自從2015年5月19日，總理宣布中國制造2025計劃，把智能制造作為國家戰(zhàn)略以來，幾年的時間，關于工業(yè)4.0和中國制造2025各種信息紛至沓來，耳熟能詳。那么今天的智慧工廠究竟發(fā)展如何，有什么特征？主要運用技術又是什么呢？

什么是智慧工廠？

智慧工廠是現(xiàn)代工廠信息化發(fā)展的新階段。是在數(shù)字化工廠的基礎上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術和設備監(jiān)控技術加強信息管理和服務；清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預、即時正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計劃編排與生產(chǎn)進度。

“智慧工廠”發(fā)展特征

“智慧工廠”的發(fā)展，是智能工業(yè)發(fā)展的新方向，特征體現(xiàn)在制造生產(chǎn)上：

1.系統(tǒng)具有自主能力：可采集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判及規(guī)劃自身行為

2.整體可視技術的實踐：結合訊號處理、推理預測、仿真及多媒體技術，將實境擴增展示現(xiàn)實生活中的設計與制造過程。

3.協(xié)調、重組及擴充特性：系統(tǒng)中各組承擔為可依據(jù)工作任務，自行組成最佳系統(tǒng)結構。

4.自我學習及維護能力：透過系統(tǒng)自我學習功能，在制造過程中落實資料庫補充、更新，及自動執(zhí)行故障診斷，并具備對故障排除與維護，或通知對的系統(tǒng)執(zhí)行的能力。

5.人機共存的系統(tǒng)：人機之間具備互相協(xié)調合作關系，各自在不同層次之間相輔相成。

“智慧工廠”痛點分析

在智能工廠領域，用戶痛點有很多，比如從業(yè)務維度考慮，用戶的需求通常包括：

• 如何確保訂單準時交付

• 如何縮短訂單生產(chǎn)過程時間

• 如何減少機臺產(chǎn)線停機等待時間

• 如何減少采購提前期

• 如何減少缺料情況

• 如何減少物料、成品、半成品、在制品庫存

• 如何減少生產(chǎn)、管理的人力成本

• 如何讓生產(chǎn)管理透明化、可視化、可量化

• 如何提高產(chǎn)品質量，降低制造成本

• 如何應對多變的生產(chǎn)訂單

• 如何管理復雜的產(chǎn)品和工藝

• 如何監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場

• 如何保證產(chǎn)品質量

• 如何提供完整準確的制造數(shù)據(jù)

以上都是企業(yè)經(jīng)營者需要解決的問題，但從管理而言，固化到具體指標上，包括以下指標：

• OEE（全局設備效率 Overall Equipment Effectiveness）。

• 訂單準時交付率

• 新產(chǎn)品成功導入率

• 經(jīng)營利潤率

智慧工廠優(yōu)勢？

智慧工廠管理平臺為企業(yè)帶來的六大優(yōu)勢：

1、生產(chǎn)效率成倍提升

對生產(chǎn)信息的智能化分析和跟蹤，不斷挖掘設備以及作業(yè)潛能，提高生產(chǎn)效率，持續(xù)改善管理目標。

2、產(chǎn)品品質的持續(xù)改善

實時采集生產(chǎn)信息、記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管控生產(chǎn)過程、全面監(jiān)控生產(chǎn)流程、關注生產(chǎn)品質，事后分析持續(xù)改善產(chǎn)品品質。

3、實現(xiàn)雙向質量追溯

生產(chǎn)期間的預防、監(jiān)控和分析等質量管控方法，從而提高產(chǎn)品質量水平。

4、實現(xiàn)精益生產(chǎn)　

觸發(fā)式自動數(shù)據(jù)采集，減少錄入環(huán)節(jié)，為各級生產(chǎn)管理人員提供所需實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

5、實現(xiàn)生產(chǎn)透明化

實時采集生產(chǎn)信息，全面了解生產(chǎn)進度，實現(xiàn)生產(chǎn)的全透明化管理。

6、提高生產(chǎn)執(zhí)行能力　　

采用先進的制造物聯(lián)技術，規(guī)范管理、將車間生產(chǎn)透明化，提高制造企業(yè)的核心競爭力。 ? ??

智慧工廠實現(xiàn)技術

無線感測器將是未來實現(xiàn)智慧工廠的重要利器。智慧感測是基本構成要素，但如果要讓制造流程有智慧判斷的能力，儀器、儀表、感測器等控制系統(tǒng)的基本構成要素，仍是關注焦點。儀器儀表的智慧化，主要是以微處理器和人工智慧技術的發(fā)展與應用為主，包括運用神經(jīng)網(wǎng)路、遺傳演算法、進化計算、溷沌控制等智慧技術，使儀器儀表實現(xiàn)高速、高效、多功能、高機動靈活等性能。

如專家控制系統(tǒng)(expert control system;ECS)就是一種而具有大量的專門知識與經(jīng)驗的程式系統(tǒng)。它運用人工智慧技術和電腦技術，根據(jù)某領域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的復雜問題。

此外，模塊控制器(FC-Fuzzy Controller)，也稱模塊邏輯控制器(FLC-Fuzzy Logic Controller)，也是智慧工廠相關技術的關注焦點。由于模塊控制技術具有處理不確定性、不精確性和模塊資訊的能力，對無法建造數(shù)學模型的被控過程，能進行有效的控制，能解決一些用常規(guī)控制方法不能解決的問題，也讓模塊控制在工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用。

隨著工廠制造流程連接的嵌入式設備越來越多，透過云端架構部署控制系統(tǒng)，無疑已是當今最重要的趨勢之一。

在工業(yè)自動化領域，隨著應用和服務向云端運算轉移，資料和運算位置的主要模式都已經(jīng)被改變了，由此也給嵌入式設備領域帶來顛覆性變革。如隨著嵌入式產(chǎn)品和許多工業(yè)自動化領域的典型IT元件，如制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution systems;MES)以及生產(chǎn)計劃系統(tǒng)(production planning systems;PPS)的智慧化，以及連線程度日漸提高，云端運算將可提供更完整的系統(tǒng)和服務，生產(chǎn)設備將不再是過去單一而獨立的個體。但將孤立的嵌入式設備接入工廠制造流程，甚至是云端，其實具有高度的顛覆性，必定會對工廠制造流程產(chǎn)生重大的影響。一旦完成連線，一切的制造規(guī)則都可能會改變。

包括體系結構、控制方法以及人機協(xié)作方法等，都會因為控制系統(tǒng)網(wǎng)路化，而產(chǎn)生變化，如控制與通信的耦合、時間延遲、資訊調度方法、分散式控制方式與故障診斷等，都使得自動控制理論在網(wǎng)路環(huán)境下的控制方法和演算法，都需要不斷地創(chuàng)新。

此外，由于影像、語音信號等大資料量、高速率傳輸對網(wǎng)路頻寬的要求，對控制系統(tǒng)網(wǎng)路化，更構成嚴厲的挑戰(zhàn)。因為工業(yè)生產(chǎn)流程不容許一點點差錯，網(wǎng)路傳遞的封包資訊不能有一點點漏失，而且網(wǎng)路上傳遞的資訊非常多樣化，哪些資料應該先傳(如設備故障訊息)，哪些資料可以晚點傳(如電子郵件)，都要靠控制系統(tǒng)的智慧能力，進行適當?shù)呐袛嗖拍艿靡詫崿F(xiàn)。

工業(yè)通信無線化也是當前智慧工廠探討比較熱烈的問題。根據(jù)專家分析，到2013年，全球工廠自動化中的無線通訊系統(tǒng)應用，將每年增加約40%。隨著無線技術日益普及，各家供應商正在提供一系列軟硬體技術，協(xié)助在產(chǎn)品中增加通信功能。這些技術支援的通信標準包括藍牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax 。

然而，在增加無線連網(wǎng)功能時，晶片及相關軟體的選擇極具挑戰(zhàn)性，包括優(yōu)化性能、功耗、成本和規(guī)模，都必須加以考慮，更重要的是，由于工廠需求不像消費市場一樣的標準化，必須適應生產(chǎn)需求，有更多彈性的選擇，最熱門的技術未必是最好的通信標準和客戶需要的技術。

此外，無線技術雖然在布建便利性方面，對比有線顯然有相當?shù)膬?yōu)勢，但無線技術目前的完善、可靠性、確定性與即時性、相容性等還有待加強。因此，工業(yè)無線技術的定位，目前仍應是傳統(tǒng)有線技術的延伸，多數(shù)儀表以及自動化產(chǎn)品雖會嵌入無線傳輸?shù)墓δ埽釛売芯€技術，目前還言之過早。

結語

中國制造2025、德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，本質上都是智能制造、智能管理，在提升國家在制造業(yè)的競爭力。智慧工廠將是未來工廠發(fā)展的一大趨勢，那么再這樣的一大趨勢之下，打造智能化的工廠也將成為剛需。

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