和二維）等技術，實現生產過程的可追溯。

2、工業軟件：廣泛應用MES（制造執行系統）、APS（先進生產排程）、能源管理、質量管理等工業軟件，實現生產現場的可視化和透明化。在新建工廠時，可以通過數字化工廠仿真軟件，進行設備和產線布局、工廠物流、人機工程等仿真，確保工廠結構合理。在推進數字化轉型的過程中，必須確保工廠的數據安全和設備和自動化系統安全。在通過專業檢測設備檢出次品時，不僅要能夠自動與合格品分流，而且能夠通過SPC（統計過程控制）等軟件，分析出現質量問題的原因。

3、精益生產：體現工業工程和精益生產的理念，能夠實現按訂單驅動，拉動式生產，盡量減少在制品庫存，消除浪費。推進智能工廠建設，要充分結合企業產品和工藝特點。在研發階段也需要大力推進標準化、模塊化和系列化，奠定推進精益生產的基礎。

4、柔性自動化：結合企業的產品和生產特點，持續提升生產、檢測和工廠物流的自動化程度。產品品種少、生產批量大的企業可以實現高度自動化，乃至建立黑燈工廠；小批量、多品種的企業則應當注重少人化、人機結合，不要盲目推進自動化，應當特別注重建立智能制造單元。工廠的自動化生產線和裝配線應當適當考慮冗余，避免由于關鍵設備故障而停線；同時，應當充分考慮如何快速換模，能夠適應多品種的混線生產。物流自動化對于實現智能工廠至關重要，企業可以通過AGV、行架式機械手、懸掛式輸送鏈等物流設備實現工序之間的物料傳遞，并配置物料超市，盡量將物料配送到線邊。質量檢測的自動化也非常重要，機器視覺在智能工廠的應用將會越來越廣泛。此外，還需要仔細考慮如何使用助力設備，減輕工人勞動強度。

5、環境友好：實現綠色制造，能夠及時采集設備和產線的能源消耗，實現能源高效利用。在危險和存在污染的環節，優先用機器人替代人工，能夠實現廢料的回收和再利用。

6、實時洞察：從生產排產指令的下達到完工信息的反饋，實現閉環。通過建立生產指揮系統，實時洞察工廠的生產、質量、能耗和設備狀態信息，避免非計劃性停機。通過建立工廠的Digital Twin（數字映射），方便地洞察生產現場的狀態，輔助各級管理人員做出正確決策。

智能工廠不僅生產過程應實現自動化、透明化、可視化、精益化，而且，在產品檢測、質量檢驗和分析、生產物流等環節也應當與生產過程實現閉環集成。一個工廠的多個車間之間也要實現信息共享、準時配送和協同作業。

智能工廠具有的特征

智能工廠的成功之道

1、 進行整體規劃

實現IT系統與自動化系統的信息集成；處理來源多樣的異構數據，包括設備、生產、物料、質量、能耗等海量數據；應當進行科學的廠房布局規劃，在滿足生產工藝要求，優化業務流程的基礎上，提升物流效率，提高工人工作的舒適程度。智能工廠的推進需要企業的IT部門、自動化部門、精益推進部門和業務部門的通力合作。制造企業應當做好智能工廠相關技術的培訓，選擇有實戰經驗的智能制造咨詢服務機構，共同規劃推進智能工廠建設的藍圖。在規劃時應注意行業差異性，因為不同行業的產品制造工藝差別很大，智能工廠建設的目標和重點也有顯著差異。

2、 建立明確的標準體系

在智能工廠的建設中，企業往往會忽視管理與技術標準的建立，容易造成缺少數據標準，一物多碼；作業標準執行不到位；缺失設備管理標準，不同的設備采用不同的通訊協議，造成設備集成難度大；管理流程復雜，職權利不匹配；質檢標準執行不到位，導致批次質量問題多等問題。因此，需要建立明確的智能工廠標準，例如，業務流程管理規范、設備點檢維護標準和智能工廠評估標準等管理規范，智能裝備標準、智能工廠系統集成標準、工業互聯網標準以及主數據管理標準等技術標準。

3、 重視智能加工單元建設

目前，智能加工單元在我國制造企業的應用還處于起步階段，但必然是發展的方向。智能加工單元可以利用智能技術將CNC、工業機器人、加工中心以及自動化程度較低的設備集成起來，使其具有更高的柔性，提高生產效率。

4、強調人機協作而不是機器換人

智能工廠的終極目標并不是要建設成無人工廠，而應追求在合理成本的前提下，滿足市場個性化定制的需求。因此，人機協作將成為智能工廠未來發展的主要趨勢。人機協作的最大特點是可以充分利用人的靈活性完成復雜多變的工作任務，在關鍵崗位上，更需要人的判斷能力和決策能力顯得更為重要，而機器人則擅長重復勞動。

5、積極應用新興技術

未來，AR（Augmented Reality，增強現實）技術，將被大量應用到工廠的設備維護和人員培訓中。工人帶上AR眼鏡，就可以“看到”需要操作的工作位置。例如，需要擰緊螺栓的地方，當擰到位時，會有相應提示，從而提高作業人員的工作效率；維修人員可以通過實物掃碼，使虛擬模型與實物模型重合疊加，同時在虛擬模型中顯示出設備型號、工作參數等信息，并根據AR中的提示進行維修操作；AR技術還可以幫助設備維修人員將實物運行參數與數字模型進行對比，盡快定位問題，并給予可能的故障原因分析。此外，數字工廠仿真技術可以基于離散事件建模、3D幾何建模、可視化仿真與優化等技術實現對工廠靜態布局、動態物流過程等綜合仿真和分析，從而能夠先建立數字化的生產系統甚至全部工廠，依據既定工藝進行運行仿真。

智能工廠架構

智能工廠的管理體系組成

在信息化時代企業管理，統籌規劃，提高效率的一種管理思想，面對相似流程、相似問題的一種成熟的解決方案。

1、PLM (product lifecycle management) 產品生命周期管理；

2、ERP(Enterprise Resource Planning) 企業資源計劃；

3、 SCM (Supply chain management) 供應鏈管理；

4、 CRM(Customer Relationship Management) 客戶關系管理；

5、 MES(Manufacturing Execution System) 制造企業生產過程執行管理系統。