本文結合一些結論與理念，進一步探討如何打造具有中國特色的智能工廠。

一、智能工廠的建設原則

經(jīng)過深入研究工業(yè)4.0、中國制造2025等戰(zhàn)略，結合十多年數(shù)字化車間建設的經(jīng)驗，蘭光創(chuàng)新認為，制造企業(yè)應以中國制造2025為宗旨，以兩化深度融合為突破口，參考德國工業(yè)4.0中的智能工廠模式及美國GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進理念，結合企業(yè)實際情況，以人為本，建設“設備自動化、人員高效化、管理信息化”的中國特色的智能工廠。

典型的智能工廠示意圖

1、智能工廠的實施廣度

我們可以參考德國工業(yè)4.0中對“智能工廠”的定義：重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)。前半句“智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程”，是說除了包括智能化的機床、機器人等生產(chǎn)設施以外，還包括對生產(chǎn)過程的智能化管控，站在信息化的角度，就是智能化的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。而后半句：“以及網(wǎng)絡分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)”，是指將生產(chǎn)所用的生產(chǎn)設施(如機床、熱處理設備、機器人、AGV、測量測試等各種數(shù)字化設備)，進行互聯(lián)互通、智能化的管理，實現(xiàn)信息化系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的深度融合。目前很多企業(yè)實施的DNC/MDC(設備聯(lián)網(wǎng)、設備監(jiān)控系統(tǒng))是其重要的基礎。

2、智能工廠的實施深度

按照工業(yè)4.0戰(zhàn)略的描述，理想狀態(tài)的智能制造是一種高度自動化、高度信息化、高度網(wǎng)絡化的生產(chǎn)模式，工廠內(nèi)人、機、料自主協(xié)同，自組織、高效運轉;工廠間，通過端對端集成、橫向集成，實現(xiàn)了價值鏈的共享、協(xié)作，效率、成本、質(zhì)量、個性化都得到了質(zhì)的飛躍。

對于中國制造企業(yè)而言，現(xiàn)在恰逢“三期交疊”的困難期，企業(yè)希望既要符合工業(yè)4.0或者是中國制造2025的發(fā)展方向，又要投資小、見效快、確保成功率，如何在兩者之間平衡，是一個很現(xiàn)實、也很重要的問題。

在本次智能化制造的革命中，企業(yè)一定要“著眼長遠、立足當下”。既要符合工業(yè)4.0 的理念，體現(xiàn)出其主要特點，又要本著務實的原則實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略。比如，要汲取以前CIMS實施的經(jīng)驗與教訓，不要過于理想化，不要過多強調(diào)自組織、自學習、自執(zhí)行等高難度的智能技術，企業(yè)不是突破什么關鍵智能制造技術的研究單位，而是以創(chuàng)造效益為根本目的，要總體規(guī)劃、分步實施，以效益為驅(qū)動，確保成功率。在自動化的基礎上，實現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡化，在管理方面深挖潛力，充分發(fā)揮人的作用，構建具有適度智能的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、高效化、個性化的智能生產(chǎn)模式，切實做到明顯的“提質(zhì)增效”。并以量化為指標，循序漸進，全面提升企業(yè)的競爭力。假如通過3年時間，能將設備利用率提高100%，蘭光創(chuàng)新認為就極有可能“確保企業(yè)的未來”，這些作法就是符合工業(yè)4.0戰(zhàn)略思想的。

3、建設智能工廠要有全局的、系統(tǒng)的思想

最近，與制造企業(yè)進行有關智能工廠方面的交流時，看到生產(chǎn)效率與日本、歐美國家等發(fā)達國家的巨大差距后，很多管理者往往著急地說，我要再買些機器人加強自動化，或者說我要加強考核，讓工人提高效率。

認識到自己與別人的差距，并有決心去行動、去改變，這是非常值得肯定的事情，但智能工廠是個系統(tǒng)工程，而不是從某個單一環(huán)節(jié)上就能解決的，光靠購買大量的設備或者僅對工人加強管理，對整體而言效果是有限的。試想一下：

如果生產(chǎn)計劃都不準確，排產(chǎn)結果都是延期的，你怎么能夠讓工人保證按期交貨?如果生產(chǎn)計劃都是不科學的，本身就存在大量的等待時間，企業(yè)又怎么能怪工人不努力?

生產(chǎn)過程中，操作工與刀具、物料等生產(chǎn)準備人員本來就是并行協(xié)同的關系，如果一直延續(xù)以前串行的工作模式，出現(xiàn)“操作者很忙，機床很閑”的局面是在所難免的，單個工人身上已經(jīng)很難挖掘潛力了，必須從生產(chǎn)流程、組織管理上進行優(yōu)化管理;

還比如，如果信息化系統(tǒng)與生產(chǎn)設備脫節(jié)，不能充分發(fā)揮高端設備數(shù)字化通訊、自動采集等方面的優(yōu)勢，所有的工作還靠人工輸入，又怎么能保證數(shù)據(jù)的實時性、準確性、客觀性?沒有這些數(shù)據(jù)的支撐，又怎么能及時獲知生產(chǎn)信息，及時作出科學的管理決策?

如果不能對物料、刀具、量具、夾具等生產(chǎn)資源進行精益化的管控，不是積壓就是短缺，這種粗放型的管理又如何能保證生產(chǎn)效率的提升與成本的降低?

前面也講過，數(shù)據(jù)就是企業(yè)的財富，沒有良好的信息化管理系統(tǒng)，沒有自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，沒有智能化的大數(shù)據(jù)分析，沒有形象直觀的展示系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)就白白丟失掉了，企業(yè)永遠只能處于憑經(jīng)驗、拍腦袋的粗放型管理狀態(tài)。

蘭光創(chuàng)新認為，企業(yè)在智能工廠建設時一定要從全局思考，打造一個全面的、有體系的智能工廠管理系統(tǒng)，從各個方面進行優(yōu)化、挖掘潛力，最大程度地提升企業(yè)的生產(chǎn)效率及管理水平。

二、從六個維度打造具有中國特色的智能工廠

如何打造中國特色的智能工廠?從哪幾個方面入手?智能做成什么程度?針對這些企業(yè)關心的問題，蘭光創(chuàng)新在領先的智能工廠整體解決方案的基礎上，結合工業(yè)4.0等先進理念，在國內(nèi)首次提出了 “六維智能理論”，即要從6個維度的“智能”打造中國特色的智能工廠：智能計劃排產(chǎn)、智能生產(chǎn)過程協(xié)同、智能設備互聯(lián)互通、智能生產(chǎn)資源管控、智能質(zhì)量過程控制、智能大數(shù)據(jù)分析與決策支持。該理論分別從計劃源頭、過程協(xié)同、設備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等6個方面著手，實現(xiàn)全面的精細化、精準化、自動化、信息化、網(wǎng)絡化的智能化管理與控制，既很好地符合了德國智能工廠的定義，又能與美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、以及中國制造2025等理念完全吻合。

全模塊的智能工廠

“6維智能工廠”理論

下面，簡單地介紹一下這6個智能。

1、智能計劃排產(chǎn)

首先從計劃源頭上確保計劃的科學化、精準化。通過集成，從ERP等上游系統(tǒng)讀取主生產(chǎn)計劃后，利用APS進行自動排產(chǎn)，按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、最優(yōu)庫存、同一裝夾優(yōu)先、已投產(chǎn)訂單優(yōu)先等多種高級排產(chǎn)算法，自動生成的生產(chǎn)計劃可準確到每一道工序、每一臺設備、每一分鐘，并使交貨期最短、生產(chǎn)效率最高、生產(chǎn)最均衡化。這是對整個生產(chǎn)過程進行科學的源頭與基礎。

圖形化的JobDISPO APS高級排產(chǎn)

2、智能生產(chǎn)過程協(xié)同

為避免貴重的生產(chǎn)設備因操作工忙于找刀、找料、檢驗等輔助工作而造成設備有效利用率低的情況，企業(yè)要從生產(chǎn)準備過程上，實現(xiàn)物料、刀具、工裝、工藝等的并行協(xié)同準備，實現(xiàn)車間級的協(xié)同制造，可明顯提升機床的有效利用率。

智能的生產(chǎn)過程協(xié)同

還比如，隨著3D模型的普及，在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)以3D模型為載體的信息共享，將CATIA、PRO/E、NX等多種數(shù)據(jù)格式的3D圖形、工藝直接下發(fā)到現(xiàn)場，做到生產(chǎn)過程的無紙化，也可明顯減少圖紙轉化與看圖的時間，提升工人的勞動效率。

3D Viewstation可視化在智能制造中的應用

3、智能的設備互聯(lián)互通。

無論是工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、還是中國制造2025，其實質(zhì)都是以CPS賽博物理系統(tǒng)為核心，通過信息化與生產(chǎn)設備等物理實體的深度融合，實現(xiàn)智能制造的生產(chǎn)模式。對企業(yè)來講，將那些貴重的數(shù)控設備、機器人、自動化生產(chǎn)線等數(shù)字化設備，通過DNC/MDC的機床聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能決策等功能，實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設備的分布式網(wǎng)絡化通訊、程序集中管理、設備狀態(tài)的實時監(jiān)控等，就是CPS賽博物理系統(tǒng)在制造企業(yè)中最典型的體現(xiàn)。

DNC/MDC系統(tǒng)架構圖

DNC是Distributed Numerical Control的簡稱，意為分布式數(shù)字控制，國內(nèi)一般統(tǒng)稱為機床聯(lián)網(wǎng)。DNC系統(tǒng)通過一臺服務器可實現(xiàn)對所有數(shù)控設備的雙向并發(fā)通訊，支持Fanuc、Siemens、Heidenhain等上百種控制系統(tǒng)，兼容RS232、422、485、TCP/IP、無線等各類通訊方式，具有遠程通訊、強制上傳等常見功能，將數(shù)控設備納入整個IT系統(tǒng)進行集群化管理。

管理學大師彼得?德魯克曾經(jīng)說過“你如果無法度量它，就無法管理它”，我們不僅需要通過DNC解決互聯(lián)的問題，更需要通過MDC(Manufacturing Data Collection，直譯為制造數(shù)據(jù)采集，俗稱為機床監(jiān)控)解決數(shù)據(jù)自動采集、透明化、量化管理的問題。

MDC通過一臺計算機可以同時自動采集4096臺數(shù)控設備，兼容數(shù)控機床、熱處理設備(如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設備)、機器人、自動化生產(chǎn)線等各類數(shù)字化設備，兼容西門子等所有機床控制系統(tǒng)，以及三菱、歐姆龍等各類PLC的設備。

對高端帶網(wǎng)卡的機床，可直接采集到機床的實時狀態(tài)、程序信息、加工件數(shù)、轉速和進給、報警信息等豐富的信息。并以形象直觀的圖形化界面進行顯示，比如，綠色表示機床正在運行，黃色表示機床開機沒干活，灰色表示沒開機，紅色表示故障，鼠標在機床圖形上一點，相關的機床詳細信息就全部實時地顯示出來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的透明化、量化管理。

MDC-Max設備遠程監(jiān)控界面

如果要實現(xiàn)更逼真的顯示效果，可通過3D虛擬技術以立體的形式展現(xiàn)車間、設備、人體模型等，可以實現(xiàn)人體的行走、機床的放大縮小、設備信息的實時顯示等各種操作，給用戶一個更直觀、形象的展現(xiàn)。

蘭光3D可視化車間

4、智能生產(chǎn)資源管理

通過對生產(chǎn)資源(物料、刀具、量具、夾具等)進行出入庫、查詢、盤點、報損、并行準備、切削專家?guī)臁⒔y(tǒng)計分析等功能，有效地避免因生產(chǎn)資源的積壓與短缺，實現(xiàn)庫存的精益化管理，可最大程度地減少因生產(chǎn)資源不足帶來的生產(chǎn)延誤，也可避免因生產(chǎn)資源的積壓造成生產(chǎn)輔助成本的居高不下。

蘭光刀具管理模塊界面

5、智能質(zhì)量過程管控

除了對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題進行及時的處理，分析出規(guī)律，減少質(zhì)量問題的再次發(fā)生等技術手段以外，在生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)設備的制造過程參數(shù)進行實時的采集、及時的干預，也是確保產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要手段。

通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形式對熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等數(shù)字化設備進行采集與管理，如采集設備基本狀態(tài)，對各類工藝過程數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、動態(tài)預警、過程記錄分析等功能，可實現(xiàn)對加工過程實時的、動態(tài)的、嚴格的工藝控制，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過程完全受控。

對熱處理設備生產(chǎn)參數(shù)的實時監(jiān)控與及時處理

當生產(chǎn)一段時間，質(zhì)量出現(xiàn)一定的規(guī)律時，我們可以通過對工序過程的主要工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量進行綜合分析，為技術人員與管理人員進行工藝改進提供科學、量化的參考數(shù)據(jù)，在以后的生產(chǎn)過程中，減少不好的參數(shù)，確保最優(yōu)的生產(chǎn)參數(shù)，從而保證產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性。

6、智能決策支持

在整個生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)運行著大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及設備的實時數(shù)據(jù)，在蘭光創(chuàng)新的很多用戶里，企業(yè)一個車間一年的數(shù)據(jù)量就高10億條以上，這是一種真正的工業(yè)大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是企業(yè)寶貴的財富。對這些數(shù)據(jù)進行深入的挖掘與分析，系統(tǒng)自動生成各種直觀的統(tǒng)計、分析報表，如計劃制訂情況、計劃執(zhí)行情況、質(zhì)量情況、庫存情況、設備情況等，可為相關人員決策提供幫助。這種基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，可以很好地幫助企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的高效生產(chǎn)模式。

基于大數(shù)據(jù)分析的智能決策支持報表

總之，通過以上6個方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計劃科學化、生產(chǎn)過程協(xié)同化、生產(chǎn)設備與信息化的深度融合，并通過基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對企業(yè)進行透明化、量化的管理，可明顯提升企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，是一種很好的數(shù)字化、網(wǎng)絡化的智能生產(chǎn)模式。